动态压力传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种压力传感器，其包括考虑电容式压力传感器和计算装置，该计算装置考虑了电容式压力传感器的动态校准曲线。电容式压力传感器的动态校准曲线。电容式压力传感器的动态校准曲线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】动态压力传感器


[0001]本专利技术属于压力传感器领域。特别是，本专利技术涉及与医学领域的动态校准曲线相关联的压力传感器。

技术介绍

[0002]在各个领域(例如医学领域或运动训练)中，通常希望以静态或动态方式了解受试者施加在物体上的压力的分布。
[0003]特别是在医学领域中，足底压力监测能应用于诊断足病学、骨科或步态分析。通常的系统使用包括压力传感器的鞋垫。这些传感器经过校准，以定义施加在传感器上的压力与传感器在平衡时产生的信号之间的关系，通常是传感器的电特征或电信号。
[0004]然而，用这种传感器获得的数据来分析动作(如步态)并不令人满意。事实上，压力变化率会改变传感器的响应。此外，处理这些压力数据会对运动过程中的力测量产生不良估计。
[0005]欧洲专利申请EP0970657公开了一种测量足部压力分布的装置。该装置包括一组电容式压力传感器，每个传感器在静态条件下被校准。
[0006]美国专利申请US2017/0273599公开了一种压力传感器，其适用于测量施加在地面上的足部压力并包括柔性电容器。
[0007]需要改进压力传感器，以便在考虑运动动态的情况下表征运动。这种传感器应适用于精确测量压力，同时考虑所施加压力的变化率。
[0008]本专利技术提供了压力传感器以及确定压力和力的方法，以克服当前的限制。

技术实现思路

[0009]本公开涉及一种压力传感器，其包括测量部分和芯片部分。测量部分包括多个电容式压力传感器。芯片部分包括存储器，该存储器包括多个电容式压力传感器的动态校准曲线(即对输入的响应)的组、电连接到多个电容式压力传感器的测量单元和计算单元，该计算单元被配置成基于多个电容式压力传感器的测量值和动态校准曲线来计算压力相关数据。
[0010]在实施例中，每个动态校准曲线由预定的输入变化率定义。
[0011]在实施例中，动态校准曲线的组包括多个电容式压力传感器中的每个传感器的一条动态校准曲线。
[0012]在实施例中，动态校准曲线是作为多个电容式压力传感器上的输入的函数的电容值的多项式拟合。在具体实施例中，输入是以步态模拟速率随时间变化的时间相关输入。在更具体的实施例中，输入是力、压力或位移。
[0013]在实施例中，测量部分在具有表面边界的测量表面上延伸，并且计算单元被配置为：
[0014]i.确定传感器边界，该传感器边界是围绕所述多个电容式压力传感器的部分或围
绕所述多个电容式压力传感器并且被包含在所述测量表面的表面边界内的曲线；
[0015]ii.将第一边界条件应用于表面边界，将第二边界条件应用于传感器边界，所述第二边界条件与第一边界条件不同；和
[0016]iii.基于压力相关数据、第一边界条件和第二边界条件，通过插值来计算测量表面上的压力场。
[0017]在具体实施例中，第一边界条件是在表面边界处压力等于0kg.cm
‑2。
[0018]本公开还涉及一种包含上述公开的压力传感器的鞋垫。该鞋垫适于插入鞋类物品中。
[0019]本公开还涉及一种包括上述公开的鞋垫和校准单元的校准系统。该校准单元配置为：
[0020]‑
将输入施加到至少一个电容式压力传感器，该输入在时间间隔Δt内与时间相关；
[0021]‑
测量所述至少一个电容式压力传感器在时间间隔Δt内的电容；和
[0022]‑
基于输入和所测量的电容确定所述至少一个电容式压力传感器的动态校准曲线；
[0023]其中输入是力、压力或位移。
[0024]本公开还涉及一种计算机实现的方法，其用于确定施加在上述压力传感器上的总法向力。该计算机实现的方法包括以下步骤：
[0025]a)接收多个电容式压力传感器的动态校准曲线；
[0026]b)在包括在测量部分中的测量表面上测量多个电容式压力传感器中每个传感器的电容；
[0027]c)针对多个电容式压力传感器中的每个传感器，基于多个电容式压力传感器的动态校准曲线将测量电容转换为压力值；
[0028]d)基于在步骤c)中获得的压力值计算测量表面上的压力场；
[0029]e)基于压力场计算施加在压力传感器上的总法向力。
[0030]在实施例中，计算压力场的步骤d)还包括以下子步骤：
[0031]d.1)确定传感器边界，该传感器边界是包含在测量表面的表面边界内并围绕多个电容式压力传感器的曲线；
[0032]d.2)将第一边界条件应用于表面边界，将第二边界条件应用于传感器边界；
[0033]d.3)计算测量表面的包含在传感器边界内的部分上的压力场；
[0034]d.4)基于测量表面的部分上的压力场、第一边界条件和第二边界条件，通过插值来计算所述测量表面上的压力场。
[0035]在实施例中，应用步骤d.2)包括将压力P1等于0kg.cm
‑2作为第一边界条件应用并将压力P2作为第二边界条件应用，其中压力P2是通过以下步骤获得的：
[0036]‑
基于接近传感器边界的标准，从多个电容式压力传感器中选择传感器组；
[0037]‑
计算所选传感器组的压力梯度；和
[0038]‑
基于压力梯度和在转换步骤c)中获得的所选传感器组的压力值来计算传感器边界处的压力P2。
[0039]在实施例中，计算测量表面上的压力场的步骤d)包括以下步骤：
[0040]‑
基于在转换步骤c)中获得的压力值计算离散压力场；和
[0041]‑
对离散压力场应用插值函数，以获得连续压力场；
[0042]其中，计算总法向力的步骤e)包括对测量表面上的连续压力场进行积分。
[0043]在具体实施例中，插值函数是线性函数。
[0044]最后，本公开涉及一种用于对受试者进行步态分析的计算机程序产品。该计算机程序产品包括指令，当程序被计算机执行时，使计算机执行上述方法的步骤。
[0045]定义
[0046]在本专利技术中，下列术语具有以下含义：
[0047]‑“
动态校准”是指校准传感器的方法，其包括：向传感器施加快速变化的输入；并在输入变化时测量传感器的响应，而无需等待传感器与输入达到平衡(即，达到稳定状态)。传感器的响应定义了校准曲线，并且是考虑了输入变化率的函数。对于电容式压力传感器，输入是力、压力或位移，响应是电容。
[0048]‑“
动态校准曲线”是指通过动态校准方法获得的输入强度与传感器响应之间的关系。动态校准曲线可以用算盘、与离散值对应的表或任意函数(特别是多项式函数)表示。
[0049]‑“
kg/cm
2”是用于临床或医学研究的压力传感器的常用压力单位，特别是在步态分析的情况下用于足底压力，即使它可能看起来具有误导性，因为压力是力(而不是质量)除以表面的比率。实际上，1kg.cm
‑2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种压力传感器，包括：
·
测量部分(1)，其包括多个电容式压力传感器(2)；和
·
芯片部分(3)，其包括：i、存储器，所述存储器包括所述多个电容式压力传感器的动态校准曲线的组，动态校准曲线是对输入的响应；ii、电连接到所述多个电容式压力传感器的测量单元；和iii、计算单元，所述计算单元被配置成基于所述多个电容式压力传感器的测量值和动态校准曲线来计算压力相关数据。2.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，每个动态校准曲线由预定的输入变化率定义。3.根据权利要求1或2所述的压力传感器，其中，所述动态校准曲线的组包括所述多个电容式压力传感器中的每个传感器的一条动态校准曲线。4.根据权利要求1至3中任一项所述的压力传感器，其中，所述动态校准曲线是作为所述多个电容式压力传感器(2)上的输入的函数的电容值的多项式拟合。5.根据权利要求4所述的压力传感器，其中，所述输入是以步态模拟速率随时间变化的时间相关输入。6.根据权利要求4或5所述的压力传感器，其中，所述输入为力、压力或位移。7.根据权利要求1至6中任一项所述的压力传感器，其中，所述测量部分(1)在具有表面边界的测量表面上延伸，并且其中所述计算单元还被配置成：i、确定传感器边界，所述传感器边界是围绕所述多个电容式压力传感器(2)的部分或围绕所述多个电容式压力传感器(2)并且被包含在所述测量表面的表面边界内的曲线；ii、将第一边界条件应用于所述表面边界并将第二边界条件应用于所述传感器边界，所述第二边界条件与所述第一边界条件不同；和iii、基于所述压力相关数据、所述第一边界条件和所述第二边界条件，通过插值来计算所述测量表面上的压力场。8.根据权利要求7所述的压力传感器，其中，所述第一边界条件是在所述表面边界处压力等于0kg.cm
‑2。9.一种用于插入鞋类制品的鞋垫，所述鞋垫包括根据权利要求1至8中任一项所述的压力传感器。10.一种校准系统，所述系统包括根据权利要求9所述的鞋垫和校准单元，所述校准单元被配置为：
‑
将输入施加到至少一个电容式压力传感器，所述输入在时间间隔Δt内与时间相关；
‑
测量所述至少一个电容式压力传感器在时间间隔Δt内的电容；和
‑
基于所述输入和所测量的电容确定所述至少一个电容式压力传感器(2)的动态校准曲线；其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄飘，达米安，
申请(专利权)人：菲特米公司，
类型：发明
国别省市：