智能仿生人体部位模型检测装置及制造方法制造方法及图纸

本公开提供了一种智能仿生人体部位模型检测装置及制造方法。该装置包括：仿生人体部位模型；集成在光纤上的多个光纤光栅感测单元，设置在该仿生人体部位模型的多个预定位置。本公开能够提高检测施加到智能仿生人体部位模型的压力的准确度。

Intelligent Bionic Human Part Model Detection Device and Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
智能仿生人体部位模型检测装置及制造方法
本公开涉及身体压力测量领域，具体涉及一种智能压力感测的仿生人体部位模型装置及制造方法。
技术介绍
服装的合身对于压力服装来说是非常重要的。压力服装对人体的表层的毛细血管形成合适的压力，调节人体的血液循环。医学研究表明施加合理的压力，有助于防止静脉疾病(例如水肿、静脉炎、血栓)的出现和防止进一步发展。压力袜施加在人腿上的压力很大程度上依赖于腿型和腿局部的机械性能。此外，压力服装或可穿戴设备还可以用于加强运动效果、减少疲劳和伤害等。施加合理的压力是压力服装产生正面效果的关键。因此，在制造或应用压力服装时，准确测量施加于人体上的压力尤为重要。例如，在压力袜的设计中，要让脚踝处的压力最大，顺着腿部向上逐渐递减。通过挤压在腿部表面的血管和肌肉，将这些血管中部分血液挤压至其它的静脉如更深层的静脉，有助于更多的血流回流至心脏，同时也减少了滞留在腿部的血液量。现有的测量压力服装对于人体的压力的方法按照是否直接作用于人体，可以分成两类：直接测量型和间接测量型。直接测量型测量方法可以采用气压式、压阻式、压电式、电容式传感器或传感器阵列等直接在人体表面测量。这些传感器或传感器阵列体积大，位于压力袜的下面，会使压力袜和腿均发生变形，不能测出由压力袜施加到人腿的真实压力。另外，由于人腿的形状从早到晚会有微小的变化。因此，这些方法的可重复性非常差，测量结果也不精确。间接测量型测量方法用人体部位模型来模拟人体部位，例如用人腿模型模拟人腿。然后，在人体部位模型上的不同位置设置电子压力传感器，用于测量压力袜施加到人体部位模型的压力。然而，电子压力传感器探测信号准确度低，抗电磁干扰能力差，测量速度慢，复用性差且信息容量小，重量和体积也较大，不耐用。而且，电子压力传感器在小压力作用下产生的信号变化不明显，其传感响应与环境产生的噪音为同一数量级甚至更小，故受外界的电磁信号干扰严重。另外，在构造人体部位模型时，现有技术的MST专业系统采用僵硬的人体部位模型。但是，压力袜在人体上施加的压力即使在同一高度的横截面上也是不均匀的，这是因为该横截面曲率是随着位置的不同是变化的、部分位置存在骨突起、和不同的组织具有不同的机械性能。总之，现有的测量方法未能准确测量压力袜施加于人体的压力，或只能测量压力袜和嵌入在固定僵硬人体部位模型上的传感器之间的压力，或测量的压力基于不合理的横截面假设。压力袜的测量结果与实际施加在人腿上的压力不符，这将导致施加于人体的压力过大或者压力不足，引起使用者的不适感，也没能达到预设效果甚至导致局部溃烂等严重问题。此外，由于人外形是存在明显差异的。如果考虑种族，性别，年龄等差异，这需要建立大量的不同尺寸的模型。因此，这就非常值得去建立一个可变形的仿生模型。该模型具有高测量精度，可有效减低压力服装测试结果与实际施压于人体的压力的差异。
技术实现思路
本公开的一个目的在于提供一种能够提高检测施加的压力的准确度的智能仿生人体部位模型检测装置。根据本公开实施例的第一方面，提供了一种智能仿生人体部位模型检测装置，包括：仿生人体部位模型；集成在光纤上的多个光纤光栅感测单元，设置在该仿生人体部位模型的多个预定位置。在一个实施例中，所述多个光纤光栅感测单元中的每个包括：基底；在基底上的凹槽；布拉格光栅，悬于所述凹槽表面，凹槽处在封装后形成空气舱。在一个实施例中，在所述仿生人体部位模型设置多个光纤传感通道，所述多个光纤光栅感测单元分散在各光纤传感通道中，在一个光纤传感通道中分散有至少一个光纤光栅感测单元，所述至少一个光纤光栅感测单元具有不同中心波长。在一个实施例中，所述仿生人体部位模型的材料为杨氏模量在1MPa以下的弹性体。在一个实施例中，所述杨氏模量在1MPa以下的弹性体是以下中的一个或多个：硅胶、聚氨酯、聚酯、聚丙烯酸。在一个实施例中，所述检测装置还包括：在该仿生人体部位模型的底部设置的底座；在底座的上面一体连接用于保护所述光纤的保护层。在一个实施例中，所述仿生人体部位模型按照如下方式生成：针对多个人体部位样本的每一个人体部位样本，截取多个横截面；在每个横截面上选取多个参数，所述多个参数唯一定义该横截面；为所述多个人体部位样本的每一个人体部位样本，用截取的多个横截面的多个参数构造参数矩阵；对所述多个人体部位样本的参数矩阵求平均参数矩阵和主成分向量，其中平均参数矩阵代表平均的人体部位形状，主成分向量代表人体部位的主要差异；基于平均参数矩阵、主成分向量、以及目标人体部位上的至少一个主成分测量值，生成所述仿生人体部位模型。根据本公开实施例的第二方面，还提供了一种如上所述的智能仿生人体部位模型检测装置的制造方法，包括：针对多个人体部位样本的每一个人体部位样本，截取多个横截面；在每个横截面上选取多个参数，所述多个参数唯一定义该横截面；为所述多个人体部位样本的每一个人体部位样本，用截取的多个横截面的多个参数构造参数矩阵；对所述多个人体部位样本的参数矩阵求平均参数矩阵和主成分向量，其中平均参数矩阵代表平均的人体部位形状，主成分向量代表人体部位的主要差异；基于平均参数矩阵、主成分向量、以及目标人体部位上的至少一个主成分测量值，生成所述仿生人体部位模型。在一个实施例中，所述基于平均参数矩阵、主成分向量、以及目标人体部位上的至少一个主成分测量值，生成所述仿生人体部位模型，具体包括：基于所述平均参数矩阵，生成平均仿生人体部位模型；根据目标人体部位上的至少一个主成分测量值、和所述主成分向量中相应的主成分值，对所述平均仿生人体部位模型进行变形。在一个实施例中，所述根据目标人体部位上的至少一个主成分测量值、和所述主成分向量中相应的主成分值，对所述平均仿生人体部位模型进行变形，具体包括：确定目标人体部位上的至少一个主成分测量值、和所述主成分向量中相应的主成分值的比值；根据所述比值与主成分向量的乘积，对所述平均仿生人体部位模型进行变形。在一个实施例中，在基于平均参数矩阵、主成分向量、以及目标人体部位上的至少一个主成分测量值，生成所述仿生人体部位模型之前，所述方法包括：获取目标人体部位的三维图像；从所述三维图像，获取目标人体部位上的至少一个主成分测量值。在一个实施例中，所述对所述多个人体部位样本的参数矩阵求主成分向量具体包括：对所述多个人体部位样本的参数矩阵求方差矩阵；基于所述方差矩阵，确定主成分向量。在一个实施例中，生成所述仿生人体部位模型所用的材料包括杨氏模量在1MPa以下的弹性体。在一个实施例中，所述杨氏模量在1MPa以下的弹性体包括以下中的一个或多个：硅胶、聚氨酯、聚酯、聚丙烯酸。在一个实施例中，在生成所述仿生人体部位模型之后，所述方法还包括：在该仿生人体部位模型的多个预定位置设置多个集成在光纤上的光纤光栅感测单元。在一个实施例中，在生成所述仿生人体部位模型之后，所述方法还包括：在该仿生人体部位模型的底部设置底座；在底座的上面一体连接用于保护所述光纤的保护层。在一个实施例中，所述多个光纤光栅感测单元中的每个按照如下方式构造：设置基底；在基底上刻蚀出凹槽；将布拉格光栅悬于所述凹槽表面，凹槽处在封装后形成空气舱。本公开实施例在仿生人体部位模型上不是设置电子压力传感器，而是在其上的多个预定位置设置光纤光栅感测单元，且这些光纤光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能仿生人体部位模型检测装置，其特征在于，包括：仿生人体部位模型；集成在光纤上的多个光纤光栅感测单元，设置在该仿生人体部位模型的多个预定位置。

【技术特征摘要】
1.一种智能仿生人体部位模型检测装置，其特征在于，包括：仿生人体部位模型；集成在光纤上的多个光纤光栅感测单元，设置在该仿生人体部位模型的多个预定位置。2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述多个光纤光栅感测单元中的每个包括：基底；在基底上的凹槽；布拉格光栅，悬于所述凹槽表面，凹槽处在封装后形成空气舱。3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，在所述仿生人体部位模型设置多个光纤传感通道，所述多个光纤光栅感测单元分散在各光纤传感通道中，在一个光纤传感通道中分散有至少一个光纤光栅感测单元，所述至少一个光纤光栅感测单元具有不同中心波长。4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述仿生人体部位模型的材料为杨氏模量在1MPa以下的弹性体。5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述杨氏模量在1MPa以下的弹性体是以下中的一个或多个：硅胶、聚氨酯、聚酯、聚丙烯酸。6.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括：在该仿生人体部位模型的底部设置的底座；在底座的上面一体连接用于保护所述光纤的保护层。7.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述仿生人体部位模型按照如下方式生成：针对多个人体部位样本的每一个人体部位样本，截取多个横截面；在每个横截面上选取多个参数，所述多个参数唯一定义该横截面；为所述多个人体部位样本的每一个人体部位样本，用截取的多个横截面的多个参数构造参数矩阵；对所述多个人体部位样本的参数矩阵求平均参数矩阵和主成分向量，其中平均参数矩阵代表平均的人体部位形状，主成分向量代表人体部位的主要差异；基于平均参数矩阵、主成分向量、以及目标人体部位上的至少一个主成分测量值，生成所述仿生人体部位模型。8.一种根据权利要求1的智能仿生人体部位模型检测装置的制造方法，其特征在于，包括：针对多个人体部位样本的每一个人体部位样本，截取多个横截面；在每个横截面上选取多个参数，所述多个参数唯一定义该横截面；为所述多个人体部位样本的每一个人体部位样本，用截取的多个横截面的多个参数构造参数矩阵；对所述多个人体部位样本的参数矩阵求平均参数矩阵和主成分向量，其中平均参数矩阵代表平均的人体部位形状，主成分向量代表人体部位的主要差异；基于平均参数矩阵、主成分向量、以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶肖明，杨宝，王玺，刘苏，郭霞，刘世瑞，
申请(专利权)人：香港纺织及成衣研发中心，
类型：发明
国别省市：中国香港,81