專利名稱：鞋墊式足底壓力測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于壓電陶瓷傳感器作為釆集模塊的鞋墊式足底壓力測量裝置，屬 于生物醫學工程技術領域。
背景技術：
足底壓力分布能夠反映有關腳的結構、功能及整個身體的健康狀況等等。足底壓力測量 系統在臨床醫學、生物力學、長期工作負荷的監測、各種體育運動的現場測試、工業、宇航、 人機工程等方面具有非常重要的現實意義。目前，國內外許多科研院所、醫療機構為此開展 了大量的研究。國外的產品主要有美國產的TEKSCAN/FSCAN步態分析儀，比利時產的Footscan USB2平板式足底壓力測試系統等等，這些國外產品價格都非常昂貴，而且關鍵技術都沒有公 開。國內的產品主要有袁剛等人的實用新型專利《平板式足底壓力分布測量裝置》 ZL02228378. 1，由于該裝置由200個直徑為13. 5mm的壓力傳感器按照斜面臺階式裝配成的， 所以結構比較復雜，而且測量范圍會受到限制。

實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種能克服上述缺陷、結構簡單、測量準確性高、且對足底壓 力實現適時跟蹤測量的鞋墊式足底壓力測量裝置。其技術方案為
包括測量足底壓力的傳感器和信號調理電路，其特征在于增設鞋墊、帶有無線信號發 射模塊的微處理器和帶有無線信號接收模塊的微處理器，測量足底壓力的傳感器采用三維力 測量傳感器，設置在鞋墊對應于足部需要檢測壓力的位置上，每個三維力測量傳感器均包括 三個壓電陶瓷傳感器，其輸出端對應接三個信號調理電路，信號調理電路的輸出端接帶有無 線信號發射模塊的微處理器，由無線信號發射模塊發射給無線信號接收模塊。
所述的鞋墊式足底壓力測量裝置，多個三維力測量傳感器對應設置在鞋墊在足部的第一 跖骨頭、第二跖骨頭、第三跖骨頭、第四跖骨頭、第五跖骨頭、足弓區域和足跟的8個位置 上。所述的鞋墊式足底壓力測量裝置，每個信號調理電路均包括信號放大模塊和信號濾波模 塊，信號放大模塊包括電容Cl-3、電阻R1-8和運算放大器U1-2，其中運算放大器U1的同相 輸入端接壓電陶瓷傳感器的正輸出端，并經串接的電阻R7-8接運算放大器U2的輸出端，電 容C2與串接的電阻R7-8并聯，運算放大器U1的反相輸入端接同一個壓電陶瓷傳感器的負輸 出端，并經串接的電阻R1-2接運算放大器U1的輸出端，電容C1與串接的電阻Rl-2并聯， 電阻tU-2的連接處依次經電容C3與電阻R6接電阻R7-8的連接處，運算放大器Ul的輸出端 經電阻R4接運算放大器U2的反相輸入端和電阻R3的一端，電阻R3的另一端接運算放大器 U2的輸出端，運算放大器U2的同相輸入端經電阻R5接地；信號濾波模塊包括電容C4-5、電 阻R9-12和運算放大器U3，其中運算放大器U3的同相輸入端經電容C5接地，并依次經電阻 RIO、電阻R9接信號放大模塊中運算放大器Ul的輸出端，電阻R9-10的連接處經電容C4接 地，運算放大器U3的反相輸入端分別經電阻Rll接地、經電阻R12接運算放大器U3的輸出 端，運算放大器U3的輸出端接帶有無線信號發射模塊的微處理器。
所述的鞋墊式足底壓力測量裝置，帶有無線信號接收模塊的微處理器包括CPU和顯示器。
其工作原理為在測量足底壓力過程中，由鞋墊上的三維力傳感器采集足底壓力信號，信號 調理電路對信號進行放大、濾波處理后，送給帶有A/D轉換的微處理器對信號進行采集處理， 再由無線信號發送模塊發送，無線信號接收模塊接收送入微處理器，數據由微處理器處理后， 通過串口通信送到顯示器顯示出來。
本實用新型與現有技術相比，具有如下優點
1、 采用鞋墊對應于足部需要檢測壓力的位置上均設置一三維力測量傳感器，這樣傳感器 數量比較少，結構相對簡單；
2、 本裝置直接將傳感器放在足底需要測量的位置，定位準確，測量精度高；
3、 本裝置的采集部分做成鞋墊樣式，在測試過程中，可以將鞋墊放置于專用的鞋內或者 綁在測試者的足底，配以信號調理電路和無線發射、接受電路，所以本裝置有適時跟蹤測量 的特點。


圖1是本實用新型的工作原理框圖2是圖1所示實施例的固定有三維力測量傳感器的鞋墊的結構示意圖； 圖3是圖1所示實施例中的信號調理電路的電路圖。
4圖中K鞋墊 2、三維力測量傳感器 3、壓電陶瓷傳感器具體實施方式
在圖1-3所示的實施例中每只鞋墊1對應于足部的第一跖骨頭、第二跖骨頭、第三跖
骨頭、第四跖骨頭、第五跖骨頭、足弓區域和足跟的8個位置上均設一三維力測量傳感器2， 每個三維力測量傳感器2均包括三個壓電陶瓷傳感器3用于測試三個極向的受力， 一共是48 個壓電陶瓷傳感器3。對應于每個壓電陶瓷傳感器3均設置一個信號調理電路，每個信號調 理電路均包括信號放大模塊和信號濾波模塊，信號放大模塊包括電容Cl-3、電阻Rl-8和運 算放大器Ul-2，其中運算放大器Ul的同相輸入端接壓電陶瓷傳感器的正輸出端，并經串接 的電阻R7-8接運算放大器U2的輸出端，電容C2與串接的電阻R7-8并聯，運算放大器Ul的 反相輸入端接同一個壓電陶瓷傳感器的負輸出端，并經串接的電阻R1-2接運算放大器U1的 輸出端，電容C1與串接的電阻R1-2并聯，電阻Rl-2的連接處依次經電容C3與電阻R6接電 阻R7-8的連接處，運算放人器Ul的輸出端經電阻R4接運算放大器U2的反相輸入端和電阻 R3的一端，電阻R3的另一端接運算放大器U2的輸出端，運算放大器U2的同相輸入端經電 阻R5接地；信號濾波模塊包括電容C4 5、電阻R9 12和運算放大器U3，其中運算放大器L'3 的同相輸入端經電容C5接地，并依次經電阻RIO、電阻R9接信號放大模塊中運算放大器Ul 的輸出端，電阻R9-10的連接處經電容C4接地，運算放大器的反相輸入端分別經電阻Rll 接地、經電阻R12接運算放大器U3的輸出端，運算放大器U3的輸出端接帶有無線信號發射 模塊的微處理器，再經無線信號發射模塊輸出到帶有無線信號接收模塊的微處理器，微處理 器的輸出端接顯示器，將檢測結果在顯示器輸出顯示。
權利要求1、一種鞋墊式足底壓力測量裝置，包括測量足底壓力的傳感器和信號調理電路，其特征在于增設鞋墊(1)、帶有無線信號發射模塊的微處理器和帶有無線信號接收模塊的微處理器，測量足底壓力的傳感器采用三維力測量傳感器(2)，設置在鞋墊(1)對應于足部需要檢測壓力的位置上，每個三維力測量傳感器(2)均包括三個壓電陶瓷傳感器(3)，其輸出端對應接三個信號調理電路，信號調理電路的輸出端接帶有無線信號發射模塊的微處理器，由無線信號發射模塊發射給無線信號接收模塊。
2、 如權利要求1所述的鞋墊式足底壓力測量裝置，其特征在于多個三維力測量傳感器(2)對應設置在鞋墊(1)在足部的第一跖骨頭、第二跖骨頭、第三跖骨頭、第四跖骨頭、 第五跖骨頭、足弓區域和足跟的8個位置上。
3、 如權利要求1所述的鞋墊式足底壓力測量裝置，其特征在于每個信號調理電路均包括信號放大模塊和信號濾波模塊，信號放大模塊包括電容Cl-3、電阻Rl-8和運算放大器Ul-2， 其中運算放大器U1的同相輸入端接壓電陶瓷傳感器(3)的正輸出端，并經串接的電阻R7-8 接運算放大器U2的輸出端，電容C2與串接的電阻K7-8并聯，運算放大器Ul的反相輸入端 接同一個壓電陶瓷傳感器(3)的負輸出端，并經串接的電阻Rl-2接運算放大器U1的輸出端， 電容Cl與串接的電阻R1-2并聯，電阻R1-2的連接處依次經電容C3與電阻R6接電阻R7-8 的連接處，運算放大器U1的輸出端經電阻R4接運算放大器U2的反相輸入端和電阻R3的一 端，電阻R3的另一端接運算放大器U2的輸出端，運算放大器U2的同相輸入端經電阻R5接 地；信號濾波模塊包括電容C4-5、電阻R9-12和運算放大器U3，其中運算放大器U3的同相 輸入端經電容C5接地，并依次經電阻RIO、電阻R9接信號放大模塊中運算放大器U1的輸出 端，電阻R9-10的連接處經電容C4接地，運算放大器U3的反相輸入端分別經電阻Rll接地、 經電阻R12接運算放大器U3的輸出端，運算放大器U3的輸出端接帶有無線信號發射模塊的 微處理器。
4、 如權利要求1所述的鞋墊式足底壓力測量裝置，其特征在于帶有無線信號接收模塊 的微處理器包括CPU和顯示器。
專利摘要本實用新型提供一種鞋墊式足底壓力測量裝置，包括測量足底壓力的傳感器和信號調理電路，其特征在于增設鞋墊、帶有無線信號發射模塊的微處理器和帶有無線信號接收模塊的微處理器，測量足底壓力的傳感器采用三維力測量傳感器，設置在鞋墊對應于足部需要檢測壓力的位置上，每個三維力測量傳感器均包括三個壓電陶瓷傳感器，其輸出端對應接三個信號調理電路，信號調理電路的輸出端接帶有無線信號發射模塊的微處理器，由無線信號發射模塊發射給無線信號接收模塊。工作時由三維力傳感器采集足底壓力信號，經信號調理電路對信號進行放大、濾波處理后，送給微處理器對信號進行采集處理，再由無線信號發送、接收模塊接收送入微處理器處理，并顯示出來。
文檔編號A61B5/22GK201267478SQ20082017165
公開日2009年7月8日 申請日期2008年9月17日 優先權日2008年9月17日
發明者王蘭美, 王輝林 申請人:山東理工大學