[发明专利]一种基于高形变应变式传感器的姿势监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及传感器应用领域，尤其涉及一种基于高形变应变式传感器的姿势监测装置。

背景技术

青少年在学习和生活当中，往往不能很好地注意保持正确身姿，而家长和老师又不能每时每刻守在身边提醒，时间一长就形成近视和驼背。近视和驼背直接影响形体美感，有些甚至导致身体畸形，损害青少年的自信心。

不仅如此，随着生活节奏加快以及工作压力日益增加，越来越多的成年人需要长时间面对电脑，由于坐姿不正确，常常出现颈背酸痛等症状，其实质是因为不良坐姿使得颈椎长时间受压迫，造成颈椎慢性劳损，甚至会导致肩周炎和颈椎病等病症的发生。

目前，也有不少的技术用于对姿势的监测当中，市面上最常见的就是“背背佳”。“背背佳”采用弹力面料制成背带和腰带，穿戴在使用者身上，通过外力强制地让使用者保持正确的姿势。该产品的缺陷是：如果“背背佳”的松紧力度过大，会造成使用者的不适；如果松紧力度过小，纠正的效果不太明显；同时，“背背佳”的价格较高，规格较大，穿戴不便且影响整体美观。还有一些比较常见的监测装置是一种缠在腰间的智能腰带，它通过水银开关外接外围电路，当使用者的坐姿不标准时，水银管中的水银就会滚到管的一端，使报警电路接通，报警器就会提醒使用者调整坐姿。该产品的缺陷是：水银开关灵敏度太高，稍微动一下就会发出报警提示，经常发出误报警，并且一旦使用不当造成水银管破裂，会对人体健康造成伤害。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，公开了一种基于高形变应变式传感器的姿势监测装置。该装置具有穿戴舒适、功耗较低、尺寸小巧且成本较低的特点，适合各类人群，并且适用于各类日常活动中，能够有效监测并帮助用户及时纠正不正确的姿势。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于高形变应变式传感器的姿势监测装置，包括检测单元、提醒单元、控制单元和显示单元；其中检测单元的输出端与控制单元的输入端连接，控制单元的一输出端接提醒单元的输入端，控制单元的又一输出端接显示单元；

所述检测单元为高形变应变式传感器，包括串联连接的高形变应变片和感应电路；

检测单元实时采集用户背部的弯曲数据，并发送给控制单元，控制单元将其转换为电压信号后并进行分析，当所获取的电压值小于所预设的电压阈值且电压信号所持续的时长达到预设时长时，则控制提醒单元发出报警信号提醒用户纠正姿势；同时控制单元实时将获取的弯曲数据发送给显示单元进行显示。

上述监测装置在使用时，检测单元固定在用户的背部，当用户的背部发生弯曲时会使高形变应变片发生形变，从而导致高形变应变片的阻值发生变化，通过控制单元可将高形变应变片的阻值变化转换成电压的变化，借此可将不易直接测量的背部弯曲信息转换为易于直接测量的电压值。

同时，上述监测装置在使用时，会对三种情况进行判断。第一种，当检测到的姿势数据大于预设阈值时，则确定用户姿势正确，监测装置继续监测用户背部的姿势数据；第二种，当检测到的姿势数据小于阈值时，说明用户可能出现不正确的姿势，如果检测到的数据的持续时间少于阈值的预设时长时，说明用户只是为了活动一下身体而稍微改变下姿势，监测装置继续监测用户背部的姿势数据；第三种，当检测到的姿势数据小于阈值，且持续时间达到阈值的预设时长时，说明用户出现了错误的姿势，控制单元输出的控制信号为高电平，从而控制提醒单元提醒用户(振动)纠正错误的姿势，当用户纠正姿势后，检测到的数据大于阈值，控制信号为低电平，关闭提醒功能(停止振动)，监测装置继续监测用户背部的姿势数据。

在使用过程中，控制单元将检测到的姿势数据实时发送至用户的显示单元，供用户查看实时的姿势状况，并能够利用显示单元继续得到科学的分析和更详细更加个性化的建议。

优选的，所述的高形变应变片采用硅酮-镍纳米复合材料；即选择共聚酯硅酮材料，并在其中添加镍纳米链(Nickel Nanostrands)和镀镍碳纤维(Nickel Coated Carbon Fiber)，应变片所受的形变越大，其阻值越小；这种材料的应变片感测的形变范围较大，同时能够保持良好的导电性和灵敏性，并且成本较低。