[发明专利]基于压电传感器的运动参数测量的方法和装置

说明书

【技术领域】

本发明属于传感器技术领域，涉及一种基于压电传感器的运动参数测量的方法和装置。

【背景技术】

压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变时(包括弯曲和伸缩形变)，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。压电传感器结构简单、体积小、质量轻、功耗小、寿命长，特别是它具有良好的动态特性，因此适合有很宽频带的周期作用力和高速变化的冲击力。

压电传感器主要应用于力测量、以及加速度测量等领域，由于外力作用在压电元件上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电传感器不能用于静态测量，只能应用于动态测量，压电元件在交变力的作用下，电荷可以不断补充，可以供给测量回路一定的电流，故只适用于动态测量。压电传感器输出的直流相应差，但是需要采用输入阻抗电路或者电荷放大器来克服这一缺陷。压电传感器广泛应用于工程力学、生物医学、电声学等技术领域。

在生物医学领域，压电传感器主要应用于人体皮肤表面或植入人体内部的生命信号监测。很多电子听诊器都采用了压电薄膜作为传感器元件，因为它耐用，灵敏度高，带宽范围宽。在该应用中，传感器元件通常都封装在传统的金属听诊头中，因为传感器需要与身体形成“作用力”。一旦动态的压力信号转换成电信号，就可以有选择性的过滤或放大、作为音频信号回放、运用更复杂的运算方法判断出具体的状况、或传输到远程基站进行进一步分析存储等。但是在人体运动参数的测量方面却没有任何应用。

【发明内容】

本发明的目的就是为了解决现有技术存在的问题，提出了一种基于压电传感器的运动参数测量的方法和装置。

本发明提供一种基于压电传感器的运动参数测量的方法，其特征在于，该方法包括：

获取压电传感器产生的峰值电压大小；

将该峰值电压大小转换成压电传感器的最大弯曲角度；

该压电传感器的最大弯曲角度与脚背和脚趾连接处的最大弯曲角度相对应；

根据脚背和脚趾连接处的最大弯曲角度以及腿的长短计算单步的跨度。

该方法进一步包括：

获取压电传感器产生峰值电压所间隔的时间；

将该峰值电压间隔的时间转换成压电传感器弯曲的频率；

该压电传感器弯曲的频率与脚背和脚趾连接处弯曲的频率相对应；

根据脚背和脚趾连接处弯曲的频率以及单步的跨度计算行进的即时速度。

该方法进一步包括：

根据行进的即时速度以及体重计算运动消耗的能量。

所述压电传感器设置于鞋帮内，且压电传感器的一端位于脚背位置处，另一端位于脚趾位置处。

所述压电传感器产生的峰值电压大小或/和压电传感器产生峰值电压所间隔的时间参数通过无线信号发送给接收端。

本发明还提供一种基于压电传感器的运动参数测量的装置，其特征在于，该装置包括：

压电传感器，用于在弯曲时产生电压；

电压测量单元，用于获取压电传感器产生的峰值电压大小；

计算处理单元，用于将该峰值电压大小转换成压电传感器的最大弯曲角度；该压电传感器的最大弯曲角度与脚背和脚趾连接处的最大弯曲角度相对应；

该计算处理单元根据脚背和脚趾连接处弯曲的角度以及腿的长短计算单步的跨度。

所述电压测量单元还用于获取压电传感器产生峰值电压所间隔的时间；

所述计算处理单元还用于将该峰值电压间隔的时间转换成压电传感器弯曲的频率；该压电传感器弯曲的频率与脚背和脚趾连接处弯曲的频率相对应；

该计算处理单元根据脚背和脚趾连接处弯曲的频率以及单步的跨度计算行进的即时速度。

该计算处理单元还根据行进的即时速度以及体重计算运动消耗的能量。

所述压电传感器设置于鞋帮内，且压电传感器的一端位于脚背位置处，另一端位于脚趾位置处。

该装置还包括无线发端单元和无线接收单元，所述电压测量单元将压电传感器产生的峰值电压大小或/和压电传感器产生峰值电压所间隔的时间参数通过无线发送单元发送给无线接收单元，该无线接收单元将压电传感器产生的峰值电压大小或/和压电传感器产生峰值电压所间隔的时间参数发送给计算处理单元计算和处理。

本发明有益的技术效果在于：