[發明專利]一種測量足底壓力及動態變化的凝膠電容式傳感器及方法

有效

• 申請號: 201611095677.3
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106768508B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 馬國亮;徐明龍;雷俊琪;周媛;宋思揚
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14;A61B5/22;A61B5/11
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

一種測量足底壓力及動態變化的凝膠電容式傳感器及方法，包括絕緣介質，兩片離子凝膠陣列粘貼于絕緣介質上、下表面，離子凝膠?絕緣介質?離子凝膠構成電容器；兩片離子凝膠陣列上、下表面各粘貼一層絕緣介質；金屬電極粘貼于離子凝膠和絕緣介質的連接處，金屬電極與離子凝膠形成電子?離子凝膠混合電流回路；紐扣電池、控制采集模塊和藍牙模塊集成在電路板上，通過導線連接金屬電極，紐扣電池給離子凝膠供電；當傳感器表面壓力大小、周期變化時，測量信號傳給藍牙模塊，再發送信號到手機，手機程序計算得到足底壓力分布及隨時間變化數據；該電容式傳感器采用的凝膠材料具有柔軟、透明、輕薄、易于加工、測量精確、成本低廉、應用廣泛等優點。

技術領域

本發明屬于一種電容式壓力傳感器，具體涉及一種測量足底壓力及動態變化的凝膠電容式傳感器及方法，屬于智能可穿戴領域。

背景技術

人體下肢疾病康復過程和各類運動鞋研發需要足部詳盡的各類數據，通過足底壓力分布、大小狀況和動態變化測量結果，可推測下肢受力情況，量化腳底壓力分布狀況，測量人體運動行程，以及評估足部、腿部疾病，外科手術后期康復效果等有重要的應用價值。因此，足底實時壓力狀況，既能為醫務人員提供可靠的依據，又能為患者健康監測提供參考，還能為鞋類研發等應用領域提供科學、準確的數據。

傳統足部壓力傳感器一般采用電阻式、壓電材料等，應用光學、機械等方式，經過復雜的數據采集和分析系統測量足底壓力的空間分布，進行步態分析等。電阻式應變片、壓電材料等屬于硬質傳感器，硬度較大，舒適度較差，且不宜加工為各種形狀；其次，以上材料不透明，測量過程中很難觀測到足部的變形；再次，硬質傳感器外面通常需覆蓋一層彈性物質起保護作用，具有附加剛度和阻尼，對壓力值的測量有一定影響。目前多數產品都是通過手腕處傳感，或者采用腳部外接電源式傳感，這類傳感器測量的數據受外界干擾因素較大或設備復雜，因此，由此獲得的人體數據可信度低，精度不高，或極不方便可靠。

發明內容

為解決上述現有技術存在的問題，本發明目的在于提供一種測量足底壓力及動態變化的凝膠電容式傳感器及方法，本發明采用了柔軟、透明的凝膠材料作為電解質制作壓力傳感器，并采用藍牙發送實時數據，通過手機藍牙接收，應用程序處理后可以準確測量足底壓力二維分布和動態變化，并可以觀察足部的變形，傳感器鞋墊部分柔軟、透明、易加工、厚度小，測量精度高等優良特性。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種測量足底壓力及動態變化的凝膠電容式傳感器，包括中間絕緣介質3，粘接于中間絕緣介質3上層的上層離子凝膠陣列2和下層的下層離子凝膠陣列4；上層離子凝膠陣列2的上表面粘貼一層上層絕緣介質1，下層離子凝膠陣列4的下表面粘貼一層下層絕緣介質5；金屬電極6粘貼于上層絕緣介質1與上層離子凝膠陣列2的連接處以及下層絕緣介質5與下層離子凝膠陣列4的連接處；紐扣電池8、控制采集模塊9和藍牙模塊10集成在電路板11上，通過導線7連接金屬電極6，紐扣電池8為上層離子凝膠陣列2和下層離子凝膠陣列4供電。

所述上層離子凝膠陣列2和下層離子凝膠陣列4采用柔軟、透明的PVA凝膠；上層絕緣介質1、中間絕緣介質3、下層絕緣介質5采用柔軟、透明的硅膠。

所述上層離子凝膠陣列2和下層離子凝膠陣列4由六邊形離子凝膠單元組成，厚度為微米量級；所述上層絕緣介質1、中間絕緣介質3和下層絕緣介質5的厚度為微米量級。

每個所述六邊形離子凝膠單元由單獨電路連接，最后合成一條總線連接控制采集模塊9，通過測量每個六邊形離子凝膠單元的的信號，反映足部實時的壓力分布情況。

在有測量精度要求時，減小上層離子凝膠陣列2和下層離子凝膠陣列4的六邊形離子凝膠單元的尺寸，增加總體六邊形離子凝膠單元數量，或在壓力大的部位增加六邊形離子凝膠單元數量。

所述電路板11上布置DC/AC電路將紐扣電池8的直流電信號轉化為交流電信號，給離子凝膠供電，避免材料特性改變。