一种基于FBG和3D打印技术的压力测试系统的制作方法

本发明涉及一种用于测试足底压力的系统。

背景技术：

3D打印，属于快速成形技术(Rapid prototyping)的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术。这种技术常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，该技术在珠宝，鞋类，工业设计，建筑，工程和施工(AEC)，汽车，航空航天，牙科和医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程以及其他领域都有所应用。近年来利用布拉格(Fiber Bragg grating，FBG)光纤传感技术可以通过多个不同类型的传感器在一条光纤上串接复用，构成传感器阵列，实现多参量的准分布式实时测量，在监测时不受电磁及核辐射干扰，零点无漂移，长期稳定，同时这种技术以反射光的中心波长表征进行测量，不受光源功率波动、光纤微弯效应及耦合损耗等因素的影响，传感系统安装及长期使用过程中无需标定，测量精度高，使用寿命长。

前人的部分专利致力于利用传感器测量足部的压力，如专利CN104207792A中公开了一种基于获取全足部压力信息的智能鞋，包括有上、下底构成的鞋底，中底上贴合设置有薄膜式压力分布传感器，下底跟部设有凹槽，凹槽中设置有处理芯片、电池，处理芯片上集成有采集电路，薄膜式压力分布传感器与处理芯片上采集电路连接。专利CN104783818A提供的压力监测系统及方法，通过合理分布压力传感器在鞋垫各处的密度，使得整个压力监测系统结构紧凑，且安全稳定、节能低耗、智能高效，可对糖尿病人的压力进行全天候、全方位监测。

以上专利采用的压力测试系统较难满足个体化足部压力分布的检测和评估，因为每个人的足部特征在静态和动态特征是独特的，不能完全通过简单的放置和平均化设计得到实现。采集电路行列固化，不同区域、点阵密度、尺寸形状、压力分布传感器是通过多个采集器单元同步实现，相应的组件较多，成本高、标定调试工作量巨大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能准确测量足底各部位压力的系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于FBG和3D打印技术的压力测试系统，其特征在于，包括：

用3D打印技术制作的压力测试板，压力测试板与足底相接触的一面为平面，在压力测试板内设有排列成方阵的多个安装孔，每个安装孔均沿压力测试板的高度方向布置，在水平方向上相邻的两个安装孔的端部之间通过一凹槽一相通，在水平方向上位于同一排的安装孔中的首尾两端的两个安装孔的端部分别通过各自的凹槽二与压力测试板的边缘相通，在水平方向上位于同一排的凹槽一与凹槽二位于一条直线上；

在每个安装孔内放置有一个压力传感器，每个压力传感器包括用3D打印技术制作的本体，在本体制作过程中埋入光纤光栅，光纤光栅的两端各连接一根光纤线缆，光纤线缆引出本体外后通过位于同一排的凹槽一与凹槽二被引出所述压力测试板；

所有光纤线缆连接信号采集仪后再与电脑相连。

优选地，所述本体包括位于中部的长40mm、直径4mm的圆柱体一，及位于圆柱体一两端的长5mm、直径10mm的圆柱体二，所述光纤光栅(3)埋入圆柱体一内。

优选地，所述凹槽一与凹槽二的宽为1.5mm、深为5mm。

本发明有以下几项优点：

一、制作工艺比较简单，成本低，无须机械加工，一次成型，快捷方便。

二、FBG传感器灵敏度高，可以快速响应获得压力值。

三、利用3D打印技术对FBG传感器进行封装，结构稳定，测试精度高。

四、测试灵活性强，可以快速更换传感器的分布点，并可测量足底各点位的静态与动态压力。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于FBG和3D打印技术的压力测试系统的示意图；

图2为本发明中的压力测试板的示意图；

图3为本发明中的压力传感器的示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1所示，本发明提供的一种基于FBG和3D打印技术的压力测试系统，包括压力测试板1、压力传感器、信号采集仪5及电脑6。信号采集仪5连接电脑6。下面对压力测试板1及压力传感器做进一步说明。

结合图2，在本实施例中，压力测试板1采用3D打印技术制作，整体外形为正方体，在压力测试板1内开有多个安装孔2，所有安装孔2整齐排列成方阵。在水平方向上相邻的两个安装孔2的端部之间通过一凹槽一相通，在水平方向上位于同一排的安装孔2中的首尾两端的两个安装孔2的端部分别通过各自的凹槽二与压力测试板1的边缘相通，在水平方向上位于同一排的凹槽一与凹槽二位于一条直线上。凹槽一与凹槽二的宽为1.5mm，深为5mm。

结合图3，在本实施例中，压力传感器包括位于中部的长40mm、直径4mm的圆柱体一，及位于圆柱体一两端的长5mm、直径10mm的圆柱体二。圆柱体一及圆柱体二形成的本体结构由3D打印技术制作，在制作过程中，中间暂停打印机，然后将裸光纤光栅3放入打印内的模型中，此时用双手预拉光纤光栅3两端，启动打印，打印一段时间放开双手。打印结束后，取下模型，注意不要弄断光纤光栅3，然后将光纤光栅3的两端套上塑胶套管形成光纤线缆4。光纤线缆4通过凹槽一与凹槽二走线，所有光纤线缆4连接信号采集仪5后再与电脑6相连。开始测试后，电脑6上会显示波形图，每秒的数据都会被记录。