一種基于pvdf的鞋內置動態足底壓力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于穿戴式足底壓力測試技術領域，涉及一種基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器。
【背景技術】
[0002]眾所周知，可穿戴設備被業內喻為繼智能手機和平板電腦之后新的產業增長點。現在市面上比較有代表性的智能穿戴產品有智能手環、智能手表和智能眼鏡。這些可穿戴設備使用在人體的上半身，為了完善智能穿戴設備的使用范圍，智能鞋是有效的補充。同時，穿戴式足底壓力測試技術是近年來迅速發展的新型醫療監測技術，其突破了以往醫療機構監測診斷的空間范圍限制，能夠方便地實現對人體足底動態壓力的日常監測，可為人體足部醫療保健、運動姿態矯正及科學制鞋提供依據。
[0003]傳統的動態足底壓力采集所采用的傳感器有電阻式、電容式及壓電式等類型。電阻式傳感器輸出的電阻信號應轉換為電壓信號，并經放大后才能使用，對數據采集設備的參數匹配要求較高；電容式傳感器設計方法難度較大，電容信號標定及電路均較為復雜;壓電式傳感器，由于輸出的是電壓信號，其在電路設計及信號采集上相對簡單，因而壓電傳感器應用較為廣泛。
【發明內容】
[0004]為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器，該傳感器具有獨特的熱電效應和壓電效應，信號易識別、制作成本低、容易加工和處理、重量輕、柔性好。
[0005]為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是:一種基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器，包括第一層保護層、第二層保護層、雙面膠、聚脂薄膜、傳感單元、PET(聚對苯二甲酸乙二酯)膜及輸出端，所述的第一層保護層、第二層保護層、雙面膠及聚脂薄膜從上至下依次設置，且均為鞋墊形狀，在第一層保護層與第二層保護層之間設置有若干個傳感單元，每個傳感單元均由PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜及設置在PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜的上、下表面的銀涂層制成，每個傳感單元均通過銀涂層與輸出端相連，PET(聚對苯二甲酸乙二酯)膜為局部加強膜，設置于第二層保護層的下表面、與輸出端相對應。
[0006]所述的輸出端分為兩種，一種為插拔式輸出端，另一種為鉚接式輸出端。
[0007]所述的傳感單元的數量為八個，其中五個設置在與腳掌對應的位置，一個設置在與腳心對應的位置，兩個設置在與腳后跟對應的位置。
[0008]所述的第一、第二層保護層及聚脂薄膜的厚度均為2mm。
[0009]所述的PET(聚對苯二甲酸乙二酯)膜的厚度為500μπι。
[0010]所述的傳感單元的厚度為28μηι或50μηι。
[0011]所述的第一、第二層保護層的材質為ΡΕΤ(聚對苯二甲酸乙二酯)。
[0012]所述的壓力傳感器可集成于鞋墊，或集成在鞋底的上部，成為鞋的一部分。
[0013]所述的鞋底由硅橡膠制成，在鞋底的頂部設置有若干個均勻分布的凸起，凸起為兩種不同的硬度，且兩種不同的硬度的凸起交錯排列。
[0014]本發明的有益效果:
本發明可廣泛應用于穿戴式足底壓力測試產品中，突破了以往醫療機構監測診斷的空間范圍限制，能夠方便地實現對動態人體足底壓力的日常監測，可為人體足部醫療保健、運動姿態矯正及科學制鞋提供有效的理論依據。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器的結構示意圖；
圖2為本發明的基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器的局部剖視圖；
圖3為本發明的插拔式輸出端的結構示意圖；
圖4為本發明的鉚接式輸出端的結構示意圖；
圖5為本發明的基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器集成于鞋墊的結構示意圖；
圖6為本發明的基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器受縱向力的工作原理圖；
圖7為本發明的基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器集成在鞋底的結構示意圖；
圖8為本發明的基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器受橫向力的工作原理圖；
圖中，I一第一層保護層，2—第一銀涂層，3—PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜，4一第二銀涂層，5—第二層保護層，6—雙面膠，7—聚脂薄膜，8—PET(聚對苯二甲酸乙二酯)膜，9 一輸出端，
10—基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器，11 一鞋墊，12—鞋底。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。
[0017]如圖1?圖2所示，一種基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器，包括第一層保護層
1、傳感單元、第二層保護層5、雙面膠6、聚脂薄膜7、PET(聚對苯二甲酸乙二酯)膜8及輸出端9，所述的第一層保護層1、第二層保護層5、雙面膠6及聚脂薄膜7從上至下依次設置，且均為鞋墊形狀，在第一層保護層I與第二層保護層5之間設置有八個傳感單元，其中五個傳感單元設置在與腳掌對應的位置，一個傳感單元設置在與腳心對應的位置，兩個傳感單元設置在與腳后跟對應的位置(傳感單元的數量和排布方式不僅限于此，可根據信息采集量的增加而進行調整);每個傳感單元均由PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜3及第一、第二銀涂層制成，PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜3為圓形，第一銀涂層2設置在PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜3的上表面，第二銀涂層4設置在PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜3的下表面，每個傳感單元的壓電信號均通過第一、第二銀涂層進行傳導，第一、第二銀涂層一直延伸到輸出端9，即每個傳感單元均通過第一、第二銀涂層與輸出端9相連，使用時，輸出端9從鞋跟處導出；PET (聚對苯二甲酸乙二酯)膜8為局部加強膜，設置于第二層保護層5的下表面、與輸出端9相對應。
[0018]所述的第一、第二層保護層及聚脂薄膜7的厚度均為2_。
[0019]所述的PET(聚對苯二甲酸乙二酯)膜8的厚度為500μπι。
[0020]所述的傳感單元的厚度為28μηι或50μηι。
[0021]所述的第一、第二層保護層的材質為ΡΕΤ(聚對苯二甲酸乙二酯)。
[0022]如圖3所示，所述的輸出端9為插拔式輸出端，使用時所述的插拔式輸出端與后電路板相連接:輸出端9直接插入后電路板的母連接頭。
[0023]如圖4所示，所述的輸出端9為鉚接式輸出端，使用時所述的鉚接式輸出端與后電路板相連接:傳感器的電極與后電路板的通孔電極對齊，并通過專用鉚件直接鉚接。
[0024]如圖5所示，所述的壓力傳感器集成于鞋墊11、主要受縱向力，其工作原理如圖6所示:所述的壓力傳感器的變形方向(厚度方向)與壓力傳感器內部電場方向平行，該模式下外加作用力F的作用方向與PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜3的極化方向P平行，S卩PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜3僅在縱向力作用下產生伸縮變形，并在PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜3的兩個極面上激發電荷Q，此時PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜3上、下極面間產生電壓V;圖5中的T、L、W分別代表PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜3的厚度方向、長度方向及寬度方向。
[0025]如圖7所示，所述的壓力傳感器集成在鞋底12的上部，成為鞋的一部分，所述的鞋底12由硅橡膠制成，在鞋底12的頂部設置有若干個均勻分布的圓柱形凸起，用于支撐壓力傳感器，為了使得所述的壓力傳感器沿水平方向變形，凸起為兩種不同的硬度，且兩種不同的硬度的凸起交錯排列;人體站立或行走時，腳底對鞋底12施加豎直力，由于腳底和所述的壓力傳感器都是柔性的，且鞋底12以凸起支撐著所述的壓力傳感器，這會使得所述的壓力傳感器在鞋底12凸起間的凹陷處拉伸變形，以便使壓電傳感器產生電壓信號；
所述的壓力傳感器與鞋底12集成在一起、受縱向力和橫向力，受縱向力的工作原理如圖6所示，受橫向力的工作原理如圖8所示:所述的壓力傳感器的變形方向(長度方向)與壓力傳感器內部電場方向垂直，該模式下當有外加作用力F(擠壓力)沿PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜3的極化方向作用在PVDF (聚偏氟乙烯)薄膜3上時，PVDF (聚偏氟乙烯)薄膜3產生橫向變形、并在其兩個極面上激發電荷Q，此時PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜3上、下極面間即產生電壓V;圖6中的T、L、W分別代表PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜3的厚度方向、長度方向及寬度方向。
[0026]下面結合【附圖說明】本實施例的具體工作過程。
[0027]如圖1?圖8所示，本發明的基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器10對動態測試非常靈敏，人在行走或跑步時，鞋的底部時刻承受著變化的外加作用力，這些變化的外加作用力促使由PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜3在厚度方向和垂直于厚度方向產生變形，其內部會產生極化現象，同時它的兩個相對的表面上會產生正負相反的電荷，變形量決定PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜3表面電荷量多少，當外加作用力去掉后它又會恢復到不帶電的狀態，即由PVDF(聚偏氟乙烯)薄膜3形變引起的電壓變化;然后將人行走或跑步過程中的電壓變化經過過濾、收集、放大等處理轉化為壓力信號，從而實現了動態壓力分布的采集，以便獲取其行走習慣(內翻、外翻等)、足部骨骼發育情況、是否為扁平足、是否為病態足等相關信息。
【主權項】
1.一種基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器，其特征在于，包括第一層保護層、第二層保護層、雙面膠、聚脂薄膜、傳感單元、PET膜及輸出端，所述的第一層保護層、第二層保護層、雙面膠及聚脂薄膜從上至下依次設置，且均為鞋墊形狀，在第一層保護層與第二層保護層之間設置有若干個傳感單元，每個傳感單元均由PVDF薄膜及設置在PVDF薄膜的上、下表面的銀涂層制成，每個傳感單元均通過銀涂層與輸出端相連，PET膜為局部加強膜，設置于第二層保護層的下表面、與輸出端相對應。2.根據權利要求1所述的基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器，其特征在于所述的若干個傳感單元的輸出端分為兩種，一種為插拔式輸出端，另一種為鉚接式輸出端。3.根據權利要求1所述的基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器，其特征在于所述的傳感單元的數量為八個，其中五個設置在與腳掌對應的位置，一個設置在與腳心對應的位置，兩個設置在與腳后跟對應的位置。4.根據權利要求1所述的基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器，其特征在于所述的第一、第二層保護層及聚脂薄膜的厚度均為2mm。5.根據權利要求1所述的基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器，其特征在于所述的PET膜的厚度為500μπι。6.根據權利要求1所述的基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器，其特征在于所述的傳感單元的厚度為28μηι或50μηι。7.根據權利要求1所述的基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器，其特征在于所述的第一、第二層保護層的材質為PET。8.根據權利要求1所述的基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器，其特征在于所述的壓力傳感器集成于鞋墊，或集成在鞋底的上部，成為鞋的一部分。9.根據權利要求8所述的基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器，其特征在于所述的鞋底由硅橡膠制成，在鞋底的頂部設置有若干個均勻分布的凸起，凸起為兩種不同的硬度，且兩種不同的硬度的凸起交錯排列。
【專利摘要】一種基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器，屬于穿戴式足底壓力測試技術領域，涉及一種基于PVDF的鞋內置動態足底壓力傳感器。本發明突破了以往醫療機構監測診斷的空間范圍限制，能夠方便地實現對動態人體足底壓力的日常監測，可為人體足部醫療保健、運動姿態矯正及科學制鞋提供有效的理論依據。本發明包括第一層保護層、第二層保護層、雙面膠、聚脂薄膜、傳感單元、PET膜及輸出端，所述的第一層保護層、第二層保護層、雙面膠及聚脂薄膜從上至下依次設置，在第一層保護層與第二層保護層之間設置有若干個傳感單元，每個傳感單元均由PVDF薄膜及設置在PVDF薄膜的上、下表面的銀涂層制成，每個傳感單元均通過銀涂層與輸出端相連。
【IPC分類】A61B5/103, A61B5/22
【公開號】CN105708481
【申請號】CN201610024649
【發明人】田雨農, 夏陽, 范麗新
【申請人】大連樓蘭科技股份有限公司