[发明专利]一种基于柔性薄膜压力传感器的可穿戴足底压力测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及新型仪器仪表领域，尤其是一种基于柔性薄膜压力传感器的可穿戴足底压力测量装置，采用柔性薄膜压力传感器测量足底压力。

背景技术

人体足底压力分布反映人体的生理健康状况，部分早期难以发现的疾病可以由足底压力特征确诊，准确测量人体足底压力对医学研究有重要意义。

传统的足底压力测量方法采用刚性传感器，一方面刚性传感器在测量足底压力时，不能贴合足底表面起伏；另一方面，刚性传感器在测量过程中会引起足底柔软组织形变，造成损伤。因此需要一种柔性的压力传感器来实现压力传感器的可穿戴。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于柔性薄膜压力传感器的可穿戴足底压力测量装置，该装置采用柔性薄膜压力传感器为传感元件，使用电阻-电压转换电路和模数转换电路，将压力转化为电压信号，再通过拟合公式转换为压力值，实现对足底压力的测量。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于柔性薄膜压力传感器的可穿戴足底压力测量装置，特点是它包括基体、柔性薄膜压力传感器、电阻-电压转换模块、模数转换模块、电压-压力拟合模块、蓝牙通信模块及显示终端，所述柔性薄膜压力传感器为数路分布于基体上，柔性薄膜压力传感器数路引线与电阻-电压转换模块连接，电阻-电压转换模块、模数转换模块、电压-压力拟合模块、蓝牙通信模块依次连接，电阻-电压转换模块、模数转换模块、电压-压力拟合模块、蓝牙通信模块集成设置于机体内，蓝牙通信模块与显示终端无线连接；其中：

所述柔性薄膜压力传感器呈四层薄膜结构，包括柔性聚酰亚胺薄膜层、银电极层、柔性石墨烯和氧化石墨烯的复合薄膜层以及氧化石墨烯薄膜绝缘保护层，其中，聚酰亚胺薄膜层厚度为20μm-200μm；银电极层厚度500nm-5μm，生长在聚酰亚胺薄膜层两端；柔性石墨烯和氧化石墨烯的复合薄膜层厚度为50μm-600μm，该层呈蜂窝式多孔层状结构；氧化石墨烯薄膜绝缘保护层，厚度20μm-300μm；柔性石墨烯和氧化石墨烯的复合薄膜层与氧化石墨烯绝缘保护层生长在一起，与银电极层粘结在一起。

所述柔性薄膜压力传感器应变系数为2.1-3；压力测量范围为10Pa-900kPa；测出的高频压力信号为0-10kHz；其厚度小于1mm，具备弯曲和恢复能力；传感器呈长方形，边长可小于5mm，单个面积可小于25mm。

本发明的有益效果

1)柔性薄膜压力传感器具有易折弯的特性，可以适应物体表面起伏，减小测量压力过程中传感器自身刚度对物体作用造成的形变，可穿戴在身上，可实现身体压力的实时检测。

2)该足底压力测量方法以柔性薄膜压力传感器为传感元件，具有厚度薄的特性，可以作为可穿戴设备穿在脚底，实现实时监测足底压力数据。以此方法做出的一种基于柔性薄膜压力传感器的可穿戴足底压力测量装置，可制成鞋垫形状作为可穿戴设备，实现了对足底压力的实时检测，具有可穿戴、工作可靠、成本低的优点。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明电路结构框图；

图3为本发明柔性薄膜压力传感器结构示意图；

图4为本发明实施例结构示意图；

图5为本发明电阻-电压转换模块原理图；

图6为本发明压力-电压实验曲线图；

图7为本发明压力-电压的实验曲线和拟合曲线对比图；

图8为本发明压力-电压拟合误差分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

参阅图1-2，本发明包括基体1、柔性薄膜压力传感器2、电阻-电压转换模块3、模数转换模块4、电压-压力拟合模块5、蓝牙通信模块6及显示终端7，所述柔性薄膜压力传感器2为数路分布于基体1上，柔性薄膜压力传感器2各路引线与电阻-电压转换模块3连接，电阻-电压转换模块3、模数转换模块4、电压-压力拟合模块5、蓝牙通信模块6依次连接，电阻-电压转换模块3、模数转换模块4、电压-压力拟合模块5、蓝牙通信模块6集成设置于机体1内，蓝牙通信模块6与显示终端7无线连接。