一种阵列式压力传感器和压力采集系统技术方案

一种用于足压采集的阵列式压力传感器和压力采集系统，由于阵列式压力传感器的同行压力感应点共用行引出导线，同列压力感应点共用一个列引出导线，并采用对行导线和列导线分开双面布线，使得阵列式压力传感器减少了导线引线数目和导线引线布线密度，降低了大尺寸阵列式压力传感器的设计难度，进而满足增大压力感应面积的同时保证采样的空间分辨率和采样率。本申请还公开了基于本实施例中的阵列式压力传感器设计的压力采集系统，对阵列式压力传感器采用分行、分列和分时采样的方法进行采样，实现在自然行走状态下对足压数据的采集，同时也保证压力采集系统的准确性和稳定性。

An Array Pressure Sensor and Pressure Acquisition System

An array pressure sensor and a pressure acquisition system for full-pressure acquisition are used. Because the same line of pressure induction points and the same line of pressure induction points share the same line of lead, and the two-sided wiring is separated between the line and the line of wire, the array pressure sensor reduces the number of lead wires and the density of lead wires, and decreases the wiring density of lead wires. It reduces the design difficulty of large-scale array pressure sensor, and then meets the requirement of increasing the pressure sensing area and ensuring the spatial resolution and sampling rate of sampling. The application also discloses the pressure acquisition system designed by the array pressure sensor according to the present embodiment. The array pressure sensor is sampled by the methods of row, column and time-division sampling, so as to realize the acquisition of full pressure data in the natural walking state, and at the same time to ensure the accuracy and stability of the pressure acquisition system.

【技术实现步骤摘要】
一种阵列式压力传感器和压力采集系统
本专利技术涉及压力测量领域，具体涉及一种阵列式压力传感器和压力采集系统。
技术介绍
足底压力是指日常运动活动中，人体足部和支撑表面之间作用的压力场。由于人体足底的结构的特征，人体在踩下地面的时候，足底各点会产生不同的压力，通过测试、分析足底压力，可以获取人体在各体态和运动下的生理、病理力学参数和机能参数。例如，对足底压力采集与分析可应用于脑卒中术后的步行康复训练中，通过分析患者的步态特征、发力方式，为医生评估患者康复情况，制订针对性的治疗方案提供有效的量化数据参考。在国内用于足底压力测量的阵列式压力传感器的传感器单元数量少并且测量精度低，还不能满足康复医疗等专业领域的需求，主要原因是不能对足底压力数据进行实时动态的整体展现。因此需要专利技术一种足底压力采集系统，能使实验者可以尽量按照自然的步态行走，而不受压力传感器尺寸大小的影响。还需满足增大压力感应面积的同时保证采样的空间分辨率和采样率，以保证足底压力采集系统的准确性和稳定性。
技术实现思路
本专利技术公开了一种阵列式压力传感器和压力采集系统，用来获取自然步态下的足压采样数据。根据第一方面，一种实施例中提供一种阵列式压力传感器，包括依次贴合设置的行导线层、电阻式压力传感层和列导线层；所述行导线层包括多条沿电阻式压力传感层一面的第一方向设置的多条导线；所述列导线层包括多条沿电阻式压力传感层另一面的第二方向设置的多条导线。根据第二方面，一种实施例中提供一种压力采集系统，包括：如第一方面所述的阵列式压力传感器；列选择器，与所述阵列式压力传感器的列导线层各导线电连接，用于选通所述阵列式压力传感器的各列；R-V转换器，与所述阵列式压力传感器的行导线层各导线电连接，用于将所述阵列式压力传感器的各行在压力作用下导致的电阻变化转换成模拟电压信号；模数转换器，与所述R-V转换器电连接，用于将R-V转换器输出的各行的模拟电压信号转换为数字电压信号。依据上述实施例的阵列式压力传感器和压力采集系统，由于阵列式压力传感器的同行压力感应点共用一个行引出导线，同列压力感应点共用一个列引出导线，并采用对行导线和列导线分开双面布线。使得阵列式压力传感器减少了导线数目和布线密度，降低了大尺寸阵列式压力传感器的设计难度，进而满足增大压力感应面积的同时保证采样的空间分辨率和采样率。附图说明图1为一种实施例中的阵列式压力传感器的结构示意图；图2为一种实施例中的阵列式压力传感器的行导线层和列导线层结构示意图；图3为一种实施例中的阵列式压力传感器的导电引线的连接示意图；图4为一种实施例中的阵列式压力传感器的电阻式压力传感层局部结构的平面示意图；图5为一种实施例中的阵列式压力传感器的电阻式压力传感层局部结构的截面示意图；图6为不同量程的传感器单元的压力与电阻变化曲线；图7为一种实施例中的压力采集系统的结构示意图；图8为一种实施例中的R-V转换运放阵列的R-V转换电路单元的结构示意图；图9为一种实施例中的压力采集系统的结构框图；图10为一种实施例中的压力采集系统的工作流程示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在足底压力采集系统的设计中，为使实验者可以尽量按照自然的步态行走，而不受传感尺寸大小的影响，应尽可能增大压力感应面积，同时要保证采样的空间分辨率和采样率。平板式压力传感器的空间分辨率、采样率和感应面积等参数是相互制约。为了提高压力采集的精度、减少测量中对实验者自然步态的影响，应尽可能提高传感系统的空间分辨率、采样率与感应面积。但随着传感单元尺寸的缩小和感应面积的增大，必定会带来传感单元数量几何倍数增加，从而增大了信号处理电路设计的复杂度。如何在保证采样率与足底压力图像显示效果的情况下提高感应面积，这也成为国内外相关研究中的重要研究内容。国外的科研机构对压力传感系统的研究较早：2004年，日本国家先进工业科学和技术研究所的薄力感应电阻橡胶板的SKagami等人基于川田工业公司的“H7”机器人开发平台，开发了应用在仿人机器人步态测量的高速矩阵压力传感器，该传感阵列为32*32，单个传感器尺寸为4.2mm*7mm。2013年，帕维亚大学的ElisaMarenzi等人基于DSPTMS320LF2407A开发了应用于汽车座椅压力检测的传感系统，传感阵列为10*10，传感尺寸为30cm*30cm。国内现有的平板式压力采集产品传感面积较小，对足底压力的研究起步较晚，在采集动态步态信息，特别是完整步态周期时不方便。目前相关研究多处于原型机的验证阶段。2003年华中科技大学同济医学院袁刚等人研制了具有200个电阻式铂金式应变片传感器，感应面积为30cm×15cm的平板式足底压力分布测量系统；2013年电子科技大学的张光研制了一款基于SiM3U167的具有2048个压阻传感器的平板式足底压力测量系统，感应面积32cm*16cm；2017年，中国科学院的郭立泉在论文中提出，可将4套包含2288个传感单元的压力采集系统合并使用，以扩展压力图像的采集面积。在本专利技术实施例中，公开了一种阵列式压力传感器和压力采集系统，由于阵列式压力传感器的同行压力感应点共用行引出导线，同列压力感应点共用一个列引出导线，并采用对行导线和列导线分开双面布线，使得该阵列式压力传感器不但感应面积大，而且空间分辨率高。基于该阵列式压力传感器的压力采集系统，实现了高采样率采样，进而使得到压力采集系统采集获得的图像清晰，噪声小。实施例一：请参考图1，为一种实施例中的阵列式压力传感器的结构示意图，该阵列式压力传感器，包括依次贴合设置的行导线层21、电阻式压力传感层10和列导线层22。一实施例中阵列式压力传感器可以是柔性片状结构。行导线层21包括多条沿电阻式压力传感层一面的第一方向设置的多条导线。列导线层22包括多条沿电阻式压力传感层另一面的第二方向设置的多条导线。一实施例中第一方向与第二方向垂直，例如第一方向是行方向，第二方向是列方向。行导线层21和列导线层22中的导线可以是具有一定宽度的带状导体，带状导体可以采用金、银、铜等金属导体来制成。一实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阵列式压力传感器，其特征在于，包括依次贴合设置的行导线层、电阻式压力传感层和列导线层；所述行导线层包括多条沿电阻式压力传感层一面的第一方向设置的多条导线；所述列导线层包括多条沿电阻式压力传感层另一面的第二方向设置的多条导线。

【技术特征摘要】
1.一种阵列式压力传感器，其特征在于，包括依次贴合设置的行导线层、电阻式压力传感层和列导线层；所述行导线层包括多条沿电阻式压力传感层一面的第一方向设置的多条导线；所述列导线层包括多条沿电阻式压力传感层另一面的第二方向设置的多条导线。2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一方向与第二方向垂直。3.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述行导线层的导线数量为120，和/或，所述列导线层的导线数量为56。4.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括多个柔性电路板接口；柔性电路板接口与所述行导线层中各导线电连接，用于作为行导线层的输出接口；柔性电路板接口与所述列导线层中各导线电连接，用于作为列导线层的输入接口。5.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，还包括两个保护层，其中一个保护层与行导线层贴合设置，另一个保护层与列导线层贴合设置。6.一种压力采集系统，其特征在于，包括：如权利要求1至5中任一项所述的阵列式压力传感器；列选择器，与所述阵列式压力传感器的列导线层各导线电连接，用于选通所述阵列式压力传感器的各列；R-V转换器，与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王墨，王新安，何春舅，陈红英，樊卓宸，马浩，彭晨，张思旭，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44