[实用新型]一种具有多层感芯结构的动态足底压力测试鞋垫

说明书

技术领域

本实用新型属压力分布测量系统领域，特别是涉及一种具有多层感芯结构的动态足底压力测试鞋垫。 

背景技术

足底压力分布特征是揭示人体步态规律的重要指标之一，足底压力分布测量在生物力学、康复医学、矫形外科、体育训练、制鞋业等领域有着重要的指导意义。目前临床使用的压力测试板和测试台技术存在极大的空间局限性，不具备可穿戴性。因此，开发具有可穿戴的压力鞋或压力鞋垫成为该技术领域的重要工作。研制成功的主要产品有：美国TEKSCAN公司的 鞋垫系统，采用TEKSCAN专利传感器，可以提供步态的压力分析、平衡分析及角度测量；德国NOVEL公司的Pedar鞋垫压力系统，采用电容式传感器，可以测量动态足底压力的变化情况；比利时RSSCAN公司的鞋内压力测试仪，采用压阻式传感器，可对鞋内压力进行测试。这些产品的关键技术均没有公开。中国专利公开了部分技术，如王辉林等的发明专利《鞋垫式足底压力测量装置》，公开号CN201267478。该技术采用压电陶瓷元件作为信号采集模块，可提供足底三维压力测量。由于压电陶瓷元件刚性大，嵌入鞋垫中势必影响鞋垫的柔软性和穿着舒适性，且测试系统仅限于专用鞋或裸足使用，测试存在着局限性。除此之外，《中国生物医学工程学报》2000年第19卷第1期发表的韦启航等的论文《人体步态分析系统一足底压力测量系统的研制》，介绍了一种足底压力测试系统，核心传感元件为压敏电阻阵列传感器，整体系统包括测试鞋和专用测试软件，可采集人体步行时的足底压力。《压电与声光》2008年第30卷第4期发表的舒方法等的论文《PVDF压电薄膜在足底压力测量中的应用》，介绍了采用压电薄膜制作传感阵列用于足底压力测量的可能性。但是，该文未介绍具体的结构设计，也未形成实用的测试系统。而且，由于嵌入鞋垫中使用的聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜感芯单元面积不能过大，不可避免地将导致所产生的信号弱、信噪比低；另外，嵌入鞋垫中的PVDF压电薄膜在对柔性材料压力信号的测试中存在着信号的滞后性，但该文并未对上述问题提出可行的改善措施。 

作为测试足底压力的鞋垫，其传感器单元与人体足部接触。为保证人体在测试过程中自然、舒适的状态，传感器单元必须轻薄和柔软。另外，为了准确地反映足底指定位置的 压力分布，传感器单元的表面积不能过大。但是，可穿戴的柔性传感器单元由于自身材料和结构的限制，在测试柔性材料所受到的动态压力(如：足底和鞋垫间的压力)时，将带来信噪比低、对信号响应滞后等问题，影响系统对压力信号响应的稳定性和测试的准确性。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有多层感芯结构的动态足底压力测试鞋垫，克服PVDF压电薄膜传感器作为感芯结构所产生的上述问题，嵌入多层感芯结构薄膜传感器单元的鞋垫可用于人体步行、跑步、跳跃等任意频率的动态测试，且可以与日常穿着的鞋类结合，方便使用。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种具有多层感芯结构的动态足底压力测试鞋垫，包括鞋垫、信号调理单元、数据采集单元和信号显示单元，所述的鞋垫中嵌入感芯结构薄膜传感器单元；所述的感芯结构薄膜传感器单元由至少两层PVDF压电薄膜上下叠加而成；所述的感芯结构薄膜传感器单元与鞋垫接触面之间有一层硬质合成材料薄膜；所述的感芯结构薄膜传感器单元与依次串联的信号调理单元、数据采集单元和信号显示单元相连。 

所述的具有多层感芯结构的动态足底压力测试鞋垫的感芯结构薄膜传感单元将采集到的足底压力信号转换为电荷信号传输给信号调理单元；所述的信号调理单元将收到的电荷信号转换为电压信号传输给数据采集单元；所述的数据采集单元将收到的电压信号传输给信号显示单元。 

所述的具有多层感芯结构的动态足底压力测试鞋垫的信号调理单元由积分放大电路和低通滤波电路串联而成，信号先进入所述的积分放大电路再进入所述的低通滤波电路。 

所述的具有多层感芯结构的动态足底压力测试鞋垫的多层感芯结构薄膜传感器单元分布在所述的鞋垫上部左侧、上部右侧、中部左侧、中部右侧、下部左侧和下部右侧。 

所述的具有多层感芯结构的动态足底压力测试鞋垫的硬质合成材料薄膜为硬质PVC膜、硬质PE膜或硬质PET膜。 

有益效果 

由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果： 

(1)单个传感单元的有效面积较小，可以提高测试足底压力分布的分辨率。所采用的多层PVDF压电薄膜感芯结构，实现了在不改变传感单元表面积的情况下提高输出信号 的强度。