[發(fā)明專利]一種基于靜電探測的步伐周期監(jiān)測裝置

在審

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• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107397553A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設計）人: 李鵬斐;陳曦;王偉;李孟軒
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種非接觸式人體步伐周期監(jiān)測裝置，屬于電子技術應用領域。

背景技術

隨著社會的發(fā)展人們對于自身健康狀態(tài)以及社會安全性給予越來越多的關注，而科學技術的進步使得人們可以利用各種便攜設備和應用程序方便快捷地隨時隨地對自身的健康狀況以及身份信息進行監(jiān)測。行走作為人們生活中必不可少的一項活動，現(xiàn)在更成為許多人強身健體的一種鍛煉方式。行走時的步態(tài)和步伐快慢雖然受到不同個體身高、體重、走路習慣等因素的影響，但同時也隱藏著豐富的個人身體狀態(tài)和健康狀況的信息。所以，最近幾十年關于人體步伐特征和規(guī)律方面越來越受到研究人員關注。

研究表明，每個人的步態(tài)都各不相同，步態(tài)作為一種人體特征，具有不受距離影響、非侵犯性、難以偽裝、受環(huán)境影響小等獨特的優(yōu)點。正常人的步態(tài)都具有一定的共性，但由于不同人各自的一些生理狀況和行走習慣的不同，不同個體的步態(tài)也相應的會呈現(xiàn)出一定的差別。所以可以利用步態(tài)中的信息，來進行人體健康監(jiān)測或生物識別。

目前關于人體步伐的研究通常采用的方式是通過在被測試對象身上佩戴加速度傳感器，測量并記錄目標人員在行進過程中加速度的變化信號，從而獲取目標人員步態(tài)信號和步伐周期以進行研究。這種方式因為可以直接將所測的加速度信號與腿部的擺動直接聯(lián)系起來而倍受親睞，得到了廣泛的應用。另一種被經(jīng)常采用的方式是利用攝像機拍攝測試對象的行走過程，對人體行走時的圖像進行“特征步態(tài)”分析，直接研究目標人員的步伐規(guī)律，但該方法受到環(huán)境的影響較大，且不能再黑暗的環(huán)境中進行。

而靜電探測技術是利用運動中物體所帶的靜電實現(xiàn)對目標的探測識別。“Triboelectrification of houseflies(Musca domestic L.)walking on synthetic dielectric surfaces”Mcgonigle D F,Jackson C W and Davidson J L 2002J.Electrostat.54 167-177中首次提出對爬行中的昆蟲進行靜電探測的方法。受此啟發(fā)，“Electrification of human body by walking”Ficker T 2006J.Electrostat.64 10-16通過安裝在人身體上的靜電計對運動中人體電勢的變化進行了研究。由于一切運動的物體都會帶上靜電，而靜電場具有唯一的邊界條件，因此可以將靜電探測方法應用于測量人體步態(tài)周期。

利用靜電探測技術進行人體步態(tài)周期的獲取，是一種可以在非接觸的條件下進行人體步態(tài)信號獲取的方法，由于人體在一定的環(huán)境中會因為各種原因帶有一定的靜電荷，而人體步行時腳步與地面之間的電容會發(fā)生變化，因此可以通過采用非接觸式探測電極獲取人體運動所產(chǎn)生的靜電信號來得到人體運動的步伐周期，再對步伐周期進行分析，達到健康監(jiān)控或者步態(tài)識別的目的；這種基于靜電探測的步態(tài)周期獲取方式目前還并未得到很好的應用及推廣，而且靜電探測不受光照的影響，且不需要對外放射能量，消耗功率小，在適當?shù)墓β试O計后可制作成隨身攜帶的監(jiān)測模塊，本專利利用靜電探測的方式進行人體步態(tài)監(jiān)測，有著良好的應用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題是利用非接觸式靜電探測方式實現(xiàn)對人體步伐周期的測量與監(jiān)測，本發(fā)明通過非接觸式靜電探測方法獲取人體踏步或走路時的靜電信號，再經(jīng)信號處理后得到相關步伐電信號圖，從中得到人體步伐周期。本發(fā)明公開了一種通過靜電探測方法監(jiān)測人體步伐周期的裝置，該裝置可用于人體步態(tài)周期的獲取和人體步態(tài)監(jiān)控中，可降低人體運動檢測系統(tǒng)的設計復雜程度，降低其設計成本，實現(xiàn)對人體運動狀態(tài)的測量。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)：

本發(fā)明公開的一種基于靜電探測的人體步伐周期監(jiān)測裝置，該裝置由探測電極、信號處理電路、控制芯片、存儲器、警報器組成，其具體運行步驟如下：

步驟一：利用該裝置表面的金屬電極采集檢測環(huán)境中的靜電信號；

步驟二：將采集到的信號經(jīng)過內(nèi)部信號處理電路處理后得到能夠表征人體步伐的電信號；

步驟三：內(nèi)部信號處理芯片對該電信號進行精確步伐周期獲取算法處理；

步驟四：裝置中的控制芯片完成步伐周期獲取并得到此刻人體走路或踏步的步伐周期；

步驟五：控制芯片存儲并監(jiān)測實時的步伐周期信號，在發(fā)現(xiàn)人的步伐周期在瞬時有明顯改變時會對佩戴該裝置的人進行報警提醒。