[發明專利]一種基于柔性薄膜壓力傳感器的可穿戴足底壓力測量裝置

在審

• 申請號: 201611095084.7
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106618579A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 吳幸;郭叢威;張健;廉佐政
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: A61B5/103
• 分類號: A61B5/103;B32B15/08;B32B9/04
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙)31215
• 代理人: 徐筱梅,張翔

技術領域

本發明涉及新型儀器儀表領域，尤其是一種基于柔性薄膜壓力傳感器的可穿戴足底壓力測量裝置，采用柔性薄膜壓力傳感器測量足底壓力。

背景技術

人體足底壓力分布反映人體的生理健康狀況，部分早期難以發現的疾病可以由足底壓力特征確診，準確測量人體足底壓力對醫學研究有重要意義。

傳統的足底壓力測量方法采用剛性傳感器，一方面剛性傳感器在測量足底壓力時，不能貼合足底表面起伏；另一方面，剛性傳感器在測量過程中會引起足底柔軟組織形變，造成損傷。因此需要一種柔性的壓力傳感器來實現壓力傳感器的可穿戴。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于柔性薄膜壓力傳感器的可穿戴足底壓力測量裝置，該裝置采用柔性薄膜壓力傳感器為傳感元件，使用電阻-電壓轉換電路和模數轉換電路，將壓力轉化為電壓信號，再通過擬合公式轉換為壓力值，實現對足底壓力的測量。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種基于柔性薄膜壓力傳感器的可穿戴足底壓力測量裝置，特點是它包括基體、柔性薄膜壓力傳感器、電阻-電壓轉換模塊、模數轉換模塊、電壓-壓力擬合模塊、藍牙通信模塊及顯示終端，所述柔性薄膜壓力傳感器為數路分布于基體上，柔性薄膜壓力傳感器數路引線與電阻-電壓轉換模塊連接，電阻-電壓轉換模塊、模數轉換模塊、電壓-壓力擬合模塊、藍牙通信模塊依次連接，電阻-電壓轉換模塊、模數轉換模塊、電壓-壓力擬合模塊、藍牙通信模塊集成設置于機體內，藍牙通信模塊與顯示終端無線連接；其中：

所述柔性薄膜壓力傳感器呈四層薄膜結構，包括柔性聚酰亞胺薄膜層、銀電極層、柔性石墨烯和氧化石墨烯的復合薄膜層以及氧化石墨烯薄膜絕緣保護層，其中，聚酰亞胺薄膜層厚度為20μm-200μm；銀電極層厚度500nm-5μm，生長在聚酰亞胺薄膜層兩端；柔性石墨烯和氧化石墨烯的復合薄膜層厚度為50μm-600μm，該層呈蜂窩式多孔層狀結構；氧化石墨烯薄膜絕緣保護層，厚度20μm-300μm；柔性石墨烯和氧化石墨烯的復合薄膜層與氧化石墨烯絕緣保護層生長在一起，與銀電極層粘結在一起。

所述柔性薄膜壓力傳感器應變系數為2.1-3；壓力測量范圍為10Pa-900kPa；測出的高頻壓力信號為0-10kHz；其厚度小于1mm，具備彎曲和恢復能力；傳感器呈長方形，邊長可小于5mm，單個面積可小于25mm。

本發明的有益效果

1)柔性薄膜壓力傳感器具有易折彎的特性，可以適應物體表面起伏，減小測量壓力過程中傳感器自身剛度對物體作用造成的形變，可穿戴在身上，可實現身體壓力的實時檢測。

2)該足底壓力測量方法以柔性薄膜壓力傳感器為傳感元件，具有厚度薄的特性，可以作為可穿戴設備穿在腳底，實現實時監測足底壓力數據。以此方法做出的一種基于柔性薄膜壓力傳感器的可穿戴足底壓力測量裝置，可制成鞋墊形狀作為可穿戴設備，實現了對足底壓力的實時檢測，具有可穿戴、工作可靠、成本低的優點。

附圖說明

圖1為本發明結構示意圖；

圖2為本發明電路結構框圖；

圖3為本發明柔性薄膜壓力傳感器結構示意圖；

圖4為本發明實施例結構示意圖；

圖5為本發明電阻-電壓轉換模塊原理圖；

圖6為本發明壓力-電壓實驗曲線圖；

圖7為本發明壓力-電壓的實驗曲線和擬合曲線對比圖；

圖8為本發明壓力-電壓擬合誤差分布圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行詳細描述。

參閱圖1-2，本發明包括基體1、柔性薄膜壓力傳感器2、電阻-電壓轉換模塊3、模數轉換模塊4、電壓-壓力擬合模塊5、藍牙通信模塊6及顯示終端7，所述柔性薄膜壓力傳感器2為數路分布于基體1上，柔性薄膜壓力傳感器2各路引線與電阻-電壓轉換模塊3連接，電阻-電壓轉換模塊3、模數轉換模塊4、電壓-壓力擬合模塊5、藍牙通信模塊6依次連接，電阻-電壓轉換模塊3、模數轉換模塊4、電壓-壓力擬合模塊5、藍牙通信模塊6集成設置于機體1內，藍牙通信模塊6與顯示終端7無線連接。