超薄柔性称重传感器、足底压力采集模块及足底压力测试系统技术方案

本发明专利技术公开一种超薄柔性称重传感器，通过采用无空腔传感结构和力集中层，实现优异的重复性以及标定后的优异线性，具有直接替代普通压力传感器和普通称重传感器组合使用的能力。进一步的，本发明专利技术还公开一种利用上述超薄柔性称重传感器作为足压压力采集模块的足底压力测试系统，该系统既能保证测量数据的高精确度、高重复性，又可以不必在足压采集模块中配合使用额外的称重传感器，省略了校准过程，减少系统的复杂性，降低了使用成本，也提升了用户体验。户体验。户体验。

【技术实现步骤摘要】
超薄柔性称重传感器、足底压力采集模块及足底压力测试系统


[0001]本专利技术属于压力传感器领域，具体涉及一种超薄柔性称重传感器及足底压力测试系统。

技术介绍

[0002]医学上，测量足底压力分布对于治疗某些疾病具有重要意义，比如基于足底压力分布制作矫形鞋垫治疗高弓足与扁平足。目前医院里足压分布测量主要依靠搭载传统的薄膜压力传感器的足压板，但采用传统的薄膜压力传感器存在准确度低的问题。而准确度低又主要体现在薄膜压力传感器的重复性差，比如，同一个人两次测量，可能得到的结果误差很大，因此，一般需要搭配数个体积和质量均较大的平行梁称重传感器使用，在测试过程中需要对薄膜压力传感器的结果进行不断校准从而保证整体测试系统的准确度和重复性。
[0003]称重传感器(loadcell)作为力学传感器的一种，是考虑了使用地的重力加速度与空气浮力影响之后，通过把被测量(质量)转换成另一种被测量(输出)来测量质量的力传感器称重传感器按转换方法分为液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、光电式、电阻应变式等八类，其中电阻应变式的称重传感器使用最广。称重传感器与压力传感器之间，一个重要的区别是误差标准不同，称重传感器有整体的误差带要求，普通压力传感器没有误差带要求，不同性能有不同的误差衡量方法。相比压力传感器，称重传感器有着更高的精度和可靠性要求，但是目前主流的称重传感器的结构整体偏大，厚度较厚，且为刚体，通常只用于体重秤、地磅上，使用场景受到很大限制。
[0004]公开号为CN112535472A的中国专利，公开了一种基于体重自校准的足底动态步态分析系统及分析方法，其采用的解决方案是搭载两套基于称重传感器的传感系统，对压力传感器的结果进行标定。但这会存在两个问题：1)若称重传感器损坏，则压力传感器也不能正常使用；2)搭载薄膜压力传感器同时又搭载额外的称重传感器，不仅提高了成本，也增加了测试系统复杂程度。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术首先公开一种超薄柔性称重传感器，通过采用无空腔传感结构和力集中层，实现优异的重复性以及标定后的优异线性，具有直接替代普通压力传感器和普通称重传感器组合使用的能力。进一步的，本专利技术还旨在利用上述超薄柔性称重传感器用于足压采集测试系统中的压力采集模块，这样既保证了测量数据的高精确度、高重复性，又可以不用担心太大太硬的传统称重传感器不方便用于足压采集，使得足压采集系统轻便的同时又能准确的采集足底数据。
[0006]本专利技术的第一方面公开一种超薄柔性称重传感器，其主要包括电极层、功能层、封装层、粘合层和力集中层；所述电极层包括第一柔性基底以及布置在第一柔性基底上的单面电极；所述功能层包括第二柔性基底以及布置在第二柔性基底上的敏感膜；所述电极层
和功能层重叠布置使单面电极和敏感膜形成界面接触，并通过封装层将电极层和功能层封装成无空腔传感结构；所述力集中层通过粘合层与无空腔传感结构固定连接，并与所述功能层相邻。
[0007]作为一种可选方案，所述敏感膜为导电薄膜，所述超薄柔性称重传感器为电阻式传感器。
[0008]作为一种可选方案，所述敏感膜为离电薄膜，所述超薄柔性称重传感器为离电式传感器。
[0009]作为一种可选方案，所述敏感膜为阻抗薄膜，所述超薄柔性称重传感器为阻抗式传感器。
[0010]作为一种可选方案，所述第一柔性基底上开设有至少一个排气孔，所述排气孔位于无空腔传感结构的传感区域内且避开单面电极中的电极。
[0011]作为一种可选方案，所述单面电极为单个电极单元，或者所述单面电极包括多个阵列排布的电极单元。
[0012]作为一种可选方案，所述敏感膜为热固性薄膜。
[0013]作为一种可选方案，所述无空腔传感结构经大压力适配，敏感膜表面的粗糙程度与单面电极表面的粗糙程度相接近。
[0014]作为一种可选方案，所述无空腔传感结构的厚度小于等于250微米，其中，第二柔性基底的厚度在25～45微米以内；所述粘合层的厚度在35～55微米以内，力集中层的厚度在100～500微米范围以内。
[0015]本专利技术的第二方面公开一种用于制备第一方面或其任意一项可选方案所述的超薄柔性称重传感器的方法，主要包括：
[0016]在第一柔性基底上制作单面电极，形成电极层；
[0017]在第二柔性基底上制作敏感膜，形成功能层；
[0018]将电极层和功能层进行热压封装形成封装层，并由此得到无空腔传感结构；
[0019]通过粘合层将力集中层与无空腔传感结构相粘合。
[0020]作为一种可选方案，该方法还包括对所述无空腔传感结构施加大压力进行大压力适配，使所述敏感膜表面的粗糙程度与单面电极表面的粗糙程度相接近。
[0021]本专利技术的第三方面公开一种足底压力采集模块，其特征在于，包括压力采集板和布置在所述压力采集板上的若干超薄柔性称重传感器，所述超薄柔性称重传感器为第一方面或其任意一项可选方案所述的超薄柔性称重传感器；所述超薄柔性称重传感器为阵列式排布，电极层与压力采集板相邻。
[0022]作为一种可选方案，该模块还包括布置在所述超薄柔性称重传感器表面的保护层。
[0023]本专利技术的第四方面公开一种足底压力测试系统，其特征在于，包括如第三方面或其可选方案所述的足底压力采集模块，以及通讯模块、分析模块和显示模块；所述通讯模块用于获取压力采集模块输出的电信号，并将所述电信号传输至分析模块；所述分析模块用于根据压力标定曲线将电信号转化为压力数据，得到受试者的足底压力分布数据，并基于所述压力数据计算得到受试者体重；所述显示模块用于显示分析模块输出的足底压力分布数据和受试者体重。
[0024]有益效果：
[0025]1)本专利技术采用无空腔传感结构的超薄柔性称重传感器，配合力集中层，在负荷范围内重复受压时，敏感膜和电极层接触的位置相对偏移较少，传感器重复性可以达到D0.1级称重传感器0.35％～0.7％的重复性误差标准。
[0026]2)本专利技术可采用基于低杨氏模量的热固性的弹性体复合材料的敏感膜，在负荷范围内重复受压时，永久性形变的蠕变较少，可进一步提升传感器的重复性。
[0027]3)本专利技术采用具有无空腔传感结构的超薄柔性称重传感器配合预施加的大压力，使得敏感膜表面的微结构发生一定的塑性变形，和电极层表面微结构的粗糙度相接近，又可进一步提升了传感器的重复性。
[0028]4)本专利技术所公开的足底压力测试系统采用具有的优异重复性和准确度的超薄柔性称重传感器进行压力数据采集，不必在足压采集模块中配合使用额外的称重传感器，省略了校准过程，减少系统的复杂性，降低了使用成本，也提升了用户体验。
附图说明
[0029]图1为实施例1公开的电阻式超薄柔性称重传感器的结构示意图。
[0030]图2为单面电极的结构示意图，其中：(a)为矩形叉指电极；(b)为圆形叉指电极；(c)为螺旋电极。
[0031]图3为带有排气孔的电极层结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超薄柔性称重传感器，其特征在于，包括电极层、功能层、封装层、粘合层和力集中层；所述电极层包括第一柔性基底以及布置在第一柔性基底上的单面电极；所述功能层包括第二柔性基底以及布置在第二柔性基底上的敏感膜；所述电极层和功能层重叠布置使单面电极和敏感膜形成界面接触，并通过封装层将电极层和功能层封装成无空腔传感结构；所述力集中层通过粘合层与无空腔传感结构固定连接，并与所述功能层相邻。2.如权利要求1所述的超薄柔性称重传感器，其特征在于，所述敏感膜为导电薄膜，所述超薄柔性称重传感器为电阻式传感器。3.如权利要求2所述的超薄柔性称重传感器，其特征在于，所述敏感膜的成分包括：质量比为10％～95％的高分子树脂材料、1％～50％的固化剂、0％～85％的溶剂、0％～5％的添加剂、4％～80％的导电填料；所述高分子树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂、不饱和聚酯或聚氨酯中一种或几种的组合；所述固化剂为环氧树脂固化剂、丙烯酸树脂固化剂、有机硅树脂固化剂、不饱和聚酯固化剂或聚氨酯固化剂；所述添加剂为流平剂和消泡剂；所述溶剂为异氟尔酮、松油醇中一种或几种的组合；所述导电填料为导电炭黑、碳纳米管、石墨烯或金属导电微粉。4.如权利要求2所述的超薄柔性称重传感器，其特征在于，所述敏感膜为热固性碳膜、热固性碳纳米管、热固性石墨烯或热固性金属导电微粉复合膜。5.如权利要求1所述的超薄柔性称重传感器，其特征在于，所述敏感膜为离电薄膜，所述超薄柔性称重传感器为离电式传感器。6.如权利要求5所述的超薄柔性称重传感器，其特征在于，所述敏感膜的成分包括：质量比为10％～95％的高分子树脂材料、1％～50％的固化剂、0％～85％的溶剂、0％～5％的添加剂、4％～80％的液体离子功能材料；所述高分子树脂为环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅树脂、不饱和聚酯或聚氨酯中一种或几种的组合；所述固化剂为环氧树脂固化剂、丙烯酸树脂固化剂、有机硅树脂固化剂、不饱和聚酯或聚氨酯固化剂；所述添加剂为流平剂和消泡剂；所述溶剂为异氟尔酮、松油醇中一种或几种的组合；所述导电填料为常温离子液体和高沸点有机电解液。7.如权利要求1所述的超薄柔性称重传感器，其特征在于，所述敏感膜为阻抗薄膜，所述超薄柔性称重传感器为阻抗式传感器。8.如权利要求1所述的超薄柔性称重传感器，其特征在于，所述第一柔性基底上开设有至少一个排气孔，所述排气孔位于无空腔传感结构的传感区域内且避开单面电极中的电极。9.如权利要求1所述的超薄柔性称重传感器，其特征在于，所述第一柔性基底为PI薄膜、PC薄膜、PET薄膜中的任意一种；所述第二柔性基底为PET薄膜、PEEK薄膜、PPS薄膜中的任意一种。10.如权利要求1所述的超薄柔...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴优，
申请(专利权)人：吴优，
类型：发明
国别省市：