[发明专利]传感器阵列系统

说明书

本发明涉及传感器阵列，所述传感器阵列可以提供关于压力在许多情形中尤其是为了步态分析而在鞋类中的应用的生物反馈。

发明背景

表面上压力的感测可以应用于在鞋类、床类和运动上进行撞击感测。

已特别针对假肢(prosthetics)提出了鞋内传感器和使用传感器进行的步态分析。

美国专利5253656公开了特别用于褥疮的压力传感器的矩阵阵列并且显示信号以突出显示热点的位置。

美国专利5678448公开了一种鞋内传感器阵列和因为阈值压力被超过而引起的可听信号。

美国专利7867285公开了一种假肢鞋，所述假肢鞋结合了弯曲传感器以感测所施加的压力并控制假肢鞋的后跟和鞋底。

美国专利8002672公开了具有压力传感器的阵列和呈现压力模式的视觉图像的软件的跑步机。没有公开对听觉反馈的使用并且没有公开详细的算法。

美国专利8122772公开了用于步态分析的鞋系统以及提供用于活动指数的算法。所述系统提供音频信号反馈以使用户识别步态特征。

用于压力测量的装有仪表的鞋垫和鞋的开发是已知的。然而，技术进步和实际适用性取决于若干参数，例如：传感器的精确性；装有仪表的鞋底的分辨率(传感器密度，即，每单位面积鞋垫上的传感器数目)；数据采样频率；数据信道的数目；无线数据传输率；用于提高低精确性、密度和数据采样率的数学算法；用于计算压力中心(COP)的数学算法；用于生物反馈信号的数学算法；和最重要的是治疗用的智能鞋垫的经济可承受性和成本(包括精确性对成本的比)。

本发明的目标是提供一种传感器阵列和软件，所述传感器阵列和软件可以提供可用信号输出和生物反馈以便用户改变他们的运动并改善姿势和步态。

发明概要

为此，本发明提供一种系统，所述系统包括传感器阵列、处理器和信号输出装置，所述系统计算与阵列数据有关的至少一个高级压力参数，并且所述处理器分析来自所述传感器阵列的输入并提供随时间过去指示所述高级压力参数的量值的信号。

所述高级压力参数可以是压力中心(COP)的位置、速度和分布以及所述COP的分形维度。可以使用其它属性，例如热点位置和压力脉冲。

因此，在更优选的方面中，本发明提供一种系统，所述系统包括传感器阵列、处理器和信号输出装置，其中安装在所述处理器中的软件计算所述阵列上的压力中心的位置、速度和分布、分析来自所述传感器阵列的输入并随时间过去将指示所述压力中心的量值和移动的信号提供至所述信号输出装置。

提供一种传感器栅格，所述传感器栅格能够提供所施加压力的量值和在所述栅格上的位置的信号。在步态分析的主要应用中，在鞋底中的传感器提供了随时间过去指示压力中心的量值和移动的信号。在经界定的区域中传感器的最小数目是3。压力中心的移动可以呈现为示出压力中心在鞋底外形上的位置的视觉信号，其中压力值是经颜色编码的。或者，所述位置可以表示为音频信号的音高，而量值通过音量表示。此类信号可以用以向患者提供反馈以通过修改他们的步态以产生所要信号来校正他们的步态。分析软件使用算法来识别压力中心(COP)的位置、速度和分布并且另外评估COP的分形维度。其它属性，例如热点位置和压力脉冲，可以用以增强生物反馈信号。传感器系统可以用在其它感测应用中，例如测量运动中的撞击或被约束为坐姿或卧姿的患者身上的压力点。在现有技术中，传感器阵列和软件不适合于测量、定位和追踪COP。

所述传感器阵列可以是任何常规的传感器类型，例如具有电阻、电容或压电特性的压力敏感材料。在本发明中，所述传感器可以是“无传感器”，因为不使用常规传感器。通过在压力敏感材料的任一面上或仅在压力敏感材料的一个面上设置导线或电极带的栅格，建立压力敏感栅格。如果所述栅格仅位于压力敏感材料的一个面上，那么在彼此垂直地延伸的导线或带状电极的交点处设置绝缘材料。这使得可以使用材料的较大区域，其中导线在一个面上垂直地、在另一个面上水平地横过或仅在一个面上垂直地和水平地横过，而不是切割，本发明的系统可以用在很多应用中。

·用于不同目的的智能鞋垫：

1)：用于小的脚部肌肉的训练，步态测绘(负荷分布，修复)；作为艺术工具(舞蹈、音乐)；活动分类(锻炼、军事监视)。显示可以是简单的压力分布图或呈听觉和视觉形式的生物反馈，显示压力中心的位置和移动，使得参与者可以看到他们自己的输出。