基于PVDF的足底测力系统研究.pdf

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1、第6期机械设计与制造2015年6月MachineryDesign&Manufacture67基于PVDF的足底测力系统研究韩亚丽，高海涛，吴在罗，朱松青(南京工程学院机械学院，江苏南京211167)摘要：为实现人体不同路况运动过程中的步态识别，研制出一种便于穿戴的鞋垫式足底测力系统。以PVDF压电薄膜为传感材料，设计足底传感器。采用由电荷放大电路、滤波电路及电压放大电路组成的信号系统对传感器输出信号进行采样及处理，进行了电荷放大电路中的反馈电阻与反馈电容的实验测试选型分析研究。进行了平地行走、楼梯行走及斜坡行走的实验，实验表明，该足底测力系统具有良好的灵敏度与测量精度，并且采用

2、PVDF内嵌在鞋垫的结构，使得测力系统适用于不同模式行走运动的检测。关键词：PVDF压电薄膜；足底压力传感器；信号调理电路；行走模式中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—3997(2015)06—0067—05TheStudyofFootPressureMeasurementSystemBasedonPVDFHANYa-li，GAOHai-tao，WUZai-luo，ZHUSong-qing(NamingInstituteofTechnology，SchoolofMechanicalEngineering，JiangsuNaming211167，China)Ab

3、stract：Ain-shoefootforcemeasurements~temWaspresentedwitheasiertoweartoindentifythegaitofhumanindifferentwalkingmodes．Thesensors~tem，cdesigned6∞edonPVDETheintegratingcircuit．filtercircuitandamplifyingcircuitwereproposedforthes~gndsamplingandprocessingofthesensoroutputsigna1．Theselectionoffeed

4、backresistanceandcapacitance讥theintegratingcircuitwerestudiedbasedonexperimentaltest．Theexperimentswereimplementedduringlevel，stairclimbingandslopewalking．Theresultsofexperimenttestshowedthatthefootforcemeasurements~temhadthefunctionofgoodsensitivityandmeasuringaccuracy，anditcanbeusedtOtesto

5、fdifferentwalkingmodebecauseofthestructurewiththePVDFsensorin-shoe．KeyWords：PVDF；PlantarPressureSensor；SignalConditionerCircuit；WalkingMode的安装场合和使用环境，一般要求传感器具有厚度薄、体积小、测1引言力大、过载能力强等特点，基于此要求，我们选用聚偏氟已烯人体步态的测试与分析对运动康复、体育训练、助力外骨骼(PVDF)压电薄膜作为传感器材料。设计了以OP07、CA3140、机器人的控制等提供重要的理论依据，而人体足力的变化信息是UA741芯

6、片为核心元器件的信号调理电路，对电路中的反馈电揭示人体步态的重要指标之一1。随着科技的发展，关于人体足容及电阻进行比较选择，该电路工作稳定可靠、噪声小、抗干扰能力的测量装置则由早期的足印可视形象化技术阶段发展到今天力强等特点。设计的测力鞋垫系统具有成本低、性能稳定、穿戴舒的力板与压力鞋检测阶段p_q。适等特J，能满足对不同行走模式下的足底力的动态监测。采用力板检测足力是把压力传感器布置在行走轨道上，进而实现行走过程中的脚底压力变化的输出，例如瑞士的Kistler2鞋垫式足底测力系统的设计测力台，德国Novel公司的Emed测力系统等，这些测力板装置2．1PVDF压电薄膜的测压原

7、理大多用于室内针对检测需求进行测试平台的搭建，所场合限制无PVDF是一种新型的高分子压电材料，具有材质柔韧、低密法进行多种模式的运动检测。为了解决此问题，出现了压力鞋检度、低阻抗和高压电电压常数等优点。PVDF薄膜在受一定方向测系统，例如，美国的F—Scan测力鞋垫系统，德国的Pedar测力的外力或变形时，材料就会在上下两个极化面产生极性相反，大鞋垫系统。测力鞋垫与测力台想比，不仅成本大大降低，而且使小相等的电荷，PVDF压电薄膜测压原理，如图1所示。用更加简便，可进行不同路况的运动检测。研