[实用新型]足底压力测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及生物医学工程技术领域，具体涉及一种足底压力测量装置。

背景技术

人体足底压力的分布反映了有关足的结构、功能及整个身体姿态控制等相关情况。当人产生运动功能障碍或足部产生病变时，足底压力和压强的分布都会发生相应改变。因此，对不同运动状态下足底压力及相关时间参数进行测量，并对测量结果进行数据分析，可获取人体在运动状态下的生理、病理力学参数及技能参数等信息、以及不同状态下足底压力的分布特征和模式。这对临床医学诊断、疾患程度测定、术后有效评价、生物力学、康复治疗、体育训练和功能鞋的研制等均有重要意义。

目前，常见的足底压力测量仪器主要有三种：测力台、测力板和测力鞋垫系统。国内外都对这些测量仪器展开了大量研究。国外的产品主要有瑞士的奇石乐(KISTLER)测力台系统、德国的诺威尔(Novel)测力版系统、美国的飞斯盖(F-scan)测力鞋垫系统等等。这些产品价格昂贵，关键技术也都没有公开。国内相关专利如袁刚等人的实用新型专利《平板式足底压力分布测量装置》ZL02228378.1，王辉林等人实用新型专利《鞋垫式足底压力测量装置》CN201267478Y等都较为系统地提出了产品设计方案。袁刚等人开发的装置由200个直径为13.5mm的压力传感器以台阶形式装配而成，结构较复杂，成本较高，且测试地点和运动范围均受到限制；王辉林等人开发的装置主要是利用压电陶瓷作为足底压力采集的传感器，而压电陶瓷一般体积较大且厚，不具有良好的柔软性，至于鞋垫内容易对人体产生异物感，此外，压电陶瓷在低压力作用时非线性度较低，这也会在一定程度上影响测量精度。

实用新型内容

本实用型新型的目的在于是提出一种足底压力测量装置，结构简单，测量精度高，测试时对人体无异物感，且不限制测试的地点和运动范围，能够实时显示足底压力大小，并能将数据保存以留待进一步分析。

足底压力测量装置，包括依次相接的PVDF压电薄膜传感器、信号调理电路、A/D转换器、无线发送模块、无线接收模块和显示模块。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1、本装置功耗低、成本低，操作方便，且便于携带，不限制测试的运动地点和范围。

2、采用PVDF压电薄膜作为传感器，可直接置于足底任何位置而不对人体产生异物感，且应力响应速度快、动态测量精度高，传感器容易设计，结构也相对简单。

3、本装置可将传感器、信号调理电路、A/D转换器及无线发送模块作为一部分，该部分可绑定在测试者身上，测试者可在室内一定范围内进行自由走动；无线接收模块、微处理器以及上位机作为一部分置于室内以进行观测和记录。本装置可连续测量足底动态压力，对人体运动过程中产生的足底压力进行实时跟踪，此外，还可保存所有数据，便于进一步的分析。

4、本装置除能够测量足底压力以外，在PVDF压电薄膜允许的量程范围内，还能对其他动态力进行测量。

5、本装置可作为医疗诊断的辅助系统，用于检测潜在的足部运动功能障碍，也可用于术后康复效果的评价中。

附图说明

图1是本实用新型的工作原理图。

图2是图1所示实施例中信号调理电路的电路图，图2(a)为电荷放大电路，图2(b)为工频滤波电路和电压放大电路，图2(c)为低通滤波电路、电压放大电路及电压抬高电路。

图3是软件总体流程方框图。

图4是足底压力测试后截取的行走实时图像。

图5是足底压力测试后截取的跑步实时图像。

具体实施方式

本发明选用聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜作为足底压力检测传感器，其质量轻、柔性好、强度大、耐力学冲击、耐腐蚀，可任意裁剪分割，对于机械应力或应变的变化具有响应速度快、频响范围宽等优点，而且粘贴在被测物体上对原结构几乎不产生影响，特别是其压电电压常数高，在同等受力条件下，输出电压比压电陶瓷高10倍，因此十分适合用作测量应力和应变的传感元件。此外，在受力25GPa以内，其输出的电荷信号与受力大小成线性关系，因此所获得的压力数据准确，具有一定的可靠性。

在图1～2所示的实施例中，PVDF压电薄膜传感器的直径为5mm，厚度为50um±5％。PVDF薄膜传感器置于足底第五跖骨处，其中一个接线端接入信号调理电路，另一端接地。