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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201410453485.X (22)申请日 2014.09.05 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 104161529 A (43)申请公布日 2014.11.26 (73)专利权人 深圳先进技术研究院 地址 518055 广东省深圳市南山区西丽大 学城学苑大道1068号 (72)发明人 方鹏 匡星 田岚 姜永涛 李光林 (74)专利代理机构 深圳市铭粤知识产权代理有 限公司 44304 代理人 孙伟峰 武岑飞 (51)Int.Cl. A61B 5/22(2006。
2、.01) 审查员 谢楠 (54)发明名称 足底压力分布检测系统及其制作方法 (57)摘要 本发明公开一种足底压力分布检测系统， 包 括： 检测层， 被构造为检测足底压力信号， 并将检 测到的足底压力信号转换成电信号； 处理发送模 块， 被构造为接收所述检测层转换成的电信号， 对接收到的电信号进行处理， 且将经处理后的电 信号发送到外界的接收设备。 本发明还公开一种 足底压力分布检测系统的制作方法。 本发明的足 底压力分布检测系统及其制作方法， 使用的压电 驻极体具有轻、 薄、 软的特点， 其压电响应大， 线 性度高， 在工作温度范围内受温度变化的影响 小， 受剪切力影响较小也即不受弯折的影响，。
3、 适 合于对足底压力分布的实时检测。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 104161529 B 2017.03.29 CN 104161529 B 1.一种足底压力分布检测系统， 其特征在于， 包括： 检测层， 被构造为检测足底压力信号， 并将检测到的足底压力信号转换成电信号； 处理发送模块， 被构造为接收所述检测层转换成的电信号， 对接收到的电信号进行处 理， 且将经处理后的电信号发送到外界的接收设备； 所述检测层包括： 压电驻极体层； 若干第一电极， 阵列排布在所述压电驻极体层的上表面； 若干第二电极， 阵列排布在所述压电驻极体层的下表面； 若干第一导电线， 其中， 每个第一电极。
4、通过其对应的第一导电线电连接至所述处理发 送模块； 若干第二导电线， 其中， 每个第二电极通过其对应的第二导电线电连接至所述处理发 送模块； 其中， 所述若干第一电极与所述若干第二电极对称设置； 所述若干第一导电线与所述 若干第二导电线对称设置； 第一保护层， 设置在所述检测层之上； 第二保护层， 设置在所述检测层之下； 第一屏蔽层， 设置于所述第一保护层与所述检测层之间； 第二屏蔽层， 设置于所述第二保护层与所述检测层之间； 所述第一屏蔽层包括第一导电层、 设置于所述第一导电层与所述检测层之间的第一绝 缘层、 第三导电线， 其中， 所述第一导电层通过所述第三导电线电连接至向所述处理发送模 块。
5、提供电源的供电模块的负极； 所述第二屏蔽层包括第二导电层、 设置于所述第二导电层 与所述检测层之间的第二绝缘层、 第四导电线， 其中， 所述第二导电层通过所述第四导电线 电连接至向所述处理发送模块提供电源的供电模块的负极。 2.根据权利要求1所述的足底压力分布检测系统， 其特征在于， 所述压电驻极体层采用 的材料为聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯。 3.一种足底压力分布检测系统的制作方法， 其特征在于， 包括： 在压电驻极体层的上表面形成阵列排布的若干第一电极和若干第一导电线， 并在压电 驻极体层的下表面形成阵列排布的若干第二电极和若干第二导电线， 其中， 所述若干第一 电极与。
6、所述若干第二电极对称设置； 所述若干第一导电线与所述若干第二导电线对称设 置， 且每个第一电极与其对应的第一导电线连接， 每个第二电极与其对应的第二导电线连 接； 将第一屏蔽层与所述压电驻极体层的上表面固定黏结， 并将第二屏蔽层与所述压电驻 极体层的下表面固定黏结； 将第一保护层与第一屏蔽层固定黏结， 并将第二保护层与第二屏蔽层固定黏结； 将每条第一导电线连接至处理发送模块， 并将每条第二导电线连接至所述处理发送模 块； 所述第一屏蔽层包括第一导电层、 第一绝缘层及第三导电线， 其中， 所述第一屏蔽层的 制作方法包括： 在所述压电驻极体层的上表面固定黏结一所述第一绝缘层； 权 利 要 求 书 。
7、1/2 页 2 CN 104161529 B 2 在所述第一绝缘层上固定黏结一所述第一导电层和一所述第三导电线， 其中， 所述第 一导电层与所述第三导电线连接； 将所述第三导电线连接至向所述处理发送模块提供电源的供电模块的负极。 4.根据权利要求3所述的制作方法， 其特征在于， 所述第二屏蔽层包括第二导电层、 第 二绝缘层及第四导电线， 其中， 所述第二屏蔽层的制作方法包括： 在所述压电驻极体层的下表面固定黏结一所述第二绝缘层； 在所述第二绝缘层上固定黏结一所述第二导电层和一所述第四导电线， 其中， 所述第 二导电层与所述第四导电线连接； 将所述第四导电线连接至向所述处理发送模块提供电源的供电。
8、模块的负极。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 104161529 B 3 足底压力分布检测系统及其制作方法 技术领域 0001 本发明涉及一种足底压力分布检测系统及其制作方法， 其能够实时检测人体的足 底压力分布。 背景技术 0002 足底压力分布的研究广泛应用于各个领域， 如生物力学、 医疗临床、 康复工程、 骨 科、 矫形外科、 体育训练、 制鞋业等诸多领域， 具有重要的科学意义及应用价值。 近年来， 足 底压力分布检测技术得到快速发展， 迄今为止已出现了几十种检测系统。 这些检测系统采 用的检测技术手段各不相同， 其性能各有千秋， 大概可分为四类： 0003 一、 脚印。 利用。
9、具有弹性的橡胶或泡沫制成垫子， 其上表面平滑， 下表面有脊状凸 起， 每个凸起均匀间隔并涂上墨。 当垫子上表面受力时， 橡胶或泡沫发生形变， 在支撑面留 下墨痕线， 墨痕线的宽度正比于受力大小。 本方法的优点是简单易行、 结果直观， 但记录的 是压力峰值， 需进一步转化为定量结果， 且测不出瞬时压力。 0004 二、 直接形象化技术， 也称足压描记器或压力图。 该技术是将一定厚度(通常为几 毫米)的透明且具有弹性的塑料或橡胶制成垫子， 置于刚性的透明材料(如厚玻璃)之上。 垫 子旁侧放置光源， 当垫子受压时， 光路也随之改变， 从垫子下面看， 光强正比于压力。 经摄像 机摄入、 模数转换得到足。
10、压数字图象， 像素的灰度值正比于此点的受力大小， 再经进一步处 理得到三维的足压透视图。 垫子还可用液晶制成， 其颜色随着受力大小而变化(从浅色到深 蓝色)， 然后将光波长转换为压力值； 也可用深色橡胶制成， 其底部包含许多椎形凸起， 压力 越大之处颜色越深。 其它材料还有聚苯乙烯泡沫等。 该技术可以实时测得压力分布瞬时值、 接触区域及面积， 其空间分辨率及压力分辨率较高， 结果直观， 但只能得到单侧一步的压力 参数。 0005 三、 力板及负载单元。 力板用一块平板作支撑面， 下面用电阻应变片按一定方式排 列， 台面受压后电阻应变片因形变而引起电阻值变化， 该变化所引起的微弱电流信号输入 动。
11、态电阻应变仪处理。 在此， 应变仪与测力板的电阻应变片构成电桥电路， 当电阻值发生变 化时原来设定的电桥平衡被破坏， 产生电流信号经应变仪放大、 滤波后输入到放大器， 最后 得到三维的力矢量。 如果将力板分成若干小的测量单元， 用压电或压阻晶体制成传感单元， 每个单元都能测量作用其上的压力， 则整个系统就能测量压力分布。 0006 但是， 现有的几种足底压力分布检测技术中，“脚印” 方法过于原始， 所检测的数据 单一， 已经很少使用；“直接形象化技术” 采用光学技术检测因足底压力造成的材料形变， 系 统结构复杂、 成本较高；“力板及负载单元” 方法采用电阻应变片和电桥电路， 结构也较复 杂。 。
12、此外， 这三种方法通常将检测系统固定在地面， 受试者赤脚或穿鞋在系统表面行走， 因 此使用场所受限。 发明内容 0007 为了解决上述现有技术存在的问题， 本发明的目的在于提供一种足底压力分布检 说 明 书 1/5 页 4 CN 104161529 B 4 测系统， 包括： 检测层， 被构造为检测足底压力信号， 并将检测到的足底压力信号转换成电 信号； 处理发送模块， 被构造为接收所述检测层转换成的电信号， 对接收到的电信号进行处 理， 且将经处理后的电信号发送到外界的接收设备。 0008 进一步地， 所述检测层包括： 压电驻极体层； 若干第一电极， 阵列排布在所述压电 驻极体层的上表面上； 。
13、若干第二电极， 阵列排布在所述压电驻极体层的下表面上； 若干第一 导电线， 其中， 每个第一电极通过其对应的第一导电线电连接至所述处理发送模块； 若干第 二导电线， 其中， 每个第二电极通过其对应的第二导电线电连接至所述处理发送模块； 其 中， 所述若干第一电极与所述若干第二电极对称设置； 所述若干第一导电线与所述若干第 二导电线对称设置。 0009 进一步地， 所述压电驻极体层采用的材料为聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚 萘二甲酸乙二醇酯。 0010 进一步地， 所述足底压力分布检测系统还包括： 第一保护层， 设置在所述检测层之 上。 0011 进一步地， 所述足底压力分布检测系统还包括： 。
14、第二保护层， 设置在所述检测层之 下。 0012 进一步地， 所述足底压力分布检测系统还包括： 第一屏蔽层， 设置于所述第一保护 层与所述检测层之间； 第二屏蔽层， 设置于所述第二保护层与所述检测层之间。 0013 进一步地， 所述第一屏蔽层包括第一导电层、 设置于所述第一导电层与所述检测 层之间的第一绝缘层、 第三导电线， 其中， 所述第一导电层通过所述第三导电线电连接至向 所述处理发送模块提供电源的供电模块的负极； 所述第二屏蔽层包括第二导电层、 设置于 所述第二导电层与所述检测层之间的第二绝缘层、 第四导电线， 其中， 所述第二导电层通过 所述第四导电线电连接至向所述处理发送模块提供电源。
15、的供电模块的负极。 0014 本发明的另一目的还在于提供一种足底压力分布检测系统的制作方法， 包括： 在 压电驻极体层的上表面形成阵列排布的若干第一电极和若干第一导电线， 并在压电驻极体 层的下表面形成阵列排布的若干第二电极和若干第二导电线； 其中， 所述若干第一电极与 所述若干第二电极对称设置， 所述若干第一导电线与所述若干第二导电线对称设置； 且每 个第一电极与其对应的第一导电线连接， 每个第二电极与其对应的第二导电线连接； 将第 一屏蔽层与所述压电驻极体层的上表面固定黏结， 并将第二屏蔽层与所述压电驻极体层的 下表面固定黏结； 将第一保护层与第一屏蔽层固定黏结， 并将第二保护层与第二屏蔽。
16、层固 定黏结； 将每条第一导电线连接至处理发送模块， 并将每条第二导电线连接至所述处理发 送模块。 0015 进一步地， 所述第一屏蔽层包括第一导电层、 第一绝缘层及第三导电线， 其中， 所 述第一屏蔽层的制作方法包括： 在所述压电驻极体层的上表面固定黏结一第一绝缘层； 在 所述第一绝缘层上固定黏结一第一导电层和一第三导电线， 其中， 所述第一导电层与所述 第三导电线连接； 将所述第三导电线连接至向所述处理发送模块提供电源的供电模块的负 极。 0016 进一步地， 所述第二屏蔽层包括第二导电层、 第二绝缘层及第四导电线， 其中， 所 述第二屏蔽层的制作方法包括： 在所述压电驻极体层的下表面固定。
17、黏结一第二绝缘层； 在 所述第二绝缘层上固定黏结一第二导电层和一第四导电线， 其中， 所述第二导电层与所述 说 明 书 2/5 页 5 CN 104161529 B 5 第四导电线连接； 将所述第四导电线连接至向所述处理发送模块提供电源的供电模块的负 极。 0017 本发明的足底压力分布检测系统及其制作方法， 使用的压电驻极体具有轻、 薄、 软 的特点， 其压电响应大， 线性度高， 在工作温度范围内受温度变化的影响小， 受剪切力影响 较小也即不受弯折的影响， 适合于对足底压力分布的实时检测。 附图说明 0018 通过结合附图进行的以下描述， 本发明的实施例的上述和其它方面、 特点和优点 将变得。
18、更加清楚， 附图中： 0019 图1是根据本发明的实施例的足底压力分布检测系统的局部原理图； 0020 图2是根据本发明的实施例的检测层的俯视图； 0021 图3是根据本发明的实施例的检测层、 屏蔽层和保护层的结构立体示意图。 具体实施方式 0022 以下， 将参照附图来详细描述本发明的实施例。 然而， 可以以许多不同的形式来实 施本发明， 并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。 相反， 提供这些实施 例是为了解释本发明的原理及其实际应用， 从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明 的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。 0023 图1是根据本发明的实施例的足底压力分布检测。
19、系统的局部原理图。 图2是根据本 发明的实施例的检测层的俯视图。 图3是根据本发明的实施例的检测层、 屏蔽层和保护层的 结构立体示意图。 0024 请一并参照图1至图3， 根据本发明的实施例的足底压力分布检测系统包括： 检测 层100和处理发送模块400。 0025 具体而言， 检测层100被构造为检测足底压力信号， 并将检测到的足底压力信号转 换成电信号。 处理发送模块400被构造为接收检测层100转换成的电信号， 并对接收到的电 信号进行处理， 并将经处理后的电信号发送到外界的接收设备(未示出)。 这里， 处理发送模 块400可通过无线传输的方式将经处理后的电信号发送到外界的接收设备。 所。
20、述外界的接 收设备可例如是智能手机或者其它合适类型的接收设备。 0026 检测层100整体呈 “鞋垫” 形状， 其包括： 压电驻极体层110、 若干第一电极121、 若干 第二电极122、 若干第一导电线131和若干第二导电线132。 0027 压电驻极体层110整体呈 “鞋垫” 形状， 其可由柔性材料形成， 例如聚丙烯 (Polypropylene， 简称PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate， 简称 PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene naphthalate， 简称PEN)， 但本发明并不限制于 此， 例如也可为其它合适类型的。
21、柔性材料。 在本实施例中， 压电驻极体层110可为一层包含 有大量蜂窝状孔洞的封闭薄膜(简称， 多孔膜)， 在孔洞的上下表面分别沉积有大量的正负 电荷。 但本发明并不限制于此， 例如， 压电驻极体层110还可以为由多层多孔膜通过并联或 串联的方式叠加而成， 以增强灵敏度。 0028 若干第一电极(例如， 金属电极)121， 阵列排布在压电驻极体层110的上表面上， 以 在压电驻极体层110的上表面上形成压电传感器阵列。 若干第一导电线131也设置在压电驻 说 明 书 3/5 页 6 CN 104161529 B 6 极体层110的上表面上， 并且若干第一导电线131之间并不互相电接触。 每一第。
22、一电极121通 过其对应的第一导电线131电连接至处理发送模块400。 这里， 应当说明的是， 在图2中， 与每 一第一电极121对应的第一导电线131未在图中显示， 其走向位于压电驻极体层110上表面 的空白区域。 0029 若干第二电极(例如， 金属电极)122， 阵列排布在压电驻极体层110的下表面上， 以 在压电驻极体层110的下表面上形成压电传感器阵列。 若干第二导电线132也设置在压电驻 极体层110的下表面上， 并且若干第二导电线132之间并不互相电接触。 每一第二电极122通 过其对应的第二导电线132电连接至处理发送模块400。 这里， 应当说明的是， 在图2中， 与每 一第。
23、二电极122对应的第二导电线132未在图中显示， 其走向位于压电驻极体层110下表面 的空白区域。 0030 此外， 在压电驻极体层110上表面的若干第一电极121和在压电驻极体层110下表 面的若干第二电极122对称分布设置； 在压电驻极体层110上表面的若干第一导电线131和 在压电驻极体层110下表面的若干第二导电线132对称分布设置。 0031 在压电驻极体层110表面具有电极的区域， 压电驻极体层110上表面的若干第一电 极121、 压电驻极体层110、 压电驻极体层110下表面的若干第二电极122共同形成压电传感 单元(即将压力信号转换成电信号的转换单元)。 在足底压力作用下， 压。
24、电驻极体层110的多 孔结构被压缩， 内部电偶极矩密度发生变化， 引起上、 下表面的电极内的补偿电荷发生变 化， 从而将压力信号转换成电信号。 在压电驻极体层110表面没有电极的区域， 则无法采集 电荷， 因此不具备将压力信号转换成电信号的转换能力， 不构成压电传感单元。 0032 为了对检测层100形成电磁屏蔽， 减小噪声干扰， 根据本发明实施例的足底压力分 布检测系统还包括第一屏蔽层210和第二屏蔽层220， 其中， 第一屏蔽层210设置于第一保护 层310与检测层100之间， 第二屏蔽层220设置于第二保护层320与检测层100之间。 第一屏蔽 层210和第二屏蔽层220都整体呈 “鞋垫。
25、” 形状。 0033 第一屏蔽层210包括第一导电层(例如， 金属层)211、 设置于第一导电层211与检测 层100之间的第一绝缘层212、 第三导电线213， 其中， 第一导电层211通过第三导电线213电 连接至向处理发送模块400提供电源的供电模块410的负极。 第二屏蔽层220包括第二导电 层221、 设置于第二导电层221与检测层100之间的第二绝缘层222、 第四导电线223， 其中， 第 二导电层221通过第四导电线223电连接至向处理发送模块400提供电源的供电模块410的 负极。 0034 此外， 为了保护检测层100和第一屏蔽层210， 防止磨损， 根据本发明的实施例的足。
26、 底压力分布检测系统还包括第一保护层310， 其中， 第一保护层310整体呈 “鞋垫” 形状。 该第 一保护层310设置在第一屏蔽层210之上。 这里， 第一保护层310应当具备良好的力学性质， 并能均匀地传递足压力。 0035 进一步地， 为了保护检测层100和第二屏蔽层220， 防止磨损， 根据本发明的实施例 的足底压力分布检测系统还包括第二保护层320， 其中， 第二保护层320整体呈 “鞋垫” 形状。 该第二保护层320设置在第二屏蔽层220之下。 这里， 第二保护层320应当具备良好的力学性 质， 并能均匀地传递足压力。 0036 在本实施例中， 第一保护层310、 第一屏蔽层210。
27、、 检测层100、 第二屏蔽层220及第 二保护层320的各层之间通过双面胶或者其他合适类型的黏结剂黏结固定。 说 明 书 4/5 页 7 CN 104161529 B 7 0037 以下将对根据本发明的实施例的足底压力分布检测系统的制作方法进行详细说 明。 0038 参照图1， 根据本发明的实施例的足底压力分布检测系统的制作方法包括： 0039 首先， 在压电驻极体层110的上表面形成阵列排布的若干第一电极121和若干第一 导电线131， 同时在压电驻极体层110的下表面形成阵列排布的若干第二电极122和若干第 二导电线132， 其中， 每个第一电极121与其对应的第一导电线131连接， 每。
28、个第二电极122与 其对应的第二导电线132连接。 此外， 在压电驻极体层110上表面的若干第一电极121和在压 电驻极体层110下表面的若干第二电极122对称分布设置。 在压电驻极体层110上表面的若 干第一导电线131和在压电驻极体层110下表面的若干第二导电线132对称分布设置。 0040 其次， 将第一屏蔽层210与压电驻极体层110的上表面固定黏结， 同时将第二屏蔽 层220与压电驻极体层110的下表面固定黏结。 0041 再次， 将第一保护层310与第一屏蔽层210固定黏结， 同时将第二保护层320与第二 屏蔽层220固定黏结。 0042 最后， 将每条第一导电线131连接至处理发。
29、送模块400， 同时将每条第二导电线132 连接至处理发送模块400。 0043 此外， 上述的第一屏蔽层210的制作方法包括： 0044 首先， 在压电驻极体层110的上表面固定黏结一第一绝缘层212。 0045 其次， 在第一绝缘层212上固定黏结一第一导电层211和一第三导电线213， 其中， 第一导电层211与第三导电线213连接。 0046 再次， 将第三导电线213连接至向处理发送模块400提供电源的供电模块410的负 极。 0047 另外， 上述的第二屏蔽层220的制作方法包括： 0048 首先， 在压电驻极体层110的下表面固定黏结一第二绝缘层222。 0049 其次， 在第二。
30、绝缘层222上固定黏结一第二导电层221和一第四导电线223， 其中， 第二导电层221与第四导电线223连接。 0050 再次， 将第四导电线223连接至向处理发送模块400提供电源的供电模块410的负 极。 0051 综上所述， 根据本发明的实施例的足底压力分布检测系统及其制作方法， 克服了 传统足底压力分布检测系统的结构复杂、 设计制作难度大、 可靠性低等缺点， 又克服了常用 的压电材料灵敏度小， 受温度影响大、 成本高昂等缺点。 并且， 根据本发明的实施例的足底 压力分布检测系统及其制作方法， 使用的压电驻极体具有轻、 薄、 软的特点， 其压电响应大， 线性度高， 在工作温度范围内受温度变化的影响小， 受剪切力影响较小也即不受弯折的影 响， 适合于对足底压力分布的实时检测。 0052 虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明， 但是本领域的技术人员将理解： 在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下， 可在此进行形式和 细节上的各种变化。 说 明 书 5/5 页 8 CN 104161529 B 8 图1 图2 图3 说 明 书 附 图 1/1 页 9 CN 104161529 B 9 。