一种基于分布式光纤传感的新型足底压力监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于分布式光纤传感的足底压力监测系统及方法，该系统的组成包括：网孔鞋垫、光纤、激光器、分布式光纤应变解调仪，存储设备。当橡胶制的鞋垫受到足底的挤压，固定在鞋垫上的特种光纤便会发生形变，利用分布式光纤应变解调仪分析出光纤不同位置的形变程度便能得知鞋底不同位置处受到的足底压力的相对大小，从而判断穿戴者走路姿势是否正确，对于足外翻脑瘫儿步行的步态矫正及治疗有着重大意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式光纤传感的新型足底压力监测系统及方法
本专利技术涉及光纤传感
，特别是一种基于分布式光纤传感的新型足底压力监测系统及方法
技术介绍
分布式光纤传感技术迅速发展，在测量微小形变方面的技术已趋于成熟，尤其是借助φ—OTDR，BOTDA的技术，空间分辨率已经可以达到厘米级，精度高，响应快，可以对光纤形变点进行准确定位，近年来吸引了大量的研究和关注。行走是人类最基本，最重要的活动之一，在正常步行时，足是唯一与外界接触的部位。足部各部分受力的大小、足底皮肤反馈的触觉信息，对人体运动及平衡控制产生很大影响。当人体足部结构发生一些病变或功能障碍时，足底压力和压强分部都会发生相应的改变。因此，足底压力测量技术是当今的热点。现在，足底压力技术主要运用于科研、临床上足部疾病步态分析及评估运动鞋、矫形器及足部手术后的疗效。特别是对糖尿病足、偏瘫步态、麻风病、脑性瘫痪儿童的足底压力测量和步态分析提供数据，为足部疾病的评估治疗及康复提供了客观的评价。足底溃疡对糖尿病病人造成严重损害，如果不及时发现及合适的治疗会感染造成坏疽。坏疽的治疗费用巨大，有报道显示5年的截肢存活率不到50％。预防溃疡最重要的方法就是减少局部的压力，有研究表明，足底压力异常增高对足溃疡的预测有很高的敏感度，特异性最高可达69％。对糖尿病合并神经病变的患者，早期检查足底压力，能够纠正并减少足溃疡形成的风险。据研究，糖尿病患者行走时缓冲不充分，支撑时间长，是该部分容易发生溃疡的重要原因。近五十年来，由于产科技术、围产医学、新生儿医学的发展，新生二死亡率，死胎发病率均有明显下降，但脑瘫发病率并无减少趋势，重症脑瘫的比例有增多趋势。人们解释这种现象是由于抢救重危新生儿技术提高，使许多过去很难存活的早产儿和极低出生体重儿得以存活，而这些婴儿患脑瘫的机会明显高于足月儿和正常体重儿。足外翻使小儿脑瘫患儿常见的畸形表现，是指足部呈足外侧缘提高，内侧缘降低，足底朝外的状态。常为上运动神经元损害.失去对下运动神经元的控制，会引起小腿肌张力异常所致，足外翻的存在严重地影响了患儿的站立及行走功能。而随着新生脑瘫儿人数的提高，足外翻的治疗矫正就变得颇为重要。传统的治疗矫正方法所使用的设备昂贵，设备数量少，只能在医院短时间使用，所采集的数据量少，偶然性过大。如今借用分布式光纤传感技术，可以大量生产相对廉价的测试鞋垫，用于患者的长期测试，对患者的治疗有着明显的促进作用。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提供一种基于分布式光纤传感的新型足底压力监测系统及方法，可以长时间采集患者足底压力数据，运用于患者的日常生活，所采集的数据客观性强，能够真实反应不同情形下患者的步行姿势，对于患者后续的矫正治疗有着重要的参考意义。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于分布式光纤传感的新型足底压力监测系统，该系统的组成包括：网孔鞋垫、光纤、激光器、分布式光纤应变解调仪、电光调制器，存储设备，法兰，其中：网孔鞋垫：鞋垫的每个网孔有橡胶圆柱体，用于缠绕光纤，橡胶圆柱体受到足底的挤压会发生弹性形变从而使缠绕在上面的塑料光纤发生形变，进而能够得到鞋垫各处的压力分布；光纤：用于传光，具有良好的韧性，强度高，直径短，损耗低，能够在鞋垫橡胶圆柱体上缠绕多圈，提高测量精度；激光器：作为光源，发射1550nm连续光。分布式光纤应变解调仪：用于获取激光器打入光纤内的光并经过模数转换计算出反射光的功率变化，定位光纤形变点以及形变程度；存储设备：用于存储一段时间内分布式光纤应变解调仪解调出的反射光的功率数据；电源：用于激光器，分布式光纤解调仪以及存储设备供电；法兰：用于连接分布式光纤解调仪延伸出来的光纤与鞋垫布设的光纤；作为本专利技术所述的一种基于分布式光纤传感的新型足底压力监测系统进一步优化方案，所述用于布设光纤的鞋垫为网孔状，并在网孔内设计了易于产生弹性形变的橡胶圆柱体用来缠绕光纤。作为本专利技术所述的一种基于分布式光纤传感的新型足底压力监测系统进一步优化方案，所述使用的测量光纤是特种光纤，具有良好的韧性，强度高，直径短，损耗低，能够在鞋垫橡胶圆柱体上缠绕多圈。作为本专利技术所述的一种基于分布式光纤传感的新型足底压力监测系统进一步优化方案，所述使用的存储设备是移动硬盘。作为本专利技术所述的一种基于分布式光纤传感的新型足底压力监测系统进一步优化方案，所述使用的电源是12V锂电池。作为本专利技术所述的一种基于分布式光纤传感的新型足底压力监测方法进一步优化方案，所述使用的技术原理是基于受激布里渊散射的布里渊光时域分析技术或是相位敏感型光时域反射技术。基于上述的一种基于上述系统的足底压力监测方法，包括以下步骤：步骤一、根据被测试者脚掌大小为其选择合适的鞋垫。步骤二、用光纤跳线连接好激光器与鞋垫的光纤，接通电源，调整好设备的各项参数，将激光器，分布式光纤应变解调仪放置于被测试者携带的包里或口袋里，存储被测试者预设时间内的足底压力数据。步骤三、记录当天被测试者各种事件发生的时间，如走泥泞道路，突然奔跑，上下坡等等，为之后的数据分析做准备。步骤四、导出被测试者行走时的足底压力数据，定位光纤形变点从而确定被测试者足底压力分布，同时分析不同事件发生时足底压力分布的变化，为矫正提供依据。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益技术效果：(1)医院原先使用的是布设几千个在足底压力平板测试仪上，成本高，获取的数据具有很大的偶然性；分布式光纤传感鞋垫大大降低了成本，可以借出并应用于测量患者在不同场合下足底的压力分布，数据客观性很强。(2)光纤是无源器件，仪器更加安全，耐用性更高。附图说明图1是本专利技术的系统结构图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：图1是本专利技术的系统结构图，一种基于分布式光纤传感的新型足底压力监测系统，该系统包括：网孔鞋垫、光纤、激光器、分布式光纤应变解调仪，存储设备。其中：网孔鞋垫：鞋垫的每个网孔有橡胶圆柱体，用于缠绕光纤，橡胶圆柱体受到足底的挤压会发生弹性形变从而使缠绕在上面的塑料光纤发生形变，进而能够得到鞋垫各处的压力分布；光纤：用于传光，具有良好的韧性，强度高，直径短，损耗低，能够在鞋垫橡胶圆柱体上缠绕多圈，提高测量精度；激光器：作为光源，发射1550nm连续光。分布式光纤应变解调仪：用于获取激光器打入光纤内的光并经过模数转换计算出反射光的功率变化，定位光纤形变点以及形变程度；存储设备：用于存储一段时间内分布式光纤应变解调仪解调出的反射光的功率数据；电源：用于激光器，分布式光纤解调仪以及存储设备供电；法兰：用于连接分布式光纤解调仪延伸出来的光纤与鞋垫布设的光纤；所述网孔鞋垫为橡胶制作而成，15码，在底部均匀布设60个孔，每个孔内有高与直径都为1cm的橡胶圆柱体，该圆柱体与鞋垫连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分布式光纤传感的新型足底压力监测系统，该系统包括网孔鞋垫、光纤、激光器、分布式光纤应变解调仪、存储设备、电源，法兰,其特征在于：/n网孔鞋垫：鞋垫的每个网孔有橡胶圆柱体，用于缠绕光纤，橡胶圆柱体受到足底的挤压发生弹性形变从而使缠绕在上面的塑料光纤发生形变，进而得到鞋垫各处的压力分布；/n光纤：用于传光，缠绕在鞋垫橡胶圆柱体上；/n激光器：作为光源，发射连续激光；/n分布式光纤应变解调仪：用于获取激光器打入光纤内的光并经过模数转换计算出反射光的功率变化，定位光纤形变点以及形变程度；/n存储设备：用于存储预设时间内分布式光纤应变解调仪解调出的反射光的功率数据；/n电源：用于激光器，分布式光纤解调仪以及存储设备供电；/n法兰：用于连接分布式光纤解调仪延伸出来的光纤与鞋垫布设的光纤。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式光纤传感的新型足底压力监测系统，该系统包括网孔鞋垫、光纤、激光器、分布式光纤应变解调仪、存储设备、电源，法兰,其特征在于：
网孔鞋垫：鞋垫的每个网孔有橡胶圆柱体，用于缠绕光纤，橡胶圆柱体受到足底的挤压发生弹性形变从而使缠绕在上面的塑料光纤发生形变，进而得到鞋垫各处的压力分布；
光纤：用于传光，缠绕在鞋垫橡胶圆柱体上；
激光器：作为光源，发射连续激光；
分布式光纤应变解调仪：用于获取激光器打入光纤内的光并经过模数转换计算出反射光的功率变化，定位光纤形变点以及形变程度；
存储设备：用于存储预设时间内分布式光纤应变解调仪解调出的反射光的功率数据；
电源：用于激光器，分布式光纤解调仪以及存储设备供电；
法兰：用于连接分布式光纤解调仪延伸出来的光纤与鞋垫布设的光纤。


2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感的新型足底压力监测系统，其特征在于，用于布设光纤的鞋垫为网孔状，并在网孔内设计橡胶圆柱体。


3.根据权利要求1所述的一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：张道，陈龙，邹宁睦，童梅玲，魏宁，张昕，王园园，
申请(专利权)人：南京法艾博光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32