[發明專利]三維力傳感器及其應用

無效

• 申請號: 200810040003.2
• 申請日: 2008-07-01
• 公開（公告）號: CN101308053A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發明（設計）人: 嚴壯志;朱翔明;司文;劉書朋;顧紅;邵斌;許以誠
• 申請（專利權）人: 上海大學;上海體育科學研究所
• 主分類號: G01L5/16
• 分類號: G01L5/16;A43B13/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所（普通合伙）
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種三維力傳感器，特別是一種能夠感測足底在空間中所受到的力在該空間中沿相互正交的三個方向分解力的三維傳感器，屬傳感器領域。

背景技術

人體在靜止站立或者動態行走時，在自身重力的作用下，足底受到一個地面的反作用力，這個力就是足底壓力。當人體足部結構發生一些病變或功能障礙以及當人體運動狀態發生變化時，足底壓力和壓強分布都會發生相應的改變。通過對人體在靜止或動態過程中的足底壓力和壓強分布的研究，可以揭示步態的運動特性和動力性特征。通過對不同狀態下的足底壓力參數進行分析研究，可以揭示不同的足底壓力分布特征和模式與人體運動以及足部疾病的關系。該技術在步態研究、足疾診斷等領域具有廣泛應用。

現階段，市場已有幾種足底壓力分布測量系統，如德國Novel公司的Pedar、美國Tekscan公司的F-Scan、比利時Rsscan公司的insole和德國Medilogic公司的足底壓力測量系統等等。上述測量系統所采用的傳感器技術各有千秋，主要采用了壓敏半導體傳感器技術、壓敏電阻式傳感器技術和壓變電容式傳感器技術。具體產品中的傳感器陣列主要采用了網格狀布置，以達到較大的有效測量面積。

上述已經取得實際應用的足底壓力測量領域的各類傳感器都局限于垂直于足底方向的二維壓力，有關用于足底與鞋底、地面的切向方向壓力檢測的傳感器系統還不成熟。目前產品的另一個局限在與還不能勝任田徑運動員劇烈活動狀態下足底三維壓力的測量。

本發明所提出的能夠將足底在空間中所受到的力在該空間中沿相互正交的三個方向分解的鞋釘套件，能夠同時測量足底所承受的垂直方向的力以及足底所承受的切向方向的力，而且能夠獲得運動員劇烈活動狀態下足底的有效三維壓力數據。

發明內容

本發明涉及一種三維力傳感器及其應用，本三維力傳感器能傳感三維力，用作鞋釘能夠傳感足底在空間中所受到的力在該空間中沿相互正交的三個方向的分解力。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種三維力傳感器，包括傳力底柱、頂蓋、測力薄膜及其引出導線，其特征在于：

(1)所述傳力底柱有固定成一體的圓柱頭；

(2)一個套殼的內圓與所述傳力底柱的圓柱頭緊密配合而兩者上端面齊平；

(3)所述頂蓋的內圓與所述套殼的外圓緊密配合而蓋住所述套殼和所述傳力底柱的圓柱頭；

(4)在所述傳力底柱圓柱頭的端面和圓柱面上粘貼所述的測力薄膜，所述頂蓋端面上有穿孔，連接測力薄膜的引出導線從該穿孔引出。

上述的傳力底柱圓柱頭的圓柱面上粘貼的測力薄膜共有四塊沿圓柱頭的圓柱面周向均布，所述頂蓋端面的穿孔也共有4個，穿孔的圓心沿對應于所述圓柱頭外圓的圓周上周向均布，而且四個穿孔分別對準所述四塊測力薄膜位置。

上述的傳力底柱圓柱頭的端面只粘貼一塊測力薄膜，位于該端面中心位置。

上述的測力薄膜材料為高分子材料聚偏氟乙烯。

上述引出導線為低噪聲的導線。

上述傳力底柱的下端為尖錐體。

一種上述的三維力傳感器的應用，其特征在于用作鞋-地間三維測力的鞋釘組件，其傳力底柱構成鞋釘，而套殼和頂蓋一起構成鞋釘座。

上述的應用中，采用的三維力傳感器的傳力底柱下端為尖錐體，其尖頂傳感垂直力，而錐面傳感側向力。

本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點：

本發明提供的三維力傳感器由粘貼于傳力底柱圓柱頭端面的測力薄膜感測垂直力，而該圓柱頭的圓柱面上還周向均布粘貼測力薄膜，能感測與垂直線相互正交的兩個正交分量。本發明的三維力傳感器用作鞋釘，能夠感測足底在空間中所受到的力在該空間中沿相互正交的三個方向分解力。

附圖說明

圖1是本發明一個實施例的三維力傳感器結構示意圖。

圖2是圖1示例中傳力底柱的零件生產圖。

圖3是圖2的仰視圖。

圖4是圖1示例中套殼的零件生產圖。

圖5是圖4中A-A處剖面圖。

圖6是圖1示例中頂蓋的零件生產圖。

圖7是圖6中A-A處剖面圖。

圖8是傳力底柱下端為尖錐體而受垂直力的三維力傳感器外形圖。

圖9是傳力底柱下端為尖錐體而受側向力的三維力傳感器外形圖。

具體實施方式

本發明的優選實施例結合附圖詳述如下：