专利名称：一种基于光纤光栅的脚底压力测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种脚底压力测量装置，尤其涉及一种基于光纤光栅的脚底压力
测量装置。
背景技术：
脚底压力作为一项重要的生理参数在相关足疾诊断、人体步态分析甚至其他疾病诊断起着重要的作用。精确测量脚底压力对相关步态分析以及疾病诊断有着较大的影响。目前，脚底压力测量装置多采用应变片式或压电式压力传感器测量压力，其测量精度有限，使用寿命短，制造复杂，且压力传感器具有一定体积，置于鞋底影响脚底舒适性。
发明内容为了克服上述现有技术缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于光纤光栅的脚底压力测量装置，其特点是结构简单、尺寸小、精度高。本实用新型所采用的技术方案是一种基于光纤光栅的脚底压力测量装置，包括鞋底⑴，光源(9),隔离器(15),光纤光栅传感器(5)、(6)、(7),光分路器(11)、(18)、(19)、
(20)，多光路开关(2)，信号解调器(3)，计算机(8)。在鞋底(I)的鞋跟处安装光纤光栅传感器(X)，在第一妬骨处安装光纤光栅传感器(6)，第五妬骨处安装光纤光栅传感器(5)。光源(9)通过光纤(1000)连接隔离器(15)，隔离器(15)通过光纤(1001)连接一分三光分路器(11)。一分三光分路器(11)引出光纤(1002)、(1003)、(1004)，光纤(1002)连接到一分二光分路器(19)，一分二光分路器(19)通过光纤(1007)连接到光纤光栅传感器￠)，通过光纤(1008)连接到多光路开关(2);光纤(1003)连接到一分二光分路器(20)，一分二光分路器(20)通过光纤(1005)连接到光纤光栅传感器(7)，通过光纤(1010)连接到多光路开关(2);光纤(1004)连接到一分二光分路器(18)，一分二光分路器(18)通过光纤(1006)连接到光纤光栅传感器(5)，通过光纤(1009)连接到多光路开关(2)。多光路开关(2)通过光纤(1011)连接到信号解调器(3)，信号解调器(3)通过电线(4)连接到计算机(8)对解调后的信号进行相应处理，获得脚底压力参数。所述的光纤光栅传感器(5)、光纤光栅传感器(6)、光纤光栅传感器(7)其结构大小以及规格都相同，均采用光栅(14)封装于波纹管(12)密封保护的聚合物(13)基底中，通过聚合物(13)对外界压力的感知传递到光栅(14)上实现压力增敏。所述的信号解调器(3)是基于可调谐F-P腔法。本实用新型的有益效果是该装置尺寸小、结构简单，方便测量与制造，以及高可靠性和长的使用寿命。
以下结合附图
和实施例对本实用新型进一步说明。图I为本实用新型的结构示意图；[0010]图2为光纤光栅传感器切面图；图3为信号解调器原理图。附图中1为鞋底；2为多路光开关；3为信号解调器；4为电线；5、6、7为三个相同的光纤光栅传感器；8为计算机；9为光源;10、1000、1001、1002、1003、1004、1005、1006、1007、1008、1009、1010、1011均为光纤；11为一分三光分路器；12为波纹管；13为聚合物；14为光栅；15隔离器；16为探测器；17为可调谐F-P腔；18、19、20为一分二光分路器。
具体实施方式
以下结合本发明的结构原理和工作原理作详细说明图I中，一种基于光纤光栅的脚底压力测量装置,包括鞋底I,光源9,隔离器15,光纤光栅传感器5、6、7，光分路器11、18、19、20，多光路开关2，信号解调器3，计算机8。在鞋底I的鞋跟处安装光纤光栅传感器7,在第一妬骨处安装光纤光栅传感器6,第五妬骨处安装光纤光栅传感器5。光源9通过光纤1000连接隔离器15，隔离器15通过光纤1001连接一分三光分路器11。一分三光分路器11引出光纤1002、1003、1004，光纤1002连接到一分二光分路器19，一分二光分路器19通过光纤1007连接到光纤光栅传感器6，通过光纤1008连接到多光路开关2 ;光纤1003连接到一分二光分路器20，一分二光分路器20通过光纤1005连接到光纤光栅传感器7，通过光纤1010连接到多光路开关2 ;光纤1004连接到一分二光分路器18，一分二光分路器18通过光纤1006连接到光纤光栅传感器5，通过光纤1009连接到多光路开关2。多光路开关2通过光纤1011连接到信号解调器3，信号解调器3通过电线4连接到计算机8对解调后的信号进行相应处理，获得脚底压力参数。图2为光纤光栅传感器切面图，光纤光栅传感器5、6、7，其结构大小以及规格都相同，均采用光栅14封装于波纹管12密封保护的聚合物13基底中，通过聚合物13对外界压力的感知传递到光栅14上实现压力增敏。其中的波纹管12与人的脚底直接接触，当光栅14受到相应的径向应力时，会产生微小形变。图3以光纤光栅传感器5和一分二光分路器18为实施例说明信号解调器3的解调原理。信号解调器3是基于可调谐F-P腔法，其解调系统是由光源9、隔离器15、一分二光分路器18、可调谐F-P腔17、探测器16以及光纤光栅传感器5构成。从光源9发出的光通过光纤传输到隔离器15,而后通过一分二光分路器18传输到光纤光栅传感器5,光通过光纤光栅传感器5反射，反射光经一分二光分路器18传输到可调谐F-P腔17中。调节可调谐F-P腔17的压电陶瓷电压使探测器16探测到最大光强，此时，可调谐F-P腔17的透射波长与光纤光栅传感器5反射的波长重合,从而获得反射波长的大小。信号解调器3对光纤光栅传感器6，光纤光栅传感器7测量信号的解调与信号解调器3对光纤光栅传感器5测量信号解调所述实施例相同。本发明的工作原理根据光纤光栅测量压力的基本原理，压力的变化会引起光纤光栅的栅距和折射率的变化，从而使光纤光栅的反射谱发生变化。通过检测光纤光栅反射谱或透射谱的变化就可以获得相应的压力信息。根据光纤稱合模式理论，当宽带光在光纤Bragg光栅中传输时，产生模式耦合，满足Bragg条件的光被反射人B = 2neff 八[0020]其中，nrff为导模的有效折射率，A为栅格周期。所以，光纤光栅的中心反射波长入B的改变随neff和A而改变。当光纤光栅径向产生应变时，由于光栅周期的伸缩和弹光效应，光纤光栅的布喇格波长发生漂移。当径向应力变化(AP)时，光纤Bragg光栅的反射波长也会发生变化，可表不成
权利要求1.一种基于光纤光栅的脚底压カ测量装置，其特征在于，包括鞋底(1)，光源(9)，隔离器(15)，光纤光栅传感器(5)、(6)、(7)，光分路器(11)、(18)、(19)、(20)，多光路开关(2)，信号解调器(3)，计算机(8);在鞋底(I)的鞋跟处安装光纤光栅传感器(7)，在第一跖骨处安装光纤光栅传感器出)，第五跖骨处安装光纤光栅传感器(5)，光源(9)通过光纤(1000)连接隔离器(15)，隔离器(15)通过光纤(1001)连接一分三光分路器(11)，一分三光分路器(11)引出光纤(1002)、(1003)、(1004)，光纤(1002)连接到一分ニ光分路器(19)，一分ニ光分路器(19)通过光纤(1007)连接到光纤光栅传感器￠)，通过光纤(1008)连接到多光路开关(2);光纤(1003)连接到一分ニ光分路器(20)，一分ニ光分路器(20)通过光纤(1005)连接到光纤光栅传感器(7)，通过光纤(1010)连接到多光路开关(2);光纤(1004)连接到一分ニ光分路器(18)，一分ニ光分路器(18)通过光纤(1006)连接到光纤光栅传感器(5)，通过光纤(1009)连接到多光路开关(2)，多光路开关(2)通过光纤(1011)连接到信号解调器(3)，信号解调器(3)通过电线(4)连接到计算机(8)对解调后的信号进行相应处理，获得脚底压カ參数。
2.根据权利要求I所述的ー种基于光纤光栅脚底压カ测量装置，其特征在于所述的 光纤光栅传感器(5)、光纤光栅传感器(6)、光纤光栅传感器(7)其结构大小以及规格都相 同，均采用光栅(14)封装于波纹管(12)密封保护的聚合物(13)基底中，通过聚合物(13)对外界压カ的感知传递到光栅(14)上实现压力增敏。
3.根据权利要求I所述的ー种基于光纤光栅脚底压カ测量装置，其特征在于所述的信号解调器(3)是基于可调谐F-P腔法。
专利摘要本实用新型公开了一种基于光纤光栅的脚底压力测量装置，包括鞋底、光源、隔离器、光纤光栅传感器、光分路器、多光路开关、信号解调器、计算机。在鞋底的鞋跟、第一跖骨以及第五跖骨处分别安装光纤光栅传感器。光源发出的光通过光纤经隔离器和一分三光分路器传入三处光纤光栅传感器，三处光纤光栅传感器受人脚底压力作用，使反射光波长发生漂移，漂移后的反射光通过一分二光分路器和多光路开关传入信号解调器中进行解调，解调后的电信号通过电线传入计算机进行相应的数据处理与结果显示，获得人的脚底压力参数。本实用新型具有结构简单、测量精度高、质量可靠等优点，适用于相关足疾诊断、人体步态分析。
文档编号G01L1/24GK202522352SQ20122018031
公开日2012年11月7日 申请日期2012年4月20日 优先权日2012年4月20日
发明者朱家余, 熊稚莉, 郑元格, 郑元辽, 陆佳丽, 黄杰 申请人:中国计量学院