[发明专利]基于压力传感鞋垫的足底压力测量装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及生物力学测量技术领域，尤其涉及一种基于压力传感鞋垫的足底压力测量装置及系统。

背景技术

足底压力测量技术可以用来提示人体在不同情况下足底压力分布特征。随着新型传感器技术的发展，该足底压力测量技术被广泛应用于生物力学、足疾研究、鞋靴制造等领域中。

传统足底压力测量包括：(1)足印法。在石膏、橡胶等可以形变的物质上通过踩踏留下足印，是最早发展的测量技术。其缺点是只能一次测量，且压力大小只能通过深浅来大致判断，无法做到定量精确的测量。(2)光学影像法。通过足底压力破坏玻璃与弹性透明膜之间的全反射条件，使部分光学透过玻璃板底面被摄像头捕捉到形成足底图像。即当没有压力时，侧面光源的光在玻璃板中发生全反射，没有光线从玻璃板下面射出。而当玻璃板上的薄膜层受到压力产生形变时，破坏了全反射条件，使部分光从下面射出，从而可以被摄像头捕捉到，形成压力图像。(3)测力板、测力台。通过密集的传感器阵列测量足底各个位置的压力值，精度很高，且可以测量三个方向的应力，广泛运用于科研之中。但测力台、测力板测量的是足底与平面之间的压力值，而不能评定足底与鞋之间的受力情况，同时受到面积的限制，无法测量行走时的压力值。(4)压力鞋和压力鞋垫。将传感器直接放在了鞋和鞋垫之中，由于足底环境的特殊限制，使得传感器厚度受限，通常只能选择薄膜式的传感器，所以只能测量垂直应力。

目前的足底压力测量系统在工业、科研中得到了广泛的应用，但却难以运用于日常生活中，因为目前的足底压力测量系统还存在着以下问题：

现有系统面向科研，考虑到采集精度，使用的传感器数量较多，增加了成本。且注重功能全面性，帮拥有复杂的电路和庞大的采集装置，不方便携带，进一步不适合在生活中使用。

由于足底压力的变化是一个缓慢累积的过程，需要长时间监控。而现有系统无法长期保持电力续航。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于压力传感鞋垫的足底压力测量装置及系统，减少传感器的使用数量；同时采用低功耗的元器件，从而提高了测量的续航时间，适用于日常生活。

第一方面，本发明提供了一种压力传感鞋垫，该鞋垫包括：柔性PCB板、压力传感器模块以及保护套；其中，

所述压力传感器模块设置在所述柔性PCB板上，用于将足底的压力转换成模拟电压信息通过数据排线输出；

所述保护套包括第一保护层与第二保护层，所述第一保护层设置在所述柔性PCB板上方，所述第二保护层设置在所述柔性PCB板下方，所述第一保护层与所述第二保护层的边缘缝合。

优选地，所述压力传感器采用4个薄膜压阻传感器，所述4个薄膜压阻传感器依次安装在该鞋垫的足拇指、第一跖骨、第三跖骨和第五跖骨区对应区域。

优选地，所述薄膜压阻传感器采用FSR402压阻传感器。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于压力传感鞋垫的足底压力测量装置，包括如上文所述的压力传感鞋垫，该装置还包括：

固定在用户的脚踝上的数据处理单元，其输入端与所述压力传感鞋垫的数据排线相连接，用于将所述模拟电压信息处理成数字电压信息。

优选地，所述数据处理单元包括微控制器和无线传输模块；其中，所述微控制器的输入端与所述压力传感鞋垫的数据排线连接，输出端与所述无线传输模块的输入端连接；

所述微控制器用于将所述模拟电压信息通过数值转换得到数字电压信息，然后通过所述无线传输模块输出。

优选地，所述微控制器采用msp430f149芯片。

优选地，所述无线传输模块为HC-08蓝牙模块。

优选地，所述数据处理单元还包括电源管理模块、太阳能电池模块和锂电池模块；其中，所述电源管理模块分别与所述太阳能电池模块和所述锂电池模块连接；

所述电源管理模块用于控制锂电池模块输出稳定的电压，并且控制所述太阳能电池模块向该锂电池模块充电；

所述锂电池模块用于为所述微控制器和蓝牙模块提供稳定电能。

优选地，所述电源管理模块包括：

TLV61220升压芯片，用于将所述太阳能电池输出电压升高到5V直流电压，

和LTC4071锂电池充电芯片，用于上述5V直流电压稳压到4.2V为所述锂电池充电。

第三方面，本发明实施例又提供了一种基于压力传感鞋垫的足底压力测量系统，该系统包括多个如上文所述的足底压力测量装置和用户终端；