用于阵列结构信息采集的编码电极、信号采集方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了用于阵列结构信息采集的编码电极、信号采集方法和系统，所述编码电极包括基板，以及依次叠放于基板的的底电极组、压力敏感阵列层、顶电极组和弹性层；底电极组和顶电极组均包括若干导电膜片子电极；压力敏感阵列层包括若干压力敏感膜片，底电极组的导电膜片子电极和顶电极组的导电膜片子电极的交叉处均设置压力敏感膜片；所述信号采集方法包括预设外力阈值，预处理获取对应外力阈值下顶电极组和底电极组的电压阈值；对外力位置进行标定；对外力大小进行分级；在显示屏显示外力位置和外力大小。本发明专利技术与现有技术相比仅需与导电膜片子电极相同数量的导线即可完成电压数据的采集，可有效减少导线数量和采集通道数量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
用于阵列结构信息采集的编码电极、信号采集方法和系统


[0001]本专利技术涉及用于阵列结构信息采集的编码电极、信号采集方法和系统，属于摩擦发电和体育运动


技术介绍

[0002]能够在一定空间内准确、便捷和较低成本地进行力的作用位置和作用强度监测一直是相关领域从业者和使用者期待的目标。对于运动员来讲，训练过程中力的作用位置和作用强度监测有助于教练员发现动作中存在的技术问题，提出解决方案和促进训练方法改进。长期以来，力的作用位置和作用强度监测是通过设置大量传感器组且传感器组中每个传感器都由导线连接到信号采集电路，这不免大幅增加了引线数量和采集通道数量，例如若以传感器组的传感器数量等于m
×
n个进行计算，则引线数量和采集通道数量都至少也需要m
×
n个，当m和n的数值较大时引线数量和采集通道数量所产生的制造成本甚至变得不可接收。例如在2019年提出的专利号为CN201910321336，名为“一种电子乒乓球拍”的专利，该专利通过在乒乓球球拍上设置多个压力传感器组，单片机根据被压迫的压力传感器位置转换成语音信号通过扬声器播放击中位置信息，以便运动员发现技术问题并进行技术改进，但该技术的压力传感器组的每个传感器信号输出端都要与单片机的信号输入端连接。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供用于阵列结构信息采集的编码电极、信号采集方法和系统，设计顶电极组和底电极组，并在各电极组中设置多个导电膜片子电极，通过不同电极组中的两导电膜片子电极交叉进行定位和信号采集，对于m
×
n阵列设计，仅需m+n个通道和导线即可完成定位和信号采集，极大地缩减了采集信号的通道数量。
[0004]为达到上述目的，第一方面，本专利技术提供一种用于阵列结构信息采集的编码电极，包括：
[0005]基板，以及依次叠放于基板的的底电极组、压力敏感阵列层、顶电极组和弹性层；
[0006]所述底电极组和顶电极组均包括若干导电膜片子电极；
[0007]所述压力敏感阵列层包括若干压力敏感膜片，所述底电极组的导电膜片子电极和顶电极组的导电膜片子电极的交叉处均设置压力敏感膜片；
[0008]一个压力敏感膜片，及其投影所对应的导电膜片子电极、弹性层和基板构成一个阵列基本单元，多个阵列基本单元构成信号采集阵列。
[0009]进一步地，底电极组中的各导电膜片子电极平行设置，顶电极组中的各导电膜片子电极平行设置；
[0010]底电极组中的导电膜片子电极与顶电极组中的导电膜片子电极垂直交错设置。
[0011]进一步地，所述弹性层的厚度为0
‑
100mm，所述弹性层的材质包括绝缘材料。
[0012]进一步地，所述导电膜片子电极的厚度为0
‑
10mm，所述导电膜片子电极的材质包
括导电材料。
[0013]进一步地，所述压力敏感膜片的厚度为0
‑
100mm，所述压力敏感膜片的投影覆盖其所处两导电膜片子电极的交叉面。
[0014]第二方面，本专利技术提供基于第一方面任一项所述的一种用于阵列结构信息采集的编码电极的信号采集方法，包括如下步骤：
[0015]预设外力阈值，预处理获取对应外力阈值下顶电极组和底电极组的电压阈值；
[0016]在承受外力后，基于顶电极组和底电极组的电压阈值对外力位置进行标定，对外力大小进行分级；
[0017]在显示屏显示外力位置和外力大小。
[0018]进一步地，所述预处理获取对应外力阈值下顶电极组和底电极组的电压阈值，包括：
[0019]预置等效于一个阵列基本单元的测力定标模块；
[0020]向测力定标模块施加外力阈值大小的力，获取顶电极组和底电极组的电压阈值。
[0021]进一步地，所述对外力位置进行标定，包括：
[0022]获取接受外力时顶电极组组和底电极组的导电膜片子电极产生的电压，若均大于或等于对应电极组的阈值电压，则对对应的两个导电膜片子电极进行记录，标定外力位置。
[0023]进一步地，所述对外力大小进行分级，包括：
[0024]获取接受外力时顶电极组和底电极组的导电膜片子电极产生的电压，分别与对应电极组的阈值电压进行取整操作，对外力大小进行分级。
[0025]第三方面，本专利技术提供一种信号采集系统，所述信号采集系统用于完成第二方面任一项所述的方法，包括第一方面任一项所述的编码电极，以及通信连接的信号采集电路、信号处理电路、模数转换电路和电脑；
[0026]各所述导电膜片子电极接入信号采集电路。
[0027]本专利技术所达到的有益效果：
[0028]本专利技术提供用于阵列结构信息采集的编码电极、信号采集方法和系统，设置顶电极组、压敏阵列层和底电极组结构，在顶电极组和底电极组中设置导电膜片子电极，通过不同电极组中的两导电膜片子电极交叉进行定位和信号采集，对于m
×
n阵列设计，仅需m+n个通道和导线即可完成定位和信号采集，与现有技术相比仅需与导电膜片子电极相同数量的导线即可完成电压数据的采集，可有效减少导线数量和采集通道数量。
附图说明
[0029]图1是编码电极的立体图；
[0030]图2是弹性层的主视图；
[0031]图3是顶电极组的主视图；
[0032]图4是压力敏感阵列层的主视图；
[0033]图5是底电极组的主视图；
[0034]图6是基板的主视图；
[0035]图7是测力定标模块的立体图；
[0036]图8是编码电极阵列定位的算法图；
[0037]图9是电子屏显示页面图；
[0038]图10是编码电极阵列的结构立体图；
[0039]图11是编码电极阵列信号采集的连接方式图；
[0040]图12是球拍实物图(示出自驱动编码电极阵列和信号采集处理电路)；
[0041]图13是智能自驱动乒乓球拍系统的一个实施例图。
具体实施方式
[0042]下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0043]实施例一：
[0044]本专利技术的实施例一提供一种用于阵列结构信息采集的编码电极，如图1至图6和图10所示，包括基板，以及依次叠放于基板的的底电极组、压力敏感阵列层、顶电极组和弹性层。本专利技术在各电极组中设置多个导电膜片子电极，通过不同电极组中的两导电膜片子电极交叉进行定位和信号采集，对于m
×
n阵列设计，仅需m+n个通道和导线即可完成定位和信号采集，极大地缩减了采集信号的通道数量。
[0045]在具体设计时，如图3所示，顶电极组由m个横向平行排列的长条状的导电膜片子电极组成，各子电极分别依次记为A0,A1,A2,
…
,Ai,
…
,Am
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于阵列结构信息采集的编码电极，其特征在于：包括：基板，以及依次叠放于基板的的底电极组、压力敏感阵列层、顶电极组和弹性层；所述底电极组和顶电极组均包括若干导电膜片子电极；所述压力敏感阵列层包括若干压力敏感膜片，所述底电极组的导电膜片子电极和顶电极组的导电膜片子电极的交叉处均设置压力敏感膜片；一个压力敏感膜片，及其投影所对应的导电膜片子电极、弹性层和基板构成一个阵列基本单元，多个阵列基本单元构成信号采集阵列。2.根据权利要求1所述的一种用于阵列结构信息采集的编码电极，其特征在于：底电极组中的各导电膜片子电极平行设置，顶电极组中的各导电膜片子电极平行设置；底电极组中的导电膜片子电极与顶电极组中的导电膜片子电极垂直交错设置。3.根据权利要求1所述的一种用于阵列结构信息采集的编码电极，其特征在于：所述弹性层的厚度为0
‑
100mm，所述弹性层的材质包括绝缘材料。4.根据权利要求1所述的一种用于阵列结构信息采集的编码电极，其特征在于：所述导电膜片子电极的厚度为0
‑
10mm，所述导电膜片子电极的材质包括导电材料。5.根据权利要求1所述的一种用于阵列结构信息采集的编码电极，其特征在于：所述压力敏感膜片的厚度为0
‑
100mm，所述压力敏感膜片的投影覆盖其所处两导电膜片子电极的交叉面。6.根据权利要求1
‑
5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹自平，朱晓雨，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：