一种多功能智能鞋垫的制作方法

本实用新型涉及日常生活用品技术领域，具体涉及一种多功能智能鞋垫。

背景技术：

随着人们户外活动的增多和安全意识的提高，对具有特定功能或多功能的可穿戴智能产品提出了更高的要求。就智能鞋而言，目前有通过在鞋底内部安置传感器来监测运动情况，并通过无线传输方式向手机等终端设备发送数据包并将检测结果记录在手机的存储空间里。这类智能鞋的功能单一，且需要内置的电池为传感器提供电能。而通常电池是被封装在传感器的外壳之中，电池耗尽时一般做丢弃处理，这不仅浪费而且对环境有潜在的污染。因此，从周围环境俘获各种能量(例如太阳能、风能、热能、振动能和人体运动能)并将其转化为有用的电能为可穿戴设备提供能源，使其不再需要内置电池，实现整个使用周期内的自主能源是一项非常有挑战性和前景的技术。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自发电、具有警示和运动监测功能的多功能智能鞋垫。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种多功能智能鞋垫，与该鞋垫相匹配的鞋子内设有警示模块和信号发射模块，所述鞋垫包括鞋垫基体、设置在鞋垫基体前部和后部的运动捕捉模块及设置在鞋垫基体中部的管理模块，所述的运动捕捉模块与所述的管理模块连接，所述的管理模块与所述的警示模块和信号发射模块连接。

所述的运动捕捉模块包括保护层以及设置在保护层内从上往下依次排列的塑胶板、上电极层、聚丙烯膜层、支撑网格层、下电极层和聚合物薄膜层。

上下电极和电极间的聚丙烯层和气隙层形成一电容器结构，而沉积在聚丙烯膜上表面和近表面的单极性电荷为电容器提供电能，在上下电极产生感应电荷。当人体运动过程中塑胶板受力，聚丙烯膜与下电极间气隙厚度发生变化，导致电容器的电容改变和上下电极感应电荷量的变化，从而实现人体运动能向电能和电信号的转换。

所述的塑胶板的下表面设有凸起，支撑网格层的上表面设有网孔，所述网孔的形状与塑胶板下表面凸起的形状相匹配，所述凸起或网孔的形状包括条纹、圆孔、方孔或菱形孔中的一种。

所述的上电极层和下电极层内部分别设有上电极端子和下电极端子。当两端子接入信号分析模块时，其中一个端子作为信号电极，另一个端子作为接地电极。当两端子接入整流模块时，其作用是引导电流。

所述的聚丙烯膜层的下侧表面和近表面设有单极性电荷。单极性电荷注入方式可以是电晕充电、接触法充电、离子注入、电子束注入、摩擦充电等，单极性电荷可以是正电荷、也可以是负电荷。

所述的聚合物薄膜层的材料选自硅橡胶、EVA、PE或PP中的一种。

运动捕捉模块的制备步骤如下：(1)在聚丙烯薄膜层的一个面覆盖上电极层；(2)向聚丙烯薄膜层未覆电极一侧的表面和近表面注入单极性电荷；(3)在聚合物薄膜层的一面覆盖下电极层；(4)在下电极层的表面粘贴支撑网格层；(5)制备与支撑网格层对应的单面带有结构的塑胶板；(6)各层叠放在一起，并从上电极层和下电极层中引出电极端子；(7)将步骤(6)所得到的结构单元整体封装在保护层中。

上电极层和下电极层覆盖在聚丙烯膜层和聚合物薄膜层的表面所采用的方法可以是真空蒸镀金属、丝网印刷、磁控溅射、或贴片等等。

支撑网格层的基材可以是金属、无机非金属、塑料等等。

支撑网格层基材的微结构可以是致密的、也可以是多孔的。

塑胶板的基材可以是硅橡胶、EVA、PE、PP等材料。

塑胶板与上电极层之间可以胶粘在一起，也可以不粘接。

保护层的形成方式可以是浇注、层压、冷裱、热裱等等，且保护层是绝缘的。

所述的管理模块包括整流单元、信号分析单元和电源管理单元，所述的整流单元的输入端与所述运动捕捉模块连接，整流单元的输出端与所述电源管理单元的输入端连接；所述电源管理单元的输出端分别与所述信号分析单元、警示模块和信号发射模块的输入端相连；所述信号分析单元的输入端还与所述运动捕捉模块连接，信号分析单元的输出端与所述信号发射模块连接。

经过运动捕获模块俘获到的人体运动能和运动状态信号是交流电形式，这个交流电分别或单独输入到整流单元或/和信号分析单元。输入到整流单元的交流电经整流后成为直流电，并被电源管理单元储存和管理。电源管理单元输出经过调理的电能，这个电能一部分输入到警示模块，一部分用于给信号分析单元提供电能，还有一部分用于给信号发射模块提供电能。信号分析单元输出的信号进入信号发射模块。

上述整流单元、信号分析单元及电源管理单元均可以是任何一种适合分析人体运动状态的整流电路、信号分析电路及电源管理线路，信号分析单元4按照需要可以切换开关状态。

所述的警示模块包括LED灯或蜂鸣器等起到警示作用的元件，在光线昏暗和阴雨天时，汽车驾驶员很难看清楚路上的行人或骑自行车的人，如果行人或骑自行车的人穿着带有本实用新型装置的鞋子，通过LED灯的光亮或其它警示元件就可以起到警示作用，增强人身安全性。

所述的信号发射模块为无线发射器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在以下几方面：

(1)整体结构简单、制备成本低，不需要电池，能够实现能源自给；

(2)人体运动能和运动状态捕获单元厚度小、柔韧，设计灵活性好，可根据不同的工况条件进行相应的结构改进；

(3)本实用新型多功能智能鞋垫同时兼具警示和运动状态监测功能；

(4)本实用新型多功能鞋垫各个模块相对独立，可根据实际需要选择单一功能还是多功能，也可做为人体运动能发电装置。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型运动捕捉模块的结构示意图；

图3为本实用新型各模块间电流和电信号走向示意图。

其中，1为运动捕捉模块，2为管理模块，3为整流单元，4为信号分析单元，5为电源管理单元，6为警示模块，7为信号发射模块，8为保护层，9为塑胶板，10为上电极层，11为上电极端子，12为聚丙烯膜层，13为单极性电荷，14为支撑网格层，15为下电极层，16为下电极端子，17为聚合物膜层，18为鞋垫基体，19为警示信号接入端子。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

一种多功能智能鞋垫，其结构如图1所示，该鞋垫包括鞋垫基体18、设置在鞋垫基体18前部和后部的运动捕捉模块1及设置在鞋垫基体18中部的管理模块2，运动捕捉模块1与管理模块2连接，管理模块2上设有警示信号端子19，并通过警示信号端子19与鞋子上的警示模块连接。

上述运动捕捉模块的结构如图2所示，其制备过程包括如下步骤：(1)将50mm*80mm大小、0.04mm厚度的交联聚丙烯膜层12的一面通过真空蒸镀的方法覆上一层厚度为100nm的铝电极，作为上电极层10。(2)用栅控电晕充电方法对聚丙烯膜层12中未覆电极的一面在表面和0.05mm深度的近表面沉积负极性电荷13。电晕针电压为-10kV，栅网电压为-500V，充电时间为30s。(3)取厚度为0.1mm的PET膜作为聚合物膜12，并在聚合物膜12的一个表面通过真空蒸镀的方法覆上一层厚度为100nm的铝电极，作为下电极层15。(4)在下电极层15的表面用双面胶粘贴长方形孔洞的硅胶支撑网格层14，硅胶厚度为0.2mm，长方形孔的尺寸为20mm*10mm，硅胶支撑的宽度为1.5mm。(5)制备与步骤(4)中支撑网格层14对应的单面带有长条状凸起结构的塑胶板9。塑胶板9的厚度为5mm，凸起部分的高度为1mm。(6)将上述步骤(1)至(5)得到的各层从上至下以塑胶板9、上电极层10、聚丙烯膜层12、支撑网格层14、下电极层15和聚合物薄膜层17的方式层叠在一起，并从上电极层10和下电极层15中分别引出上电极端子11和下电极端子16。(7)利用热塑封装方法将步骤(6)得到的结构单元封装在EVA塑料保护层8中。

管理模块2包括整流单元3、信号分析单元4和电源管理单元5，经过运动捕捉模块1俘获到的人体运动能和运动状态信号是交流电形式，这个交流电分别或单独输入到整流单元3或/和信号分析单元4。输入到整流单元3的交流电经整流后成为直流电，并被电源管理单,5储存和管理。电源管理单元5输出经过调理的电能，这个电能一部分输入到警示模块6，一部分用于给信号分析单元4提供电能，还有一部分用于给信号发射模块7提供电能。信号分析单元4输出的信号进入信号发射模块7。各模块间电流及信号的走向如图3所示。

信号分析单元4按照需要可以切换开关状态。

警示模块6采用LED灯，在光线昏暗和阴雨天时，汽车驾驶员很难看清楚路上的行人或骑自行车的人，如果行人或骑自行车的人穿着带有本实用新型装置的鞋子，通过LED灯的光亮就可以起到警示作用，增强人身安全性。

信号发射模块7采用低功耗无线发射器，可以向手机发射无线信号，传递运动状态等信息。