專利名稱：基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量裝置。
背景技木壓電傳感器是利用某些電介質(zhì)受カ后產(chǎn)生的壓電效應(yīng)制成的傳感器。所謂壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)在受到某一方向的外力作用而發(fā)生形變時(包括彎曲和伸縮形變)，由于內(nèi)部電荷的極化現(xiàn)象，會在其表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象。壓電傳感器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、功耗小、壽命長，特別是它具有良好的動態(tài)特性，因此適合有很寬頻帶的周期作用力和 高速變化的沖擊力。壓電傳感器主要應(yīng)用于力測量、以及加速度測量等領(lǐng)域，由于外力作用在壓電元件上產(chǎn)生的電荷只有在無泄漏的情況下才能保存，即需要測量回路具有無限大的輸入阻抗，這實際上是不可能的，因此壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，只能應(yīng)用于動態(tài)測量，壓電元件在交變カ的作用下，電荷可以不斷補充，可以供給測量回路一定的電流，故只適用于動態(tài)測量。壓電傳感器輸出的直流相應(yīng)差，但是需要采用輸入阻抗電路或者電荷放大器來克服這ー缺陷。壓電傳感器廣泛應(yīng)用于工程力學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、電聲學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，壓電傳感器主要應(yīng)用于人體皮膚表面或植入人體內(nèi)部的生命信號監(jiān)測。很多電子聽診器都采用了壓電薄膜作為傳感器元件，因為它耐用，靈敏度高，帶寬范圍寬。在該應(yīng)用中，傳感器元件通常都封裝在傳統(tǒng)的金屬聽診頭中，因為傳感器需要與身體形成‘作用力’。一旦動態(tài)的壓カ信號轉(zhuǎn)換成電信號，就可以有選擇性的過濾或放大、作為音頻信號回放、運用更復(fù)雜的運算方法判斷出具體的狀況、或傳輸?shù)竭h程基站進行進ー步分析存儲等。但是在人體運動參數(shù)的測量方面卻沒有任何應(yīng)用。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提出了ー種基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的方法和裝置。本實用新型提供ー種基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的裝置，其特征在于，該裝置包括壓電傳感器，用于在彎曲時產(chǎn)生電壓；電壓測量単元，用于獲取壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓大??；計算處理單元，用于將該峰值電壓大小轉(zhuǎn)換成壓電傳感器的最大彎曲角度；該壓電傳感器的最大彎曲角度與腳背和腳趾連接處的最大彎曲角度相對應(yīng)；該計算處理單元根據(jù)腳背和腳趾連接處彎曲的角度以及腿的長短計算單步的跨度。所述電壓測量單元還用于獲取壓電傳感器產(chǎn)生峰值電壓所間隔的時間；所述計算處理單元還用于將該峰值電壓間隔的時間轉(zhuǎn)換成壓電傳感器彎曲的頻率；該壓電傳感器彎曲的頻率與腳背和腳趾連接處彎曲的頻率相對應(yīng)；該計算處理單元根據(jù)腳背和腳趾連接處彎曲的頻率以及單步的跨度計算行進的即時速度。該計算處理單元還根據(jù)行進的即時速度以及體重計算運動消耗的能量。所述壓電傳感器設(shè)置于鞋幫內(nèi)，且壓電傳感器的一端位于腳背位置處，另一端位于腳趾位置處。該裝置還包括無線發(fā)端単元和無線接收單元，所述電壓測量單元將壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓大小或/和壓電傳感器產(chǎn)生峰值電壓所間隔的時間參數(shù)通過無線發(fā)送單元發(fā)送給無線接收單元，該無線接收單元將壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓大小或/和壓電傳感器產(chǎn)生峰值電壓所間隔的時間參數(shù)發(fā)送給計算處理單元計算和處理。本實用新型有益的技術(shù)效果在于 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型依據(jù)人體運動學(xué)的原理，將壓電傳感器設(shè)置于鞋幫內(nèi)，且壓電傳感器的一端位于腳背位置處，另一端位于腳趾位置處，并且獲取壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓大小或/和壓電傳感器產(chǎn)生峰值電壓所間隔的時間參數(shù)來計算人體運動參數(shù)，不僅能夠獲取人體單步行進的跨度，同時能夠獲取人體行進的即時速度，從而進ー步獲取人體運動消耗的能量，相較于現(xiàn)有技術(shù)來說，具有方法簡單，測量準(zhǔn)確，而且由于壓電傳感器靈敏度高，所以數(shù)據(jù)獲取及時精確，同時由于壓電傳感器使用壽命長，所以本實用新型的測量裝置還具有使用壽命長的優(yōu)點。電壓測量單元將壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓大小或/和壓電傳感器產(chǎn)生峰值電壓所間隔的時間參數(shù)通過無線發(fā)送單元發(fā)送給無線接收單元，該無線接收單元將壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓大小或/和壓電傳感器產(chǎn)生峰值電壓所間隔的時間參數(shù)發(fā)送給計算處理單元計算和處理，從而將最復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理交給設(shè)置在鞋幫外的計算處理單元完成，能夠使得該裝置設(shè)置于鞋幫內(nèi)的部分體積很小，而體積稍大的計算機處理單元設(shè)置在鞋幫夕卜，可由其他方式攜帯，使得本測量裝置更加實用，數(shù)據(jù)處理能力速度更快。

圖I為本實用新型實施例I基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的方法流程圖；圖2為本實用新型壓電傳感器所設(shè)置的位置示意圖；圖3為本實用新型基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的裝置方框示意圖；圖4為本實用新型實施例2基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的方法流程圖；圖5為本實用新型實施例3基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的方法流程圖。
具體實施方式為了使實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及最優(yōu)的實施例，對本實用新型進行進一歩詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的最優(yōu)的實施例僅用以解釋本實用新型，并不用來限定本實用新型。本實用新型的原理如下由于人體在運動，特別是在跑步的時候，人體的腳背和腳趾的連接處會有彎折，當(dāng)人體跑步所邁的步子越大，其彎折的角度越大，而且同一個人跑步速度越快，其一定的時間內(nèi)，所邁的步子越多，則腳背和腳趾的連接處彎折的頻率越高，獲取人體的腳背和腳趾的連接處彎折的角度和彎曲的頻率即可獲知ー個人跑步或者走路的即時速度，從而為其他運動參數(shù)的獲取打下基礎(chǔ)。實施例I依據(jù)于上述原理，如圖I所示，本實用新型提出了一種基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的方法，該方法包括如下步驟SI :獲取壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓大??； 壓電傳感器產(chǎn)生的電量經(jīng)回路形成電流后，經(jīng)過放大電路后檢測出壓電傳感器彎曲度為最大時產(chǎn)生的峰值電壓大小。S2 :將該峰值電壓大小轉(zhuǎn)換成壓電傳感器的最大彎曲角度；每ー個壓電傳感器所產(chǎn)生的電壓與壓電傳感器的彎曲角度是成正比的，通過壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓大小可以計算出壓電傳感器的最大彎曲角度。而如圖2所示，該壓電傳感器設(shè)置于鞋幫(圖中未示)內(nèi)，且壓電傳感器10的一端位于腳背20位置處，另一端位于腳趾30位置處，所以壓電傳感器的最大彎曲角度是與人體的腳背和腳趾連接處的最大彎曲角度是相對應(yīng)的，即當(dāng)人體的腳背和腳趾連接處的彎曲角度最大吋，壓電傳感器彎曲角度也最大，雖然限制鞋材的原因，人體的腳背和腳趾連接處的彎曲角度與壓電傳感器彎曲角度不一定相同，但是其還是可以根據(jù)數(shù)據(jù)初始化校正進行同步的。例如，在跑步之前，對人體腳背和腳趾連接處彎曲各種角度時壓電傳感器產(chǎn)的電壓進行采集，即對人體跑步處于各種狀態(tài)時的壓電傳感器產(chǎn)生的電壓進行采集，從而可以判斷出壓電傳感器的彎曲角度與人體跑步跨度之間的對應(yīng)關(guān)系。S3:根據(jù)腳背和腳趾連接處的最大彎曲角度以及腿的長短計算單步的跨度。腳背和腳趾連接處的最大彎曲角度乘以腿的長度即為人體單步的跨度。這ー單步跨度是跑步姿勢合乎規(guī)范的情況下的單步跨度，而不一定每ー個人跑步姿勢都合乎標(biāo)準(zhǔn)，所以實際上每個人在使腳背和腳趾連接處彎曲不同角度時，其單步跨度都因其姿勢不一 樣，通過實際測量單步跨度與理論計算的單步跨度是否相同，可以判定人跑步的姿勢是否合乎規(guī)范。根據(jù)上述的基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的方法，本實施例還提供了一種基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的裝置，如圖3所示，該裝置包括設(shè)置于鞋幫內(nèi)的壓電傳感器，該壓電傳感器用于在彎曲時產(chǎn)生電壓；電壓測量単元，所述電壓測量單元用于獲取壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓大小；所述壓電傳感器產(chǎn)生電壓經(jīng)放電電路進行信號放大，放大的電壓信號被電壓測量単元所捕獲，所述電壓測量單元將壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓大小通過藍牙發(fā)射器發(fā)送給設(shè)置于遠端；所述藍牙發(fā)射器、放大電路、電壓測量單元和壓電傳感器均設(shè)置于鞋幫內(nèi)，所述藍牙發(fā)射器、電壓測量單元連接第一供電模塊。該裝置還包括設(shè)置于遠端的藍牙接收器，所述藍牙接收器獲取所述峰值電壓大小，并將該峰值電壓數(shù)據(jù)發(fā)送給計算處理單元，所述計算處理單元用于將該峰值電壓大小轉(zhuǎn)換成壓電傳感器的最大彎曲角度；該壓電傳感器的最大彎曲角度與腳背和腳趾連接處的最大彎曲角度相對應(yīng)；所述計算處理單元根據(jù)再腳背和腳趾連接處彎曲的角度以及腿的長短計算單步的跨度。藍牙接收器、計算處理單元連接第二供電模塊，該藍牙接收器、計算處理單元以及第二供電模塊設(shè)置于遠端，可封裝在一起并固定于身體的某一部位。實施例2在上述實施例I的基礎(chǔ)之上，如圖4所示，本實用新型提供了另外ー種基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的方法，該方法包括如下步驟Tl :獲取壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓大??；T2 :獲取壓電傳感器產(chǎn)生峰值電壓所間隔的時間；由于壓電傳感器只有在彎曲最大時才會產(chǎn)生最大電壓，而壓電傳感器設(shè)置在人體腳背和腳趾連接處，則壓電傳感器只有在人體跑步或者行走時邁步最大時才會產(chǎn)生最大電壓，所以根據(jù)獲取壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓所間隔的時間，即可判斷出人體完成ー個跑 步動作所需要的時間，從而可以獲知作出跨腿動作的頻率。T3 :將該峰值電壓大小轉(zhuǎn)換成壓電傳感器的最大彎曲角度；T4 :將該峰值電壓間隔的時間轉(zhuǎn)換成壓電傳感器彎曲的頻率；T5 :根據(jù)腳背和腳趾連接處的最大彎曲角度以及腿的長短計算單步的跨度；T6:根據(jù)腳背和腳趾連接處彎曲的頻率以及單步的跨度計算行進的即時速度。腳背和腳趾連接處彎曲的頻率乘以單步的跨度再乘以2等于人體跑步或者走路時行進的即時速度，同理該即時速度也為理論速度，而如果實際中能夠測算出人體行進的平均速度，即可判斷他在各個階段的加速和減速情況，從而為研究出科學(xué)運動并且規(guī)范人體的運動方式提供數(shù)據(jù)支持。根據(jù)上述的基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的方法，本實施例也提供了一種基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的裝置，如圖3所示，與是實施例I不同的是所述電壓測量單元還用于獲取壓電傳感器產(chǎn)生峰值電壓所間隔的時間；所述計算處理單元還用于將該峰值電壓間隔的時間轉(zhuǎn)換成壓電傳感器彎曲的頻率；該壓電傳感器彎曲的頻率與腳背和腳趾連接處彎曲的頻率相對應(yīng)；該計算處理單元根據(jù)腳背和腳趾連接處彎曲的頻率以及單步的跨度計算行進的即時速度。所述藍牙發(fā)射器將電壓測量單元獲取的壓電傳感器產(chǎn)生峰值電壓所間隔的時間也發(fā)送給遠端，所述壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓所間隔的時間被藍牙接收器接收后交給計算處理單元進行處理。實施例3在上述實施例2的基礎(chǔ)之上，如圖5所示，基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的方法還包括如下步驟T7 :根據(jù)行進的即時速度以及體重計算運動消耗的能量。所述計算處理單元還用于根據(jù)行進的即時速度以及體重計算運動消耗的能量。通過計算人體運動消耗的能量，從而為人體的減肥以及健身提供數(shù)據(jù)支持。本實施例中無線發(fā)送単元和無限接收單元選用藍牙，當(dāng)然也可以選用其他的無線通信模塊。以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求 范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.ー種基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的裝置，其特征在于，該裝置包括 壓電傳感器，用于在彎曲時產(chǎn)生電壓； 電壓測量単元，用于獲取壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓大??； 計算處理單元，用于將該峰值電壓大小轉(zhuǎn)換成壓電傳感器的最大彎曲角度；該壓電傳感器的最大彎曲角度與腳背和腳趾連接處的最大彎曲角度相對應(yīng)； 該計算處理單元根據(jù)腳背和腳趾連接處彎曲的角度以及腿的長短計算單步的跨度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的裝置，其特征在于，所述壓電傳感器設(shè)置于鞋幫內(nèi)，且壓電傳感器的一端位于腳背位置處，另一端位于腳趾位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的裝置，其特征在于，該裝置還包括無線發(fā)端単元和無線接收單元，所述電壓測量單元將壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓大小或/和壓電傳感器產(chǎn)生峰值電壓所間隔的時間參數(shù)通過無線發(fā)送單元發(fā)送給無線接收單元，該無線接收單元將壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓大小或/和壓電傳感器產(chǎn)生峰值電壓所間隔的時間參數(shù)發(fā)送給計算處理單元計算和處理。
專利摘要本實用新型涉及一種基于壓電傳感器的運動參數(shù)測量的裝置，該裝置包括壓電傳感器，用于在彎曲時產(chǎn)生電壓；電壓測量單元，用于獲取壓電傳感器產(chǎn)生的峰值電壓大?。挥嬎闾幚韱卧?，用于將該峰值電壓大小轉(zhuǎn)換成壓電傳感器的最大彎曲角度；該壓電傳感器的最大彎曲角度與腳背和腳趾連接處的最大彎曲角度相對應(yīng)；該計算處理單元根據(jù)腳背和腳趾連接處彎曲的角度以及腿的長短計算單步的跨度。本實用新型的測量裝置具有使用測量準(zhǔn)確、壽命長、方便攜帶以及數(shù)據(jù)處理能力速度快的優(yōu)點。
文檔編號A61B5/11GK202403729SQ20112052666
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者王琦凡 申請人:王琦凡