一种压电薄膜平衡毯的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种压电薄膜平衡毯，所述平衡毯包括：压电感应元件、前置放大电路、信号分析电路和封装部件；所述封装部件将所述压电感应元件、前置放大电路和信号分析电路封装起来；所述前置放大电路的输入端通过屏蔽线与所述压电感应元件的两个输出电极连接，所述前置放大电路的输入端连接所述信号分析电路的输入端。采用本发明能够精准而不失真地反映出平衡毯表面力的变化情况，进而确定人的站姿和相对位置。
【专利说明】一种压电薄膜平衡毯
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器【技术领域】，特别涉及一种压电薄膜平衡毯。
【背景技术】
[0002]与按键以及摇杆等传统操作界面来进行控制的游戏不同，体感游戏是一种通过肢体动作变化来进行(操作)的新型电子游戏，它能够让游戏者用身体去感受游戏控制的过程，达到很好的娱乐互动效果。
[0003]以任天堂为主的游戏开发公司所开发的体感游戏有个称为“平衡板”的外设，该外设集成了压阻型的传感器，达到了检测人体重心位置，测量人体重量，判断人体状态等功能。该平衡板的信息反馈给控制终端，和游戏主机进行通信，可以控制游戏人物的动作，让游戏参与者能够使用身体来控制游戏过程。
[0004]上述平衡板系统只在平衡板的四个支脚位置布置了压阻传感器，感应面积有限。另外，压阻传感元件由于本身的技术的缺陷，在压力响应速度上达不到实时反馈的效果。由于该类型传感器应用设计的问题，传统的平衡板需要配置相应的壳体以及硬质的板材，以致该类型平衡板在体积和重量上有很大缺陷，给携带和运输带来了很大的不便。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:解决现有平衡毯感应面积小、响应时间慢、体积大、
笨重等问题。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]一种压电薄膜平衡毯，所述平衡毯包括:
[0008]一用于采集人体力学信号的压电感应元件；所述压电感应元件是由压电敏感元件和上下金属表面电极组成；
[0009]—用于放大压电感应兀件输出信号，提供稳定输出的前置放大电路；
[0010]一用于分析信号，判断人体姿态的信号分析电路；以及
[0011 ] 一封装部件，所述封装部件将所述压电感应元件、前置放大电路和信号分析电路封装起来；
[0012]所述前置放大电路的输入端通过屏蔽线与所述压电感应元件的两个输出电极连接，所述前置放大电路的输入端连接所述信号分析电路的输入端。
[0013]作为优选方案，所述压电敏感元件为PVDF压电薄膜或P (VDF+TrFE)压电薄膜或压电驻极体薄膜。
[0014]作为优选方案,所述压电敏感元件的厚度范围在1um?500um之间。
[0015]作为优选方案，所述封装部件由两片天然发泡橡胶构成，将所述压电感应元件封装在中间。
[0016]作为优选方案，所述前置放大电路和所述信号分析电路设置在一电路壳体中。
[0017]本发明中所述的前置放大电路和所述信号分析电路都为本领域内的常用电路结构。
[0018]本发明的有益效果是:
[0019]1、本发明采用了有良好动态输出性能的压电感应元件，能够实时地反映出力的变化情况。
[0020]2、本发明采用的压电感应元件提供了有效的信号采集面积，覆盖了大部分的平衡毯区域。
[0021]3、本发明将压电感应元件直接应用到信号测量中来，不需用附件任何外围的壳体或硬质设备，有效减少了平衡毯整体的厚度以及重量，兼具节省了原材料成本以及减小了加工难度。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明的整体外观示意图；
[0023]图2是本发明的整体电路结构框图；
[0024]图3是本发明的前置放大电路较佳实施例原理图；
[0025]图4是本发明的工作示意图。
【具体实施方式】
[0026]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0027]如图1所示，一种压电薄膜平衡毯，所述平衡毯包括压电感应元件1、封装部件2、电路壳体3、以及连接各部分组建所需的导线；
[0028]所述压电感应元件I是由压电敏感元件和上下金属表面电极组成，本实施例中所述的压电敏感元件采用的是压电驻极体薄膜。所述封装部件2由两片天然发泡橡胶构成，将压电感应元件I封装在中间。在本发明的较佳实施例中，共使用了 152片压电感应元件I，均匀分布在上下两层天然发泡橡胶之间。这样的设计使得本压电平衡板能够采集到足底所有力学的动态分布特征，提高了采集速度和精确性。导线将压电感应元件I的信号引出，并连接到电路壳体3。
[0029]如图2所示:电路壳体3包括前置放大电路和信号分析电路；其中，前置放大电路的一种实现方式如图3所示:使用AD820对压电感应元件I进行前端放大。压电感应元件I的输入端接AD820的负向输入端，AD820的正向输入端接地。电容Cl和电阻Rl —端接AD820的负向输入端，一端接AD820的输出端。Cl = 0.1nf，Rl = 100M。
[0030]而信号分析电路可以采用市场上广泛使用的单片机、DSP等芯片对AD820的信号进行处理及分析。
[0031]使用本发明的体感平衡板系统进行游戏或者健身时，游戏者根据主机通过显示屏幕显示出来的游戏情境及操作提示，在封装部件2上进行相应的动作。游戏者的脚踩到封装部件2的某一个特定区域，分布在封装部件2内的压电感应元件I就会受到压力，产生感应信号，游戏者改变动作或者姿态，压电感应元件I的感应信号也会发生相应的改变。压电感应元件I的信号通过导线输入到电路壳体3中。如图2所示，压电感应元件I的信号导入到电路壳体3中来，电路壳体内包括两大模块:一是前置放大电路，二是信号分析电路。前置放大电路将压电感应元件I的输出信号进行模拟放大以及波形转换，信号分析电路智能分析前置放大电路的输出信号，判断出人体的站姿信息以及动作特征。该模块可以和游戏主机进行通信，将所采集到的人体信息传递给主机，进而控制游戏过程。装配蓝牙或者其他无线通讯设备之后，本实施例所设计的压电平衡板系统还可以和主机进行无线通讯。
[0032]图4为本发明的工作原意图。Al为使用者左脚掌产生的压力分布区域，共由8块压电感应元件I所感知；A3为使用者左脚跟产生的压力分布区域，共由6块压电感应元件所感知；A2为使用者右脚掌产生的压力分布区域，共由8块压电感应元件I所感知；A4为使用者右脚跟产生的压力分布区域，共由6块压电感应元件所感知；。当使用者在压电平衡板上做出各种动作的时候，各压力分布区域的受力情况会发生相应的变化，各压力分布区域中的压电传感元件实时根据受力的大小输出相应大小的电学信号，能真实反映使用者足底的力度大小及变化情况。受到力度影响的压电传感元件的输出信号通过导线连接到电路壳体3中，电路壳体3的前置放大电路将压电传感元件的输出信号进行模拟放大，进而接入信号分析电路。信号分析电路根据内存的数据库对比输入的电压大小，实时计算出相应区域的压力大小以及分析出受力区域的形状。
[0033]以上所述的利用较佳的实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围。本领域技术人员可通过阅读本发明后，做出细微的改变和调整，仍将不失为本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种压电薄膜平衡毯，其特征在于:所述平衡毯包括: 一用于采集人体力学信号的压电感应元件；所述压电感应元件是由压电敏感元件和上下金属表面电极组成； 一用于放大压电感应元件输出信号，提供稳定输出的前置放大电路； 一用于分析信号，判断人体姿态的信号分析电路；以及 一封装部件，所述封装部件将所述压电感应元件、前置放大电路和信号分析电路封装起来； 所述前置放大电路的输入端通过屏蔽线与所述压电感应元件的两个输出电极连接，所述前置放大电路的输入端连接所述信号分析电路的输入端。
2.如权利要求1所述的一种压电薄膜平衡毯，其特征在于:所述压电敏感元件为PVDF压电薄膜或P (VDF+TrFE)压电薄膜或压电驻极体薄膜。
3.如权利要求2所述的一种压电薄膜平衡毯，其特征在于:所述压电敏感元件的厚度范围在1um?500um之间。
4.如权利要求1所述的一种压电薄膜平衡毯，其特征在于:所述封装部件由两片天然发泡橡胶构成，将所述压电感应元件封装在中间。
5.如权利要求1所述的一种压电薄膜平衡毯，其特征在于:所述前置放大电路和所述信号分析电路设置在一电路壳体中。
【文档编号】A63F13/428GK104027977SQ201410252877
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月9日 优先权日:2014年6月9日
【发明者】徐凯, 徐再, 赵云龙, 徐靖 申请人:张家港市鸿嘉数字科技有限公司