一种运动监控系统的制作方法

本实用新型实施例涉及信息监控技术，尤其涉及一种运动监控系统。

背景技术：

随着社会科技的发展和进步，人们越来越关注自身的健康以及生活质量，人体的运动健康水平能够最为直观地显示个人健康水平。人体运动的监控可以实时且有效地反映出人体运动系统的健康状况，同时由于人体运动的监控与识别信息蕴含了个体的运动控制意愿，通过对这些信息的加工和处理也可以被用于控制多功能智能假肢、外骨骼助行器或其他人机交互设备，从而帮助伤残患者或老年人恢复健康，尤其是运动功能的康复。

现有的人体监控与识别方法主要有加速度仪法、数据手套法、表面肌电法以及肌肉力图法。加速度仪虽然可以记录到人体肢体多方向的加速度数据，但是不能提供其他运动信息，因此获取的信息非常有限；数据手套内嵌了惯性传感器和弯曲度传感器，可以识别出更加精细的人体动作，不过其缺点就是太过笨重，并且也不适用于截肢患者的运动监控与识别；表面肌电法是现有比较成熟和应用最为广泛的人体运动监控的方法，这种方法提取人体肌肉表面包含运动控制指令信息的信号，然后用于监控康复活动的进展或者用于控制人机交互的设备和肌电假肢，不过表面肌电法存在以下难以克服的问题：对提取肌电的电极位置摆放有很高的要求、高水平的信号特征提取增加了工作成本、人体肌肉疲劳会增大信号采集难度和降低提取控制指令信号的可靠性、电磁干扰以及导电性的变化也将会影响信号的质量；肌肉力图法是现有最有希望补偿甚至替代表面肌电法的一种人体运动状态的监控方法，它最大的优点是可以直接反映运动中肌肉的变化，并且具有较高的响应速度，然而现有的利用肌肉力图法做人体运动实时监控的传感器都很难兼具测量精度高和结构简便轻省的性能优点。

技术实现要素：

本实用新型提供一种运动监控系统，以实现在对运动监控系统结构简单化的同时提高运动信息的测量精度。

本实用新型实施例提供了一种运动监控系统，包括：压力敏感薄膜检测层，所述压力敏感薄膜检测层的上表面设置有第一金属电极阵列，所述压力敏感薄膜检测层的下表面设置有第二金属电极阵列，所述第一金属电极阵列、所述第二金属电极阵列及所述压力敏感薄膜检测层共同形成压力传感阵列，用于采集压力信号；信号处理模块，所述信号处理模块的第一信号输入端与所述第一金属电极阵列电连接，所述信号处理模块的第二信号输入端与所述第二金属电极阵列电连接，信号处理模块用于处理所述压力信号。

进一步地，所述运动监控系统还包括：第一屏蔽层和第二屏蔽层；所述第一屏蔽层位于所述第一金属电极阵列远离所述压力敏感薄膜检测层的一侧，且与所述第一金属电极阵列绝缘；所述第二屏蔽层位于所述第二金属电极阵列远离所述压力敏感薄膜检测层的一侧，且与所述第二金属电极阵列绝缘；所述第一屏蔽层和第二屏蔽层均与所述信号处理模块的电源负极电连接。

进一步地，所述第一屏蔽层包括第一绝缘薄膜层和第一屏蔽金属电极层，所述第一绝缘薄膜层位于所述压力敏感薄膜检测层的上表面，所述第一屏蔽金属电极层位于所述第一绝缘薄膜层远离所述压力敏感薄膜检测层的一侧；所述第二屏蔽层包括第二绝缘薄膜层和第二屏蔽金属电极层，所述第二绝缘薄膜层位于所述压力敏感薄膜检测层的下表面，所述第二屏蔽金属电极层位于所述第二绝缘薄膜层远离所述压力敏感薄膜检测层的一侧，所述第一屏蔽金属电极层和所述第二屏蔽金属电极层通过导线与所述信号处理模块的电源负极电连接。

进一步地，所述运动监控系统还包括：第一保护层和第二保护层，所述第一保护层位于所述第一屏蔽层远离所述压力敏感薄膜检测层的一侧，所述第二保护层位于所述第二屏蔽层远离所述压力敏感薄膜检测层的一侧。

进一步地，所述压力敏感薄膜检测层包括聚偏氟乙烯薄膜、聚偏氟乙烯共聚物薄膜或压电驻极体薄膜。

进一步地，所述压电驻极体薄膜包括聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。

进一步地，所述压电驻极体薄膜为单层多孔膜或多层多孔膜。

进一步地，所述信号处理模块的第一信号输入端与所述第一金属阵列通过第一导线电连接，所述信号处理模块的第二信号输入端与所述第二金属电极阵列通过第二导线电连接，所述第一导线与所述第二导线位置不重叠。

本实用新型通过设置压力敏感薄膜检测层和信号处理模块，解决了现有的利用肌肉力图法做人体运动实时监控的传感器都很难兼具测量精度高和结构简便轻省的问题。实现了运动监控系统对垂直方向的力敏感，对水平方向的剪切力不敏感，在检测垂直方向的压力时不会受材料弯折的影响，在使用过程中基本不受温度变化影响，对运动信息能够实现高精度测量，达到了结构简单轻省、灵敏度高和基本无热释电效应的技术效果。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中的一种运动监控系统的剖面结构示意图；

图2A是本实用新型实施例一中的运动监控系统的上表面俯视结构示意图；

图2B是本实用新型实施例一中的运动监控系统的下表面俯视结构示意图；

图3是本实用新型实施例二中的一种运动监控系统的剖面结构示意图；

图4是本实用新型实施例三中的运动监控系统中压力敏感薄膜检测层的立体示意图；

图5是本实用新型实施例三中的运动监控系统的应用立体示意图；

图6是本实用新型实施例四中提供的运动监控系统的制作方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本实用新型实施例一提供的一种运动监控系统剖面结构示意图，如图1所示，运动监控系统包括：压力敏感薄膜检测层11，压力敏感薄膜检测层11的上表面设置有第一金属电极阵列12，压力敏感薄膜检测层11的下表面设置有第二金属电极阵列13，第一金属电极阵列12、第二金属电极阵列13及压力敏感薄膜检测层11共同形成压力传感阵列1，用于采集压力信号。

参见图2A和图2B，运动监控系统还包括信号处理模块6，信号处理模块6的第一信号输入端61与第一金属电极阵列12电连接，信号处理模块6的第二信号输入端62与第二金属电极阵列13电连接，信号处理模块6用于处理压力信号。

需要说明的是，第一金属电极阵列12和第二金属电极阵列13与第一信号输入端61和第二信号输入端62的连接选择此处不做具体的限定，例如也可以是第一信号输入端61与第二金属电极阵列13电连接，第二信号输入端62与第一金属电极阵列12电连接。

在上述各技术方案的基础上，第一金属电极阵列12和第二金属电极阵列13优选可以一一对应，并且投影重叠。

该运动监控系统的工作原理为：当人体处于运动状态时，肌肉的体积会由于肌肉的收缩发生变化，此时放置在肌肉表面的压力敏感薄膜检测层11的径向受力分布也会发生变化，通过检测人体运动时的径向受力分布可以实现对人体运动状态的实时监控。当受本实用新型实施例提供的运动监控系统监控的个体处于运动状态时，压力敏感薄膜检测层11会受到肌肉表面压力的作用而被压缩，引起设置于压力敏感薄膜检测层11的上下表面的第一金属电极阵列12和第二金属电极阵列13内的补偿电荷发生变化，将压力信号转换成电压或电荷信号，压力传感阵列1采集该电压或电荷信号，信号处理模块6的第一信号输入端61与压力传感阵列1的第一金属电极阵列12电连接，信号处理模块6的第二信号输入端62与第二金属电极阵列13电连接，压力传感阵列1通过第一金属电极12和第二金属电极13将采集到的电压或电荷信号传输至信号处理模块6，信号处理模块6对接收到的电压或电荷信号进行放大、滤波及降噪处理，然后对电压或电流信号进行分类识别，根据识别结果确定人体的运动状态，从而实现了对人体运动状况的监控。

本实施例的技术方案通过设置压力敏感薄膜检测层和信号处理模块，解决了现有的利用肌肉力图法做人体运动实时监控的传感器都很难兼具测量精度高和结构简便轻省的问题。本实施例的技术方案在工作温度范围内基本不受温度变化影响，对垂直方向的力敏感，对水平方向的剪切力不敏感，在检测垂直方向的压力时不会受材料弯折的影响，对运动信息能够实现高精度测量，达到了结构简单轻省、精度高、灵敏度高和基本无热释电效应的技术效果。

在上述各技术方案的基础上，本实用新型提供的运动监控系统的信号处理模块优选还包括发送端，用于将处理后的电压或电荷信号通过无线或有线的方式发送到外部终端，例如，专用接受设备或智能手机。信号处理模块这样设置的好处在于实现了实时监控运动状态，了解使用者的健康状态的效果。

在上述各技术方案的基础上，如图2A所示，信号处理模块6的第一信号输入端61与第一金属电极阵列12优选可以通过第一导线8电连接。如图2B所示，信号处理模块6的第二信号输入端62与第二金属电极阵列13优选可以通过第二导线9电连接。可选的，可以设置第一导线8与第二导线9的位置不重叠，第一金属电极阵列12的每一个电极分别通过压力敏感薄膜检测层11上表面的第一导线8电连接第一信号输入端61。第二金属电极阵列13的每一个电极分别通过压力敏感薄膜检测层11下表面的第二导线9电连接第二信号输入端62。位于压力敏感薄膜检测层11上表面的第一导线8和位于压力敏感薄膜检测层11下表面的第二导线9从俯视图的视角不重叠，第一导线8和第二导线9这样设置的好处在于使导线区域不产生额外的干扰信号，使压力传感阵列1产生的信号干扰达到最低效果。

实施例二

图3为本实用新型实施例二提供的一种运动监控系统的剖面结构示意图，如图3所示，本实施例在上述各技术方案的基础上，还包括：第一屏蔽层2和第二屏蔽层3；第一屏蔽层2位于第一金属电极阵列12远离压力敏感薄膜检测层11的一侧，且与第一金属电极阵列12绝缘；第二屏蔽层3位于第二金属电极阵列13远离压力敏感薄膜检测层11的一侧，且与第二金属电极13阵列绝缘；第一屏蔽层2和第二屏蔽层3均与信号处理模块的电源负极(图3中未示出)电连接。

具体地，第一屏蔽层2与压力传感阵列1的尺寸相同，以及第二屏蔽层3与压力传感阵列1的尺寸相同。第一屏蔽层2和第二屏蔽层3用于屏蔽外部电磁信号，减少外部电磁信号对运动监控系统的干扰。

在上述各技术方案的基础上，可选的，第一屏蔽层2进一步包括第一绝缘薄膜层21和第一屏蔽金属电极层22，第一绝缘薄膜层21位于压力敏感薄膜检测层11的上表面，第一屏蔽金属电极层22位于第一绝缘薄膜层21远离压力敏感薄膜检测层11的一侧；第二屏蔽层3进一步包括第二绝缘薄膜层31和第二屏蔽金属电极层32，第二绝缘薄膜层31位于压力敏感薄膜检测层11的下表面，第二屏蔽金属电极层32位于第二绝缘薄膜层31远离压力敏感薄膜检测层11的一侧，第一屏蔽金属电极层22和第二屏蔽金属电极层32通过导线与信号处理模块的电源负极电连接。

具体地，第一绝缘薄膜层21和第二绝缘薄膜层31具有良好的力学性质，能够将径向压力均匀地传递至压力敏感薄膜检测层11。第一屏蔽金属电极层22与第二屏蔽金属电极层32可以分别通过与信号处理模块的电源负极电连接，也可以是将第一屏蔽金属电极层22与第二屏蔽金属电极层32通过导线电连接后再与信号处理模块的电源负极电连接。第一屏蔽金属电极层22和第二屏蔽金属电极层32材质均匀，使得在整个压力传感阵列1的外侧形成金属包围，进一步形成电磁屏蔽，减少外界电磁信号对系统的干扰。

在上述各技术方案的基础上，可选的，本实用新型提供的运动监控系统进一步还包括：第一保护层4和第二保护层5，第一保护层4位于第一屏蔽层2远离压力敏感薄膜检测层11的一侧，第二保护层5位于第二屏蔽层3远离压力敏感薄膜检测层11的一侧。

具体的，第一保护层4和第二保护层5为绝缘薄膜，且具备良好的力学性质，能够将径向压力均匀地传递至压力敏感薄膜检测层11，对系统起到保护作用，防止在使用过程中被磨损。

实施例三

图4为本实用新型实施例三提供的运动监控系统中压力敏感薄膜检测层的立体示意图。本实施例在上述各实施例的基础上，压力敏感薄膜检测层11进一步包括聚偏氟乙烯薄膜、聚偏氟乙烯共聚物薄膜或压电驻极体薄膜。压力敏感薄膜检测层11可以通过上述一种或一种以上的薄膜通过串联或并联的方式叠合而成。

在上述各技术方案的基础上，压电驻极体薄膜包括聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种。

在上述各技术方案的基础上，压电驻极体薄膜为单层多孔膜或多层多孔膜。多层多孔膜通过并联或串联的方式叠加并而成，以增强灵敏度。

压力敏感薄膜检测层11的立体示意图如图4所示，压力敏感薄膜检测层11分为电极覆盖区域110和无电极覆盖的空白区域111。电极覆盖区域110内设置有第一金属电极阵列和第二金属电极阵列。第一金属电极阵列、第二金属电极阵列及压力敏感薄膜检测层11共同形成压力传感阵列1，用于采集压力信号和电压或电荷信号。

具体地，如图5所示，第一金属电极阵列和第二金属电极阵列分布于压力敏感薄膜检测层11上，可检测躯干完整一周的压力分布信号，实现更加精准的测量。

在上述各技术方案的基础上，信号处理模块内置电池，例如可以是纽扣电池。电池的负极与屏蔽层连接，使电池的负极与屏蔽层等电位。信号处理模块用柔性线路板制成，贴附于压力传感阵列的最外层表面。信号处理模块这样设置的好处在于既便于更换电池，又不影响信号传输。

在上述各技术方案的基础上，如图5所示，在第一保护层远离第一屏蔽层的一侧和/或第二保护层远离第二屏蔽层的一侧缝制魔术贴7。魔术贴7又名粘扣带，分为子母两面，一面是细小柔软的纤维，圆毛，另一面是较硬带钩的刺毛。缝制魔术贴7的好处在于方便穿戴和绑紧。

本实施例的技术方案与现有的加速仪、数据手套、表面肌电法及肌肉力图法相比，灵敏度高、基本无热释电效应、在工作温度范围内基本不受温度变化影响，且对于垂直方向的力敏感，对于水平方向的剪切力不敏感，在检测垂直方向的压力时不会受材料弯折的影响，实现了对运动信息的高精度测量；本实用新型实施例提供的运动监控系统压电响应的线性度好，可以实现对由压力产生电压或电流信号的快速响应；本实施例提供的运动监控系统柔软度好、加工性强且结构简单，不仅能够紧密的贴附人体，而且制备工艺简单，成本低廉，应用潜力非常大。

实施例四

图6为本实用新型实施例四提供的运动监控系统的制作方法流程图，本实施例可适用于制作上述实施例提供的运动监控系统的制作的情况，具体包括如下步骤：

步骤110、形成压力敏感薄膜检测层；

步骤120、在压力敏感薄膜检测层的上表面上形成第一金属电极阵列，在压力敏感薄膜检测层的下表面上形成第二金属电极阵列；

参考图1，在压力敏感薄膜检测层11的上表面上形成第一金属电极阵列12，在压力敏感薄膜检测层11的下表面上形成第二金属电极阵列13。

其中，第一金属电极阵列12、第二金属电极阵列13及压力敏感薄膜检测层11共同形成压力传感阵列，用于采集压力信号；

步骤130、提供一信号处理模块；

步骤140、将信号处理模块的第一信号输入端与第一金属阵列电连接，信号处理模块的第二信号输入端与第二金属电极阵列电连接；

参考图2A和图2B，将信号处理模块6的第一信号输入端61与第一金属阵列12电连接，信号处理模块6的第二信号输入端62与第二金属电极13阵列电连接。其中，信号处理模块6用于处理采集的压力信号。

本实施例的技术方案形成了一种运动监控系统，包括压力敏感薄膜检测层和信号处理模块。本实施例技术方案形成的运动监控系统结构简单、灵敏度高、基本无热释电效应、在工作温度范围内基本不受温度变化影响，且对于垂直方向的力敏感，对于水平方向的剪切力不敏感，在检测垂直方向的压力时不会受材料弯折的影响，实现了对运动信息的高精度测量。

在上述各技术方案的基础上，可选的还包括：

在第一金属电极阵列远离压力敏感薄膜检测层的一侧粘合第一屏蔽层；

在第二金属电极阵列远离压力敏感薄膜检测层的一侧粘合第二屏蔽层。

参见图3，第一屏蔽层2与第一金属电极阵列12绝缘，第二屏蔽层3与第二金属电极阵列13绝缘；将第一屏蔽层2和第二屏蔽层3与信号处理模块的电源负极电连接(图3中未示出)。使得在整个压力传感阵列1的外侧形成金属包围，进一步形成电磁屏蔽，减少外界电磁信号对系统的干扰。

在上述各技术方案的基础上，参见图3，在第一金属电极阵列12远离压力敏感薄膜检测层11的一侧粘合第一屏蔽层2，可选的还包括：

提供一第一绝缘薄膜层21，在第一绝缘薄膜层21的一侧表面形成第一屏蔽金属电极层22；

将第一绝缘薄膜层21未形成有第一屏蔽金属电极层22的一侧表面粘合在第一金属电极阵列12远离压力敏感薄膜检测层11的一侧。

在第二金属电极阵列13远离压力敏感薄膜检测层11的一侧粘合第二屏蔽层3，可选的还包括：

提供一第二绝缘薄膜层31，在第二绝缘薄膜层31的一侧表面形成第二屏蔽金属电极层32；

将第二绝缘薄膜层31未形成有第二屏蔽金属电极层32的一侧表面粘合在第二金属电极阵列13远离压力敏感薄膜检测层11的一侧。

其中，第一屏蔽金属电极层22和第二屏蔽金属电极层32通过导线与信号处理模块的电源负极电连接。

在上述各技术方案的基础上，参见图3，在第一金属电极阵列12远离压力敏感薄膜检测层11的一侧粘合第一屏蔽层2之后，可选的还包括：在第一屏蔽层2远离压力敏感薄膜检测层11的一侧粘合第一保护层4。

在第二金属电极阵列13远离压力敏感薄膜检测层11的一侧粘合第二屏蔽层3之后，可选的还包括：在第二屏蔽层3远离压力敏感薄膜检测层11的一侧粘合第二保护层5。

本实施例技术方案形成的运动监控系统结构简单、灵敏度高、基本无热释电效应、在工作温度范围内基本不受温度变化影响，且对与垂直方向的力敏感，对于水平方向的剪切力不敏感，在检测垂直方向的压力时不会受材料的弯折的影响，实现了对运动信息的高精度测量。并且能够在使用过程中防止被磨损。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。