[發(fā)明專利]一種測量足底三維應(yīng)力狀態(tài)的便捷式鞋墊

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• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109567315A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 代祥俊;張進;李征;張豪;石杰;王嘉昕
• 申請（專利權(quán)）人: 山東理工大學
• 主分類號: A43B17/00
• 分類號: A43B17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種測量足底三維應(yīng)力狀態(tài)的便捷式鞋墊，其特征在于采用分層組合結(jié)構(gòu)，包括PVC薄膜(10)（11）、應(yīng)力采集單元、填充層、無線傳輸裝置;可有效測量空間三維方向的應(yīng)力，摒除以往技術(shù)只能測單方向力的弊端。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所要求的一種測量足底三維應(yīng)力狀態(tài)的便捷式鞋墊，其特征在于：應(yīng)力采集單元由壓電陶瓷片和直角應(yīng)變花組合構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)形式為：直角應(yīng)變花在上，中間為0.5mm厚度的pvc薄膜，底部是直徑9mm的壓電陶瓷片。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所敘述的一種測量足底三維應(yīng)力狀態(tài)的便捷式鞋墊，其特征在于：采用1.25mm厚的鞋墊樣式pvc薄膜，靈敏系數(shù)為2.10的直角應(yīng)變花，直徑9mm的壓電陶瓷片。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所敘述的一種測量足底三維應(yīng)力狀態(tài)的便捷式鞋墊，其特征在于：應(yīng)力采集單元粘貼在pvc薄膜（10）上，通過導(dǎo)線與無線傳輸裝置連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所敘述的一種測量足底三維應(yīng)力狀態(tài)的便捷式鞋墊，其特征在于：填充層為水晶滴膠（軟）。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所敘述的一種測量足底三維應(yīng)力狀態(tài)的便捷式鞋墊，其特征還在于：應(yīng)力采集單元（1）粘貼在鞋墊的樣式pvc薄膜（10）上，與足底第一趾骨對應(yīng);應(yīng)力采集單元（2）（3）（4）（5）粘貼在鞋墊樣式pvc薄膜上與足底沿斜方肌對應(yīng)處;應(yīng)力采集單元（6）粘貼在鞋墊樣式pvc薄膜（10）上與足底前腳掌足弓外側(cè)對應(yīng)處;應(yīng)力采集單元（7）粘貼在鞋墊樣式pvc薄膜（10）上與足底后腳掌足弓外側(cè)對應(yīng)處;應(yīng)力采集單元（8）粘貼在鞋墊樣式pvc薄膜（10）上與足底足跟對應(yīng)處;應(yīng)力采集單元（9）粘貼在鞋墊樣式pvc薄膜（10）上與足底足跟內(nèi)側(cè)對應(yīng)處;粘貼時，在上層PVC薄膜上作XY坐標軸，直角應(yīng)變花0°與X軸垂直，90°與Y軸垂直;PVC薄膜（10）邊緣用熱熔膠封閉，應(yīng)力采集單元輸出的導(dǎo)線在鞋墊邊緣被熱熔膠固定并連接無線傳輸裝置;鞋墊內(nèi)部以水晶滴膠（軟）為填充層，粘貼pvc薄膜（11）。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所敘述的一種測量足底三維應(yīng)力狀態(tài)的便捷式鞋墊，其特征還在于:將本發(fā)明的鞋墊倒置（即將粘有應(yīng)變花的pvc薄膜（10）朝上）放于穿戴者鞋子中，足底壓力作用于應(yīng)變花上引起應(yīng)變花電阻變化，經(jīng)電橋電路處理，將電阻信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枱o線傳輸至終端，計算平面主應(yīng)變大小及方向,

足底壓力經(jīng)應(yīng)變花傳至壓電陶瓷片，引起壓電陶瓷片電壓變化，電壓信號無線傳輸至終端，處理數(shù)據(jù)，得垂直足底分量,

具體以一處為例

垂直足底應(yīng)力分量：σ=ku+b

其中U為所測壓電陶瓷片電壓，標定k、b為常數(shù)，σ為應(yīng)力

標定方法：靜態(tài)法

平面主應(yīng)變由下式確定：

、、 為直角應(yīng)變花測的數(shù)值，由此可求出、 、 ， 為平面上最大主應(yīng)變，為平面上最小主應(yīng)變，為方位角

平面主應(yīng)力由下式求出：

ε₁=1/E(σ₁-μσ₂)

ε₂=1/E(σ₂-μσ₁)

E為pvc薄膜（10）的彈性模量，μ為pvc薄膜（10）軸向應(yīng)變與橫向應(yīng)變的比值，E、μ可由實驗測出

σ₁、σ₂為平面主應(yīng)力。