專利名稱：一種柔性腳底力測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種柔性腳底力測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
腳底力是反映步態(tài)支撐和穩(wěn)定情況最直接的生物力學(xué)參數(shù)，在人體步態(tài)分析、相 關(guān)足疾診斷以及其他康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域中起著至關(guān)重要的作用。腳底力測量作為當(dāng)今步態(tài)研究中的先進(jìn)技術(shù)，可在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并有望取得突破性成果。在臨床生物力學(xué)領(lǐng)域中為特殊人群和足疾患者的腳底力分布和步態(tài)特征分析提供相關(guān)技術(shù)支持；另外通過對(duì)所測腳底力的深入研究，有望在帕金森綜合癥、偏癱癥、糖尿病等患者的步態(tài)研究中取得更大研究成果。腳底力實(shí)時(shí)測量要求傳感器具有較高的靈敏度和較快的響應(yīng)速度以保證能夠準(zhǔn)確地完成腳底力的測量，并且要具有較高的可靠性以保證足夠的使用壽命。同時(shí)還要保證傳感器具有較小質(zhì)量和柔軟的材質(zhì)，以方便實(shí)際的安裝和使用，確保在使用過程中不會(huì)影響被測者的正常步態(tài)。雖然目前已有多種類型的傳感器可用于腳底力測量，但是受到測量精度和可靠性等因素影響，其應(yīng)用效果受到不同程度的限制，尤其是以導(dǎo)電橡膠為敏感單元的腳底力傳感器具有遲滯性大、響應(yīng)慢并且傳感器各個(gè)敏感単元之間一致性較差等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種柔性腳底力測量系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)人體腳底力的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)測量，具有結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種柔性腳底力測量系統(tǒng)，包括鞋底1，在鞋底I的第一跖趾關(guān)節(jié)處布置第一腳底力傳感器2，第二跖趾關(guān)節(jié)處布置第二腳底力傳感器3，第四跖趾關(guān)節(jié)處布置第三腳底力傳感4，第五跖趾關(guān)節(jié)處布置第四腳底力傳感器5，第一腳底力傳感器2、第二腳底力傳感器3、第三腳底力傳感器4、第四腳底力傳感器5的電源引線與電源A相連，第一腳底力傳感器2、第二腳底力傳感器3、第三腳底力傳感器4、第四腳底力傳感器5的信號(hào)輸出引線9分別與第一放大電路11、第ニ放大電路12、第三放大電路13、第四放大電路14的輸入端相連，四個(gè)放大電路具有相同的電路結(jié)構(gòu)，四個(gè)放大電路的輸出端與多路復(fù)用器10的輸入端相連，多路復(fù)用器10的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器15的輸入端相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器15的輸出端和計(jì)算機(jī)B相連。所述的第一腳底力傳感器2、第二腳底力傳感器3、第三腳底力傳感器4、第四腳底力傳感器5的結(jié)構(gòu)相同,姆個(gè)腳底力傳感器是將ー個(gè)絕對(duì)壓カ傳感器16封裝在ー個(gè)娃橡膠球體中，硅橡膠球體是由硅橡膠球下半球7與硅橡膠球上半球6連接而成，并在接觸處進(jìn)行密封，絕對(duì)壓力傳感器16固定在塑料制成的絕對(duì)壓力傳感器支承座8上，絕對(duì)壓力傳感器16和信號(hào)輸出引線9的一端連接,支承座8密封于娃橡膠球下半球7的底部。
所述的支承座8與硅橡膠球下半球7通過硅膠粘合劑密封。所述的娃橡膠球上半球6與娃橡膠球下半球7通過娃膠粘合劑密封。所述的絕對(duì)壓カ傳感器16與支承座8通過粘膠劑進(jìn)行粘結(jié)。由硅橡膠球密封的絕對(duì)壓力傳感器所構(gòu)成的腳底力傳感器不僅具有接觸面大、表面柔軟、結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高等特點(diǎn)，同時(shí)還具有精度高、響應(yīng)快而且性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。該腳底力傳感器能夠在準(zhǔn)確測量的同時(shí)盡量小地影響自然步態(tài)，可以用于在步態(tài)分析、臨床足疾診療等康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域，其柔性腳底力測量系統(tǒng)可滿足在實(shí)踐中的工程應(yīng)用。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明腳底力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理與工作原理作詳細(xì)說明。參見圖1，一種柔性腳底力測量系統(tǒng)，包括鞋底1，在鞋底I的第一跖趾關(guān)節(jié)處布置第一腳底力傳感器2，第二跖趾關(guān)節(jié)處布置第二腳底力傳感器3，第四跖趾關(guān)節(jié)處布置第三腳底力傳感4，第五跖趾關(guān)節(jié)處布置第四腳底力傳感器5，第一腳底力傳感器2、第二腳底力傳感器3、第三腳底力傳感器4、第四腳底力傳感器5的電源引線與電源A相連，第一腳底力傳感器2、第二腳底力傳感器3、第三腳底力傳感器4、第四腳底力傳感器5的信號(hào)輸出引線9分別與第一放大電路11、第二放大電路12、第三放大電路13、第四放大電路14的輸入端相連，四個(gè)放大電路具有相同的電路結(jié)構(gòu)，四個(gè)放大電路的輸出端與多路復(fù)用器10的輸入端相連，多路復(fù)用器10的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器15的輸入端相連,模數(shù)轉(zhuǎn)換器15的輸出端和計(jì)算機(jī)B相連，將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)B，在計(jì)算機(jī)B上以波形方式顯示。參照?qǐng)D2，所述的第一腳底力傳感器2、第二腳底力傳感器3、第三腳底力傳感器4、第四腳底力傳感器5結(jié)構(gòu)相同，每個(gè)腳底力傳感器是將ー個(gè)絕對(duì)壓カ傳感器16封裝在ー個(gè)硅橡膠球體中，硅橡膠球體是由硅橡膠球下半球7與硅橡膠球上半球6連接而成，并在接觸處進(jìn)行密封，絕對(duì)壓力傳感器16固定在塑料制成的絕對(duì)壓力傳感器支承座8上，絕對(duì)壓力傳感器16和信號(hào)輸出引線9的一端連接,支承座8密封于娃橡膠球下半球7的底部,為了防止硅橡膠球壓縮后因?yàn)闅怏w壓カ増大氣體泄漏，故要求保證嚴(yán)格密封。所述的支承座8與硅橡膠球下半球7通過硅膠粘合劑密封。所述的娃橡膠球上半球6與娃橡膠球下半球7在接觸處通過娃膠粘合劑密封。所述的絕對(duì)壓カ傳感器16與支承座8通過普通粘膠劑進(jìn)行粘結(jié)，保證絕對(duì)壓カ傳感器16具有可靠的位置性和固定性。本發(fā)明的工作原理是人體體重由骨頭傳到腳上，再由腳上的骨頭作用到地面上。人體腳底的肌肉組織以及柔軟的鞋墊等緩沖物體的存在使得人體的體重在腳底上以較大的接觸面積分布。因此硅橡膠球設(shè)計(jì)為具有一定平面的半球結(jié)構(gòu)，選用的硅橡膠柔韌性強(qiáng)、彈性大、具有較強(qiáng)的伸縮性。増大的硅橡膠球高度可以保證在同等條件下傳感器具有更大的量程。絕對(duì)壓力傳感器工作原理是依據(jù)玻意耳定律，即一定質(zhì)量的氣體在溫度不變吋，它的壓強(qiáng)與體積成反比。其關(guān)系式如下P1V1=P2V2⑴或者

式中=P1——?dú)怏w初態(tài)壓強(qiáng)；V1——?dú)怏w初態(tài)體積；P2——?dú)怏w末態(tài)壓強(qiáng)；V2——?dú)怏w末態(tài)體積。柔性腳底力測量系統(tǒng)的工作原理是當(dāng)接通電源A后，人體腳底力施加在硅橡膠球的上表面時(shí)，人體腳底力與地面之間的接觸カ壓縮硅橡膠球，導(dǎo)致其體積變小。因?yàn)榍蝮w密封使得球體內(nèi)氣體壓強(qiáng)變大，該壓強(qiáng)的變化通過絕對(duì)壓カ傳感器16測出，并由絕對(duì)壓カ傳感器16的輸出引線9將信號(hào)傳送到放大電路，由于第一腳底力傳感器2、第二腳底力傳感器3、第三腳底力傳感器4，第四腳底力傳感器5各自分別連接放大電路11、12、13和14，故需要通過多路復(fù)用器10進(jìn)行通道選擇后再將信號(hào)傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器15，模數(shù)轉(zhuǎn)換器15完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后將信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)B中，最后在計(jì)算機(jī)B對(duì)測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，在計(jì)算機(jī)B上以波形方式顯示。由硅橡膠球密封的絕對(duì)壓力傳感器所構(gòu)成的腳底力傳感器不僅具有接觸面大、表面柔軟、結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高等特點(diǎn)，同時(shí)還具有精度高、響應(yīng)快而且性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。該腳底力傳感器能夠在準(zhǔn)確測量的同時(shí)盡量小地影響自然步態(tài)，可以用于在步態(tài)分析、臨床足疾診療等康復(fù)醫(yī)療領(lǐng)域，其柔性腳底力測量系統(tǒng)可滿足在實(shí)踐中的工程應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種柔性腳底力測量系統(tǒng)，包括鞋底(I)，其特征在于在鞋底(I)的第一跖趾關(guān)節(jié)處布置第一腳底力傳感器(2)，第二跖趾關(guān)節(jié)處布置第二腳底力傳感器(3)，第四跖趾關(guān)節(jié)處布置第三腳底力傳感(4)，第五跖趾關(guān)節(jié)處布置第四腳底力傳感器(5)，第一腳底力傳感器(2)、第二腳底力傳感器(3)、第三腳底力傳感器(4)、第四腳底力傳感器(5)的電源引線與電源(A)相連，第一腳底力傳感器(2)、第二腳底力傳感器(3)、第三腳底力傳感器(4)、第四腳底力傳感器(5)的信號(hào)輸出引線(9)分別與第一放大電路(11)、第二放大電路(12)、第三放大電路(13)、第四放大電路(14)的輸入端相連，四個(gè)放大電路具有相同的電路結(jié)構(gòu)，四個(gè)放大電路的輸出端與多路復(fù)用器(10)的輸入端相連，多路復(fù)用器(10)的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(15)的輸入端相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(15)的輸出端和計(jì)算機(jī)(B)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種柔性腳底力測量系統(tǒng)，其特征在于所述的第一腳底力傳感器(2)、第二腳底力傳感器(3)、第三腳底力傳感器(4)和第四腳底力傳感器(5)結(jié)構(gòu)相同，姆個(gè)腳底力傳感器是將ー個(gè)絕對(duì)壓カ傳感器(16)封裝在ー個(gè)娃橡膠球體中，娃橡膠球體是由硅橡膠球下半球(7)與硅橡膠球上半球(6)連接而成，并在接觸處進(jìn)行密封，絕對(duì)壓力傳感器(16)固定在塑料制成的絕對(duì)壓力傳感器支承座(8)上，絕對(duì)壓力傳感器(16)和信號(hào)輸出引線(9)的一端連接，支承座(8)密封于硅橡膠球下半球(7)的底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的ー種柔性腳底力測量系統(tǒng)，其特征在于所述的支承座(8)與娃橡膠球下半球(7)通過娃膠粘合劑密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的ー種柔性腳底力測量系統(tǒng)，其特征在于所述的硅橡膠球上半球(6)與娃橡膠球下半球(7)通過娃膠粘合劑密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述的ー種柔性腳底力測量系統(tǒng)，其特征在于所述的絕對(duì)壓力傳感器(16)與支承座(8)通過粘膠劑進(jìn)行粘結(jié)。
全文摘要
一種柔性腳底力測量系統(tǒng)，包括鞋底，在鞋底四個(gè)生理負(fù)重點(diǎn)處布置有腳底力傳感器，腳底力傳感器的電源引線與電源相接，腳底力傳感器的信號(hào)輸出引線與放大電路的輸入端相連，放大電路的輸出端與多路復(fù)用器的輸入端相連，多路復(fù)用器的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端和計(jì)算機(jī)相連，每個(gè)腳底力傳感器是將一個(gè)絕對(duì)壓力傳感器封裝在一個(gè)硅橡膠球體中，人體腳底力與地面之間的接觸力壓縮硅橡膠球，導(dǎo)致其體積變小，該壓強(qiáng)變化通過絕對(duì)壓力傳感器測出，依次經(jīng)過放大電路、多路復(fù)用器處理，并將信號(hào)傳送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最終在計(jì)算機(jī)中顯示波形圖，間接測得人體腳底力，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B5/22GK102657535SQ201210161620
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者于忠亮, 張學(xué)鋒, 張雪蕾, 趙玉龍 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)