一种足底压力测试系统的制作方法

本实用新型涉及一种足底压力测试系统，属于智能检测控制技术领域。

背景技术：

人体的运动都是以运动链的方式进行的，而足是人体运动链的原始发力点，因此下肢乃至全身的功能信息都可以从足底压力和步态中展现出来。由于足在运动中的这一重要力学功能，人们从很早以前就开始进行足底压力以及步态等力学信息的测量分析。足底压力是人体在静止站立或动态行走时，在自身重力的作用下，在垂直方向上足底受到的地面反作用力；步态是指足部运动的姿态或者方式，步态的触觉信息特征受先天人体的脚型和后天环境习惯等的影响，反映了人体生理、结构和功能的特征和信息。检测足底压力是步态分析的一个重要组成部分，是分析和衡量异常足底应力分布和步态的基础。随着工作环境不断趋于复杂化和压力传感器技术的进步，目前主流的足底压力分布测量系统中柔性力敏传感器的传感原理基于压电、压阻和电容等，其原理均基于测量压力产生了相对应的物理效应，然后利用力与相应物理效应之间的模型关系来间接测量足底的压力。

糖尿病患者会因周围神经病变与外围血管疾病合并过高的机械压力，可引起足部软组织及骨关节系统的破坏与畸形形成，进而引发一系列的足部问题。从轻度的神经症状到严重的溃疡、感染、血管疾病和神经病变骨折等。从而糖尿病患者不但足底压升高，且足底压力会分布不均匀，可通过实时观测患者日常行走中的足底压力分布数据，分析患者的足部受力情况和步态信息，哪部分受到的压力较大，严重到什么程度，初步判断出神经病变的足部问题，可减少糖尿患者的足部溃疡发生率或缩短康复周期，对于足部问题的早期预防和治疗有重要的意义。目前还没有针对糖尿病患者的全天行走情况进行足底压力实时测试的装置。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种足底压力测试系统，以解决目前因患糖尿病而导致足部周围神经病变乃至产生压力性溃疡的问题，能够实现对于足底压力的实时观测和检查，从而达到对于足部问题的提前预防或防止恶化的效果。

本实用新型的技术方案是：一种足底压力测试系统，包括鞋垫，还包括：

柔性压力传感阵列，固定在患者鞋垫的上表面，用于获取行走过程中的足底接触力信息；

数据采集模块，与柔性压力传感阵列连接，用于接收从柔性压力传感阵列传输过来的足底接触力信息；

无线通信模块，与数据采集模块连接，用于向外传输足底接触力信息；

手机终端，与无线通信模块连接，用于接收无线通信模块传输过来的足底接触力信息；

服务器，与手机终端通信连接，用于储存手机终端发送过来的足底接触力信息；

电脑，与服务器通信连接，用于调取和处理足底接触力信息。

所述足底接触力信息包括大拇指区域、第二趾区域、第三—五趾区域、第一中骨区域、第二三中骨区域、第四中骨区域、足弓外侧区域、跟骨内侧区域、跟骨中部区域和跟骨外侧区域的接触力信息。

所述柔性压力传感阵列包括从上至下依次重叠的上柔性薄膜层、上电极层、导电橡胶阵列力敏层、绝缘层、下电极层和下柔性薄膜层，其中，在上电极层设有连接到导电橡胶阵列力敏层上表面的电极，在下电极层设有连接到导电橡胶阵列力敏层下表面的电极，上电极层的电极与下电极层的电极相互垂直，导电橡胶阵列力敏层包括分别布置在大拇指区域、第二趾区域、第三—五趾区域、第一中骨区域、第二三中骨区域、第四中骨区域、足弓外侧区域、跟骨内侧区域、跟骨中部区域和跟骨外侧区域的压力敏感单元，各压力敏感单元固定在上电极层和下电极层的电极交叉点的中间。

在上柔性薄膜层外设有上油墨层，在下柔性薄膜层外设有下油墨层。

上柔性薄膜层和下柔性薄膜层为PET聚酯薄膜。

所述数据采集模块被放置于鞋内鞋垫下方卡槽内。

本实用新型的有益效果是：与现有测试装置相比，本实用新型中的柔性压力传感器阵列在设计中针对糖尿病患者临床上胼胝和压力性溃疡多发生在前掌，从而除了根据人体足部实际压力分布来设计足底压力传感器，同时在前掌部分提升敏感单元的密度；由于传感阵列置于鞋内的鞋垫上，考虑到鞋内长时间行走的温湿度环境和步态交互中的有异物的行走舒适度，传感器阵列外层附上耐高温高湿摩擦型功能油墨，这样尽可能避免了压阻类传感器反复使用后灵敏度发生变化的问题。

另外，本实用新型采用无线通信，足底压力数据实时传输到用户手机移动终端，移动端整理收集并上传至服务器，服务器收集到数据储存到云端，方便数据的汇总以及数据高效读取。电脑作为上位机，用软件读取服务器云端数据、分析数据。例如医生查看测试结果发现患者足部有溃疡风险，可采用压力数据定制专属的模具式鞋垫进行预防或术后治疗。

因此，本实用新型具有高密度、高柔韧性、高耐湿热性等特点，提高了足底压力测试可靠性和便携使用性，解决了其在长时期测试中敏感单元灵敏度下降、户外使用时测试数据实时传输分析等问题。

附图说明

图1 为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中柔性压力传感阵列的分层结构示意图；

图3为足底受力区域图；

图4为本实用新型中柔性压力传感阵列的感应区域示意图；

图5为本实用新型中数据采集模块结构示意图；

图6为本实用新型中硬件连接示意图；

图中：1-上油墨层，2-上柔性薄膜层，3-上电极层，4-导电橡胶阵列力敏层，5-绝缘层，6-下电极层，7-下柔性薄膜层，8-下油墨层，9-足趾，10-足弓，11-中骨，12-跟骨，13-大拇指区域，14-第二趾区域，15-第三—五趾区域，16-第一中骨区域，17-第二三中骨区域，18-第四中骨区域，19-足弓外侧区域，20-跟骨内侧区域，21-跟骨中部区域，22-跟骨外侧区域，23 -鞋垫，24-硬件电路模块。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对实用新型进行进一步介绍：

请参阅图1至图6，根据本实用新型一种足底压力测试系统，包括鞋垫23、柔性压力传感阵列、数据采集模块、无线通信模块、手机终端、服务器和电脑。其中，柔性压力传感阵列安装在患者鞋垫23的上表面，通过粘贴的方式加以固定，用于获取行走过程中的不同部位的足底接触力信息；数据采集模块与柔性压力传感阵列连接，被放置于鞋内鞋垫23下方卡槽内，用于接收和调理从柔性压力传感阵列传输过来的足底接触力信息；无线通信模块与数据采集模块连接，用于向外传输足底接触力信息；手机终端与无线通信模块连接，用于接收无线通信模块传输过来的足底接触力信息；服务器与手机终端通信连接，用于储存手机终端发送过来的足底接触力信息；电脑与服务器通信连接，用于调取和处理足底接触力信息，并进行分析处理、可视化结果，识别踩压分布和步态动作等。

请参阅图3，根据足底不同区域的受力情况，可将足底分为四大区，足趾9、足弓10、中骨11、跟骨12，针对糖尿病患者临床上胼胝和压力性溃疡多发生在前掌，在此基础上具体分为十个区域，大拇指区域13、第二趾区域14、第三—五趾区域15、第一中骨区域16、第二三中骨区域17、第四中骨区域18、足弓外侧区域19、跟骨内侧区域20、跟骨中部区域21、跟骨外侧区域22。

所述柔性压力传感器阵列根据以上十个区域，传感阵列设计的感应区域布局如图4，传感阵列被固定于鞋子内部的鞋垫23上方，从而脚与压力传感器之间相对位置固定，因此可得到较为准确和可靠的结果。具体地，柔性压力传感阵列包括从上至下依次重叠的上柔性薄膜层2、上电极层3、导电橡胶阵列力敏层4、绝缘层5、下电极层6和下柔性薄膜层7，其中，在上电极层3设有连接到导电橡胶阵列力敏层4上表面的电极，在下电极层6设有连接到导电橡胶阵列力敏层4下表面的电极，上电极层3的电极与下电极层6的电极相互垂直，电极采用银导线，导电橡胶阵列力敏层4为多个独立的薄状方形导电橡胶，其包括分别布置在大拇指区域13、第二趾区域14、第三—五趾区域15、第一中骨区域16、第二三中骨区域17、第四中骨区域18、足弓外侧区域19、跟骨内侧区域20、跟骨中部区域21和跟骨外侧区域22的压力敏感单元，各压力敏感单元固定在上电极层3和下电极层6的电极交叉点的中间。

为了避免压阻类传感器反复使用后灵敏度发生变化的问题，在上柔性薄膜层2外涂敷有上油墨层1，在下柔性薄膜层7外涂敷有下油墨层8，油墨优选耐高温高湿耐摩擦油墨。上柔性薄膜层2和下柔性薄膜层7为PET聚酯薄膜，其作为基材以便封装。

在行走过程中，患者行走中在传感器阵列上下两层的导电橡胶上产生接触应力，每个导电橡胶可看做一个可变电阻，因所受压力不同而产生电阻变化量，进而产生不同的电压值。导电橡胶的压阻特性关系能够将其换算成相对应的压力值。采样数据转换后的压力值和各个信号的位置，可以精确还原为传感阵列表面的足底压力分布状况及轮廓信息。

实现传感器阵列的数据实时测量，采用FPC接口将数据采集模块的硬件电路模块24与柔性压力传感阵列相连。如图6中柔性电极各为三行三列上下覆盖于阵列力敏层，其中压力敏感单元数、电极行列数可根据患者实际情况进行设计和更改。数据采集模块包括数据扫描电路模块、数据调理电路模块和电源模块，电源模块首先为数据扫描电路提供所需的稳定电压，在阵列的各行列上先加一个运算放大器，利用“虚短”的原理，将各行的电位拉低到零电位，消除阵列电阻中的交叉耦合问题，后分别接上数据模拟开关，由单片机输出行选列选信号控制各数字模拟开关的通断实现行列扫描，对阵列中各传感单元的电阻进行测量逐个读取出来，再经过运算放大器放大后的输出电压信号至数据调理单元进行A/D转换，模拟电压信号量化为计算机可以处理的数字信号完成调理。

所述数据采集模块以C8051F380单片机为控制核心和HC4051数字模拟开关，MAX4495运算放大器等对传感阵列完成扫描调理，实时获取到当前时间患者留下的压力分布数据。

无线通信模块将数据传输至手机移动终端，移动终端整理收集数据并上传至服务器，基于TCP /IP客户服务器模式，电脑可接收服务器的数据，用软件读取、分析数据，判断患者足部压力分布。服务器中可存储大量患者的信息资料，患者的医生也可通过服务器查看不同患者的足底压力数据达到实时诊断的功能。

在一个例子中，无线通信采用蓝牙传输，传输速率达最高可达10KByte/S，可以为压力数据的传输提供保障。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。