[發明專利]一種壓力檢測和發電的方法、鞋底結構和鞋

有效

• 申請號: 201611198479.X
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN108209003B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 鄭智民;許利群
• 申請（專利權）人: 中國移動通信有限公司研究院;中國移動通信集團公司
• 主分類號: A43B3/00
• 分類號: A43B3/00;G01L1/16;H02J7/32
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 許靜;安利霞

1.一種鞋底結構，包括鞋底，其特征在于，還包括：

分布在所述鞋底上的多個壓力檢測與發電一體化模塊，其中，將鞋底分為5個區域，在每個區域均勻分布壓力檢測與發電一體化模塊；

所述壓力檢測與發電一體化模塊包括動電轉換模塊、壓力陶瓷疊堆和壓力采集模塊；所述壓力陶瓷疊堆包括：多片壓力陶瓷片；所述壓力陶瓷片包括：膜片和基板，所述膜片上設置有公共單電極，所述基板上設置有面積相等的雙電極，構成同軸環狀的傳感器,以減小壓力陶瓷片的非線性誤差；

所述壓力陶瓷疊堆的一端與所述動電轉換模塊連接，所述壓力陶瓷疊堆受到壓力發生形變時，所述動電轉換模塊在所述壓力陶瓷疊堆的帶動下發電；

所述壓力陶瓷疊堆的另一端與所述壓力采集模塊連接，所述壓力陶瓷疊堆受到壓力發生形變時，所述壓力采集模塊根據所述壓力陶瓷疊堆的形變值，獲取所述壓力陶瓷疊堆受到的壓力信息；

所述動電轉換模塊包括氣泵和電磁結構；

所述氣泵的頂部與所述壓力陶瓷疊堆的頂部固定連接，所述氣泵的底部與所述壓力陶瓷疊堆的底部固定連接；

所述壓力陶瓷疊堆受到壓力發生形變時，帶動所述氣泵運動，所述氣泵帶動所述電磁結構產生磁電感應，輸出電能。

2.根據權利要求1所述的鞋底結構，其特征在于，所述壓力采集模塊包括壓力采集電容；

所述壓力采集電容的上電容板與所述壓力陶瓷疊堆的頂部固定連接，所述壓力采集電容的下電容板與所述壓力陶瓷疊堆的底部固定連接；

所述壓力陶瓷疊堆受到壓力發生形變時，帶動所述壓力采集電容發生形變，所述壓力采集模塊根據所述壓力采集電容形變后的電容值，確定所述壓力陶瓷疊堆的形變值，并根據所述壓力陶瓷疊堆的形變值，獲取所述壓力陶瓷疊堆受到的壓力信息。

3.根據權利要求2所述的鞋底結構，其特征在于，所述壓力采集模塊通過如下公式，確定所述壓力采集電容的形變值d1：

其中，ε為空氣介電常數，S為所述壓力采集電容的上電容板和下電容板之間的相對面積，C1為所述壓力采集電容形變后的電容值，d0為所述壓力采集電容形變前上電容板和下電容板之間的相對距離；

所述壓力采集模塊根據所述壓力陶瓷疊堆的厚度與所述壓力采集電容上電容板和下電容板之間相對距離的比例關系及所述d1，確定所述壓力陶瓷疊堆的形變值Q；

所述壓力采集模塊根據所述Q及如下公式，獲取所述壓力陶瓷疊堆的應力T：

Q＝s^ET+dE；

其中，s^E為所述壓力陶瓷疊堆電短路的情況下測得的彈性常數，d為所述壓力陶瓷疊堆的壓電常數，E為所述壓力陶瓷疊堆內部的電場強度；

所述壓力采集模塊根據所述T，確定所述壓力陶瓷疊堆受到的壓力F，并根據所述F和所述壓力陶瓷疊堆頂部的面積，確定所述壓力陶瓷疊堆受到的壓強。

4.根據權利要求1所述的鞋底結構，其特征在于，所述壓力檢測與發電一體化模塊還包括：

與所述壓力采集模塊連接的通訊模塊，所述通訊模塊將所述壓力采集模塊獲取到的壓力信息上報給互聯網平臺；

與所述動電轉換模塊連接的存儲模塊，所述存儲模塊獲取所述動電轉換模塊發電后輸出的電能并存儲。

5.根據權利要求4所述的鞋底結構，其特征在于，所述存儲模塊包括：

與所述動電轉換模塊連接的穩壓電路；

與所述穩壓電路連接的DC/DC轉換器；

與所述DC/DC轉換器連接的儲能電路；

所述儲能電路包括：

與所述DC/DC轉換器連接的儲能電容；

與所述儲能電容通過交直流轉換電路連接的電池。

6.根據權利要求5所述的鞋底結構，其特征在于，所述交直流轉換電路采用惠思頓電橋進行去抖、去噪和數據處理；

所述惠思頓電橋包括第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻，所述第一電阻和所述第二電阻串聯組成第一部分，所述第三電阻和所述第四電阻串聯組成第二部分，所述第一部分與所述第二部分并聯。