一种基于石墨烯柔性压力传感器的步态监测系统技术方案

本实用新型专利技术属于新型医疗生物监测技术领域，尤其涉及一种基于石墨烯柔性压力传感器的步态监测系统。本步态监测系统包括鞋垫、数据采集模块、惯性测量模块、数据处理模块、无线通信模块、手机端、服务器和中央处理器。本步态监测系统中的石墨烯柔性压力传感器采用柔性封装技术，其柔软度、贴合度、舒适度和测量精度大大高于硅基和薄膜压力传感器。其中的石墨烯传感层采用激光直写技术生成，使得其器件特性可高度定制，利用改变其内部结构或者封装材料，有效的改变器件的特性如灵敏度、测量范围等。本实用新型专利技术采用服务器端管理同步步态数据，电脑端远程下载分析数据的模式，便于智慧医疗和步态检测技术的普及和应用。步态检测技术的普及和应用。步态检测技术的普及和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯柔性压力传感器的步态监测系统


[0001]本技术属于新型医疗生物监测
，尤其涉及一种基于石墨烯柔性压力传感器的步态监测系统。

技术介绍

[0002]步态指一个人行走时的表现出来的动作以及姿态。由于一个人表现出来的步态与其骨骼、肌肉和神经系统密切相关，步态可以作为一个人健康状况甚至系统性神经疾病如帕金森，亨廷顿等检测的重要指标。传统的步态(脚底压力)监测鞋垫或者系统，例如申请号为201210580700.3、专利技术名称为“足底压力分布测量系统”的中国专利，其使用的压力传感器是硅基或薄膜的，其形状、柔软度、贴合度以及器件特性如灵敏度和动态范围都远不如基于石墨烯柔性压力传感器。而且传统的步态监测系统没有集成丰富的人机交互界面和用户信息管理系统，不利于步态检测的应用和推广。

技术实现思路

[0003]本技术的目的是提出一种基于石墨烯柔性压力传感器的步态监测系统，对比传统的步态监测系统，由于集成新型石墨烯柔性压力传感器，其柔软度、贴合度、舒适度和测量精度都得到大大的提高，以更好地满足步态监测的需求。
[0004]本技术提出的基于石墨烯柔性压力传感器的步态监测系统，包括鞋垫、数据采集模块、惯性测量模块、数据处理模块、无线通信模块、手机端、服务器和中央处理器，其中：
[0005]所述的鞋垫，设置在鞋底，用于监测脚底压力；
[0006]惯性测量模块，用于测量脚部运动时的加速度与角速度；
[0007]所述的数据采集模块，用于将鞋垫监测得到的压力变化转换成模拟电信号，并对模拟电信号进行放大和滤波，数据采集模块通过鞋垫中的柔性电路层和导线与石墨烯柔性压力传感器的电极相连；
[0008]所述的数据处理模块，用于对数据采集模块的多路模拟电信号进行采样，并将模拟电信号转换成数字信号，最后将脚底各个区域的压力信号和来自惯性测量模块的信号打包发送给无线通信模块；
[0009]无线通信模块，用于将打包的数据上传给手机端；
[0010]手机端，用于在完成一次测试后将数据同步给服务器端；
[0011]中央处理器，用于将服务器中的步态数据下载到本地并进行步态分析；
[0012]数据采集模块、惯性测量模块、数据处理模块和无线通信模块之间通过信号线相连，并作为可穿戴部分放置在鞋上。
[0013]上述步态监测系统中，所述的鞋垫由上到下依次由衬底层、柔性电路层和石墨烯柔性压力传感器组成，所述的衬底层对整个鞋垫起支撑作用并对下层进行保护；所述的柔性电路层对石墨烯柔性压力传感器起连接和固定的作用，柔性电路层上设置有石墨烯柔性
压力传感器的相应位置，其中A、B、C、D、E、F、G、H分别对应于脚部的拇指、第一趾、第三趾、第五趾、内侧楔骨、第五趾骨粗隆、脚跟前侧和脚跟后侧。
[0014]上述步态监测系统的石墨烯柔性压力传感器，由上到下依次由上封装层、中间层和下封装层组成，所述的上封装层和下封装层构成基底，对中间层进行保护；所述的中间层包括氧化石墨烯层、石墨烯层、电极和导线，当有压力施加在鞋垫上下封装层时，上封装层和下封装层会被压扁而发生形变，石墨烯层发生相应的形变而改变其电阻特性，从电极两端测量的电阻会发生相应的改变，从而形成一个压阻式的压力传感器，即电阻随压力变化。
[0015]上述步态监测系统的石墨烯柔性压力传感器中，石墨烯层由激光直写从氧化石墨烯层还原生成，石墨烯层的形状为圆形或者方形。石墨烯层可以为栅格或网格结构。
[0016]本技术提出的基于石墨烯柔性压力传感器步态监测系统，其优点是：
[0017]1、本技术所使用的石墨烯柔性压力传感器采用柔性封装技术，其柔软度、贴合度、舒适度和测量精度大大高于硅基和薄膜压力传感器。另外其中的石墨烯传感层采用激光直写技术生成，使得其器件特性可高度定制，利用改变其内部结构或者封装材料，如改变激光扫描的间距和方向从而改变其内部结构(如栅格结构或者网格结构)从而有效的改变器件的特性如灵敏度、测量范围等。另外改变其封装材料也可以有效的改变器件的特性如灵敏度、测量范围等。
[0018]2、本技术采用手机端软件实时接收步态数据并动态反映给用户的方式，使得用户能够很好的了解其当前步态，有助于对其步态进行实时的调整和纠正。
[0019]3、本技术采用服务器端管理同步步态数据，电脑端远程下载分析数据的模式，避免了用户去医院占用有限的医疗资源，有助于医生进行远程诊断，便于智慧医疗和步态检测技术的普及和应用。
附图说明
[0020]图1是本技术提出的基于石墨烯柔性压力传感器步态监测系统的结构框图。
[0021]图2是图1所示的基于石墨烯柔性压力传感器步态监测系统中鞋垫的结构示意图。
[0022]图3是图2所示的鞋垫中的柔性电路层的俯视图。
[0023]图4是石墨烯柔性压力传感器的结构示意图。
[0024]图5是石墨烯柔性步态压力监测系统的鞋垫中用激光还原生成的多层石墨烯的内部结构示意图，其中(a)是栅格结构，(b)是网格结构
[0025]图6是手机端程序的步态信息采集界面。
[0026]图7是电脑端程序的步态信息分析界面。
[0027]图1～图7中，1是氧化石墨烯层，2是石墨烯层，3是电极，4是导线，5是上封装层，6是下封装层，7是鞋垫，8是数据采集模块，9是惯性测量模块，10是数据处理模块，11是无线通信模块，12是手机端，13是服务器，14是中央处理器，15是柔性石墨烯压力传感器，16是柔性电路层，17是衬底层，18是手机端控制区，19是手机端压力监测区，20是手机端脚部姿态区，21是手机端惯性测量模块数据显示区。
具体实施方式
[0028]本技术提出的基于石墨烯柔性压力传感器的步态监测系统，其结构框图如图
1所示，包括鞋垫7、数据采集模块8、惯性测量模块9、数据处理模块10、无线通信模块11、手机端12、服务器13和中央处理器14，其中：
[0029]所述的鞋垫7，设置在鞋底，用于监测脚底压力；
[0030]惯性测量模块9，用于测量脚部运动时的加速度与角速度；
[0031]所述的数据采集模块8，用于将鞋垫7监测得到的压力变化转换成模拟电信号，并对模拟电信号进行放大和滤波，数据采集模块8通过鞋垫7中的柔性电路层16和导线4与石墨烯柔性压力传感器的电极3相连；
[0032]所述的数据处理模块10，用于对数据采集模块8的多路模拟电信号进行采样，并将模拟电信号转换成数字信号，最后将脚底各个区域的压力信号和来自惯性测量模块9的信号打包发送给无线通信模块；
[0033]无线通信模块11，用于将打包的数据上传给手机端12；
[0034]手机端12，用于在完成一次测试后将数据同步给服务器端13；
[0035]中央处理器14，用于将服务器中的步态数据下载到本地并进行步态分析；
[0036]数据采集模块8、惯性测量模块9、数据处理模块1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯柔性压力传感器的步态监测系统，其特征在于，该步态监测系统包括鞋垫、数据采集模块、惯性测量模块、数据处理模块、无线通信模块、手机端、服务器和中央处理器，其中：所述的鞋垫，设置在鞋底，用于监测脚底压力；惯性测量模块，用于测量脚部运动时的加速度与角速度；所述的数据采集模块，用于将鞋垫监测得到的压力变化转换成模拟电信号，并对模拟电信号进行放大和滤波，数据采集模块通过鞋垫中的柔性电路层和导线与石墨烯柔性压力传感器的电极相连；所述的数据处理模块，用于对数据采集模块的多路模拟电信号进行采样，并将模拟电信号转换成数字信号，最后将脚底各个区域的压力信号和来自惯性测量模块的信号打包发送给无线通信模块；无线通信模块，用于将打包的数据上传给手机端；手机端，用于在完成一次测试后将数据同步给服务器端；中央处理器，用于将服务器中的步态数据下载到本地并进行步态分析；数据采集模块、惯性测量模块、数据处理模块和无线通信模块之间通过信号线相连，并作为可穿戴部分放置在鞋上。2.如权利要求1所述的步态监测系统，其特征在于其中所述的鞋垫由上到下依次由衬底层、柔性电路层和石墨烯柔性压力传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：任天令，伍晓明，郭瑞，马景忠，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：