基于鞋的力传感器和使用该传感器的设备制造技术

在鞋中提供的一种用于探测人脚对地面所施加的力的存在的传感器，该传感器夹在脚和地面之间的鞋底区域中。该传感器包含放置在下部传导纤维层（１２）和多个上部传导纤维层部分（１６，１７）之间的、由绝缘材料制成的有弹力的可压缩弹性中间层（１４）。该有弹力的弹性层包含多个从弹性层（１４）的第一表面（１３）延伸到第二表面（１５）的嵌入式导电金属丝（１８）。在传感器受到由于人体重量所引起的力“Ｆ”的压缩区域中，弹性层（１４）的厚度减小，并且因此金属丝足够长从而通过下部传导纤维（１２）和上部传导纤维（１６）之间的弹性层提供电连续。由一个系统对该电连续的出现进行监视和处理，从而提供用于体育训练和运动员监视应用领域中的数据。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适于包含在鞋中的力传感器，该传感器用于探测人脚向支撑表面施加的作用力，本专利技术还涉及适于接收并处理从这样的传感器接收到的信号的装置。特别地，本专利技术涉及将这样的设备用于体育训练和运动员监视的应用中。一种已知的鞋内动态压力测量系统是由Novel GmbH生产的系统，并且将其作为“足部(pedar)”系列在市场上销售。参照Novel的互联网站(http//www.novel.de/pedar.htm-2001年10月31日所看到的)，所呈现的是这样一种系统它包含鞋垫形式的鞋内传感器，并且其尾部从每个鞋垫中延伸出来，以用来建立与监视设备的有线连接。该系统所面向的应用包含步法分析、康复评价、鞋的研究和设计、运动应用的场地测试以及长期负载监视。重点在于实施准确和可靠的压力分布测量的能力，从而监视鞋内的脚的局部负载。一种计算机辅助校准过程通过使用一种利用了均匀空气压力的方法，使得足部系统的所有传感器都单独地得到了校准。足部系统可以作为组件使用，其包含分析软件和多个鞋垫，每个鞋垫都具有分布在鞋垫区域上的多个传感器。该系统可以面向医疗和研究市场，而同样地，其结构和造价使得它并不十分适于运动训练和运动员监视应用的领域中的大规模市场商品化。本专利技术的一个目的是提供一种传感器，它可以位于鞋内，并且适合在运动训练和运动员监视应用的领域中使用。根据本专利技术的第一方面，提供了一种用于探测人脚对支撑表面所施加的力的存在的传感器，将所述传感器设置为夹在脚和支撑表面之间并且因此受到力的作用，响应于该力的作用，该传感器发生电特性方面的变化，所述传感器包含一种有弹力的可压缩材料，具有第一表面和第二表面并且至少部分地容纳一个或多个在该材料内成形并定向的导电体，从而当该可压缩材料处于未受压缩的状态时，该第一和第二表面的间隔足够大，使得该一个或多个导体不会延伸到同时横跨在该第一和第二表面上，而当该传感器受到力的作用时，该可压缩材料处于受压缩状态，并且该第一和第二表面之间的间隔减小，从而该一个或多个导体延伸到该第一和第二表面并且同时横跨在该第一和第二表面上；以及与该第一和第二表面中的每个表面相邻接的接触部分，用于当导电体延伸到该第一和第二表面或者该第一和第二表面中的一个表面的时候建立与该导电体的电连接。因此，在一种设置中，压缩该有弹力的可压缩材料的动作(因此减小了其第一和第二表面之间的间隔)可以使得导电体中的一个或多个同时到达该第一和第二表面。如果发生了这种情况，那么该导电体或每个导电体将会在该弹性可压缩材料的第一和第二表面之间提供具有较低电阻的路径(与该导电体未延伸到横跨该第一和第二表面时的情况相比较)，并且因此在与该第一和第二表面相邻接的第一和第二接触部分之间也提供了具有较低电阻的路径。因此，当在接触部分处进行测量的时候，施加力以压缩该有弹力的可压缩材料的动作使电特性发生变化，特别是电阻降低，从而提供了一种电开关的作用。将该压缩力去除可以使得该弹性材料恢复到其未受压缩的状态。在某些情况中，施加引起压缩的力可以使得一个或多个导电体突出到该第一和第二表面之外。一个或多个导体可以包含不止一个部分，每个部分被设置为当材料处于受压缩状态时联合并且共同地同时向第一和第二表面延伸。因此，在处于未受压缩状态的可压缩材料区域中，可以按照分离的方式设置一个或多个这样的部分，这些部分从一个所述表面通向另一个所述表面。实际上，对于这样一个导体来说，可以具有这样一些部分这些部分同时向第一和第二表面延伸，但是当可压缩材料处于未受压缩的状态时，这些部分既不直接联合，也不通过媒介部分联合，而当可压缩材料处于受压缩状态时，这些部分联合在一起。一个或多个导体可以包含一个在可压缩材料内放置并定向从而基本上按照从第一表面到第二表面的方向延伸的导电元件，从而当可压缩材料处于未受压缩的状态时，第一和第二表面的间隔足够大，使得该导电元件不会同时延伸到该第一和第二表面，而当传感器受到力的作用时，可压缩材料处于受压缩状态，并且第一和第二表面之间的间隔减小，从而该导电元件同时延伸到该第一和第二表面。在这种情况下，这些导体所受到的压缩程度小于可压缩材料在紧邻区域中所受到的压缩程度，或者基本上根本不受压缩。导体可以是由金属或具有金属涂层的材料制成的。导体也可以是由传导性聚合体材料制成的。可选地，所述接触部分中的至少一个接触部分沉积在有弹力的可压缩材料的第一或第二表面上。所述接触部分中的至少一个接触部分可以是由导电涂料、导电墨水或者导电聚合体制成的。所述接触部分中的至少一个接触部分可以包含传导织物材料。该传感器可以被分成多个传感器区域并且可以探测在所述传感器区域中的力的存在。传感器可以连接到处理装置，该处理装置用于接收并处理来自所述传感器的信号。在这种情况下，可以通过无线通信装置将传感器连接到处理装置。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种包含该传感器的鞋垫。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种包含该鞋垫的鞋。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种包含该鞋垫的鞋，并且该鞋垫是可以去掉的。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种包含该传感器的鞋。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种可以连接到该传感器的处理装置，所述装置配置为用于接收并处理来自该传感器的信号，该装置包含用于接收来自所述传感器的信号的输入装置；用于根据处理指令处理信号的装置；以及用于基于经过处理的信号提供输出数据的输出装置。该输出数据可以包含人脚对支撑表面所施加的力的表示，该表示是以从夹在脚和支撑表面之间的所述传感器接收到的信号为基础的。该输出数据可以包含对用户行进距离的指示，用户通过他们的脚对支撑表面施加力，并且该指示是以从夹在脚和支撑表面之间的所述传感器接收到的信号为基础的。该输出可以是可视、可听或可触的表示形式。该输出可以包含由所行进的距离而得到的数据。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种包含该处理装置和传感器的技术特征的系统。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种包含该处理装置和鞋垫的技术特征的系统。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种包含该处理装置和鞋的技术特征的系统。本专利技术的这些和其他方面出现在所附的权利要求中，将这些权利要求在此一并作为参考并且读者现在以这些权利要求为参考。现在，将参考附图对本专利技术进行描述，其中附图说明图1是根据本专利技术制造的传感器的一个实施例处于第一状态时的部分横截面图；图2是图1的传感器处于第二状态时的部分横截面图；图3是平面图，表示了传感器的实施例；图4表示了设备显示屏上的图像，该图像用于显示有关传感器状况的信息；图5表示了包含传感器的鞋，以及用于接收和处理从该传感器接收到的信号并且将信息呈现给用户的佩戴在手腕上的设备；图6是可以连接到传感器的处理装置的示意图；图7是用于本专利技术的传感器中的可选材料的部分横截面图；图8是表示用于本专利技术的传感器中的其他可选材料的部分横截面图；以及图9是用于本专利技术的传感器中的可选材料的部分横截面图。应该注意到，这些图是示意性的并且不是按照比例绘制的。在这些图中，为了清楚和方便，图中部件的相对大小和比例被夸大或缩小地表示出来。参考图1，传感器10的实施例的部分具有以导电织物材料层12的形式出现的下部接触部分，该接触部分与以弹性层14的形式出现的有弹力的可压缩材料的第一表面13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于探测人脚对支撑表面所施加的力的存在的传感器，所述传感器被设置在脚和支持表面之间并因此受到力的作用，响应于该力的作用，传感器的电特性发生变化，所述传感器包含：有弹力的可压缩材料，具有第一表面和第二表面并且至少部分地容纳一个或多 个在该材料内成形并定向的导电体，从而当该可压缩材料处于未受压缩的状态时，该第一和第二表面之间的间隔足够大，使得导体不会延伸到同时横跨该第一和第二表面，而当该传感器受到力的作用时，该可压缩材料处于受压缩状态，并且该第一和第二表面之间的间隔减小，使得一个或多个导体延伸到该第一和第二表面并且同时横跨在该第一和第二表面上；以及与该第一和第二表面中的每个表面相邻接的接触部分，用于当导电体延伸到该第一和第二表面或者该第一和第二表面中的一个表面时建立与导电体的电连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J发林顿，PA高赫，AJ莫雷，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]