專(zhuān)利名稱(chēng)：一種實(shí)現(xiàn)拇外翻足底壓力測(cè)量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于對(duì)足底壓力進(jìn)行測(cè)試的裝置，具體是一種改進(jìn)的用于足底局部特定區(qū)域內(nèi)壓力測(cè)量的裝置，特別是一種用于實(shí)現(xiàn)拇外翻足底壓力測(cè)量的裝置。
背景技術(shù)：
用于實(shí)現(xiàn)對(duì)足底的壓力進(jìn)行測(cè)試的裝置，先后經(jīng)歷了由足印技術(shù)、直接形象化技術(shù)、力板及多負(fù)載單元，壓力鞋及壓力鞋墊的發(fā)展過(guò)程。
足印技術(shù)[1](Henry APJ，Waugh W.The useof footprints in assessing theresults of operation for Hallux Valgus.J Bone Jt.Surg，1975，57B(4)478-481.)主要在30-70年代發(fā)展，根據(jù)人足在煅石膏、泥、橡膠、紙等易變形物質(zhì)上留下的足印或痕跡的形態(tài)及深淺作大致判斷，該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀、操作易行，但無(wú)法對(duì)瞬時(shí)壓力的變化作出判斷。
直接形象化技術(shù)[2][3](K.M.Patil，M.S.Srinath.New image -processingsystem for analysis display and measurement of static and dynamic footpressure .Medical Biological Engineering and computing，1990，9416-422.Cavanagh PR，Michiyo sh i A E.A technique fo r the display of pressuredistributions beneath the foot.J Biomech，1980；1369.)是在一塊玻璃的兩端安置光源、玻璃上放置橡膠及其它改進(jìn)材料制成的彈性墊，當(dāng)腳踩在彈性墊后，由于光在玻璃內(nèi)折射，受壓的彈性墊即可在玻璃的下方產(chǎn)生一清晰的足印影像，影像的光強(qiáng)度正比于壓力的變化。
足印技術(shù)與直接形象化技術(shù)都屬于定性分析，足印只能記錄足底的壓力峰值，測(cè)不出瞬時(shí)壓力的變化，直接形象化技術(shù)雖然可辨認(rèn)高壓力點(diǎn)，但灰度的均勻變化很難以肉眼來(lái)分辨，足底受力的大小變化只能根據(jù)圖像的變化作出大致的判斷。
基于上述原因，1983年frank將直接形像化技術(shù)發(fā)展成一套可定量分析的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。張偉、黃耀添、王軍等[14](張偉、黃耀添，王軍等。拇外翻病人的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)前足底壓力測(cè)定。武警醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，10(2)128-130。)自行研制的足底壓力分布視頻圖像測(cè)試系統(tǒng)，就是直接形象化技術(shù)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)動(dòng)、靜態(tài)足底壓力測(cè)量的分析系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)是無(wú)溫度及濕度的干擾，但彈性墊的不同常影響測(cè)試結(jié)果。
力板及多負(fù)載單元、壓力鞋及鞋墊則是在借助換能器、傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的實(shí)現(xiàn)對(duì)足底壓力進(jìn)行測(cè)試的系統(tǒng)，其中，換能器是進(jìn)行足壓力測(cè)量的關(guān)鍵部件，其作用是將壓力經(jīng)一定的轉(zhuǎn)換后，變成可供人們使用的直觀信息，傳感器則單指將壓力變成電能的一類(lèi)裝置。
用于足壓測(cè)量的傳感器，根據(jù)其結(jié)構(gòu)、原理分為電阻式傳感器，壓電式傳感器，光電式傳感器和電容式傳感器[5](J.Cobb，D.J.Claremont.Transducers for foot pressure measurementsurvey of recent developments.Medicaland Biological Engineeering and computing.1995，(7)525-532.〔5〕。)電阻式傳感器力板只能用來(lái)測(cè)定足底的壓力，不能用來(lái)評(píng)定足和鞋之間的受力情況。(Paul JP.Kinetic measurement systems andbiomechanical data.J.Hum.Movem.Stud.1978；4D179-190.〔6〕)。如果力板面積較大，則需要使用傳感器的數(shù)目眾多，因此其造價(jià)昂貴。如果力板或多負(fù)載單元的面積不是足夠大，只能測(cè)定站立或步行一涉或或兩步的壓力參數(shù)。(〔7〕韋啟航。人體足底壓力分布測(cè)量。北京生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)。1991，10(4)246-254。)。
在使用中，將傳感器安置在鞋或鞋墊中，則形成壓力鞋或壓力鞋墊。壓力鞋及壓力鞋墊克服了力板及多負(fù)載單元的不足，它可將傳感器直接放置在感興趣的部位，由于與腳彼此之間是相互貼服，彼此的接觸緊密，這樣，壓力鞋及壓力鞋墊可對(duì)腳的各個(gè)部位的相關(guān)壓力、時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行連續(xù)的追蹤。但用來(lái)進(jìn)行測(cè)試的壓力鞋或壓力鞋墊必須針對(duì)每個(gè)接受測(cè)試者而設(shè)計(jì)，一只壓力鞋內(nèi)少則100個(gè)傳感器，多則500個(gè)傳感器。因?yàn)槭艿讲牧霞胺庋b技術(shù)的影響，加之每個(gè)傳感器靈敏度不同，故需要對(duì)每個(gè)傳感器各個(gè)標(biāo)定，因此費(fèi)用較高。美國(guó)的F-scan測(cè)試系統(tǒng)采用電阻式液體壓力傳感器，960個(gè)傳感器單元沿鞋墊的長(zhǎng)軸排列，通過(guò)縱向的鋁線相互連結(jié)，因結(jié)構(gòu)而存在內(nèi)部所設(shè)的傳感器校正困難，傳感器容易老化，傳感器溫度漂移明顯的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
拇外翻足是足外科常見(jiàn)的疾病之一，常合并足底的胼胝體、跖骨頭下疼痛、錘狀趾畸形。目前許多文獻(xiàn)研究表明，拇外翻足足底壓力異常是這些并發(fā)癥的生物力學(xué)病因基礎(chǔ)?；谏鲜鱿嚓P(guān)技術(shù)，在現(xiàn)有的用于對(duì)足底進(jìn)行壓力測(cè)試的系統(tǒng)中，用來(lái)與待測(cè)足底區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元，多采用測(cè)力板、或測(cè)力鞋、或測(cè)力鞋墊。測(cè)力板占地面積大，只能對(duì)一相對(duì)較大區(qū)域的壓力進(jìn)行測(cè)試，但對(duì)于相對(duì)較小的足底特定區(qū)域的壓力反映不準(zhǔn)確。采用測(cè)力鞋或測(cè)力鞋墊能避免因傳感器放置引起的測(cè)試誤差，但測(cè)力鞋及測(cè)力鞋墊內(nèi)的傳感器易老化、且重復(fù)使用率低、測(cè)試費(fèi)用高，限制了在臨床上的應(yīng)用。
為了能對(duì)拇外翻足底特定區(qū)域的壓力進(jìn)行測(cè)試及研究，更是為了能服務(wù)臨床，本實(shí)用新型的目的在于通過(guò)借鑒已有的壓力測(cè)試系統(tǒng)，相應(yīng)提供一種用于實(shí)際對(duì)拇外翻足底壓力進(jìn)行測(cè)量的裝置。該裝置具備靈敏度高、穩(wěn)定性好、操作簡(jiǎn)單、結(jié)果顯示直觀、成本低、應(yīng)用范圍廣、尤其適合青年以上測(cè)試者的特點(diǎn)。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種實(shí)現(xiàn)拇外翻足底壓力測(cè)量的裝置，包括與足底待測(cè)區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元，置于足底待測(cè)區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元表面的壓電式傳感器，其特征在于所述壓電式傳感器包括一彈性元件，一組電阻應(yīng)變片；所述彈性元件為片狀、具有規(guī)則的外形、且中空，所述彈性元件以中心為交叉點(diǎn)、由四周分別向內(nèi)對(duì)稱(chēng)、均勻的開(kāi)槽，相應(yīng)形成與彈性元件一體的彈性懸臂；所述一組電阻應(yīng)變片均勻、對(duì)稱(chēng)的設(shè)置在所述彈性元件向內(nèi)開(kāi)槽所形成的彈性懸臂的正、反兩面，所述正、反兩面設(shè)置的電阻應(yīng)變片彼此串接后與電極并接，以構(gòu)成對(duì)稱(chēng)的由直流電供電的電橋。
所述彈性元件向內(nèi)開(kāi)槽所形成的彈性懸臂為四個(gè)；所述一組電阻應(yīng)變片為八個(gè)；所述電阻應(yīng)變片通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘貼于與彈性元件中心相近的四個(gè)彈性懸臂的近端。
所述粘貼有電組應(yīng)變片的彈性元件為方形，置于鋼制的盒體內(nèi)，盒體與盒蓋通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂封閉為方形，側(cè)面開(kāi)有供引出電極的接線孔；所述粘貼有電阻應(yīng)變片的彈性懸臂的反面，通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂，分別在遠(yuǎn)離彈性元件中心的彈性懸臂的遠(yuǎn)端邊長(zhǎng)，還粘貼有與該邊長(zhǎng)一致的一條鋼制固定條，以構(gòu)成懸臂力學(xué)支點(diǎn)；與所述粘貼有電阻應(yīng)變片的彈性懸臂相鄰的彈性元件部分的正面，通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂，分別在遠(yuǎn)離彈性元件中心的彈性元件部分的遠(yuǎn)端邊長(zhǎng)，還粘貼有與該邊長(zhǎng)一致的一條鋼制固定條，以支撐盒蓋與彈性懸臂不接觸，并保證彈性懸臂有足夠的彈性空間。
所述電極的位置設(shè)于與彈性元件中心相近的粘貼有電阻應(yīng)變片的彈性懸臂近端的內(nèi)側(cè)。
所述與足底待測(cè)區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元可以是測(cè)力板、或壓力鞋、或壓力鞋墊。
所述壓電式傳感器的位置分別對(duì)應(yīng)5個(gè)跖骨頭的下方、拇趾頭及跟骨內(nèi)外側(cè)和后側(cè)；所述壓電式傳感器的盒體與足底待測(cè)區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元的表面相接觸；所述壓電式傳感器的盒蓋則與5個(gè)跖骨頭的下方、拇趾頭及跟骨內(nèi)外側(cè)和后側(cè)相接觸；所述壓電式傳感器通過(guò)調(diào)節(jié)在足底待測(cè)區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元背面所設(shè)的一個(gè)長(zhǎng)條形或至少一個(gè)塊狀的磁性材料，可在需要的范圍內(nèi)上下、左右移動(dòng)，并固定位置；所述壓電式傳感器高出與足底待測(cè)區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元的表面，且高度不高于5毫米。
所述用于左、右足測(cè)試的壓電式傳感器，按自?xún)?nèi)向外順序，通過(guò)電極，提供與控制處理電路相連的導(dǎo)聯(lián)。
所述控制處理電路包括信號(hào)轉(zhuǎn)接電路板、放大器電路板、濾波器電路板、多路采集卡；壓電式傳感器受壓力產(chǎn)生電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器的放大，阻容器濾波、再經(jīng)多路采集卡采集、模數(shù)轉(zhuǎn)化得到數(shù)字信號(hào)直接輸入微機(jī)。
所述信號(hào)轉(zhuǎn)接電路板，將分散的壓電式傳感器的電極引出線轉(zhuǎn)至電纜，再經(jīng)四頭引線，形成導(dǎo)聯(lián)連接至放大器；所述放大器電路板，由雙級(jí)放大器，調(diào)零電位器、供電電源組成，供電電源的輸入電壓為220V，輸出電壓在±5V，為放大器、提供電源，所述調(diào)零電位器，為W3266多圈電位器，放大后的電信號(hào)，至濾波電路板；所述濾波器電路板采用25Hz的“低通”濾波器，經(jīng)濾波以排除外界高頻干擾信號(hào)，至多路采集卡；所述多路數(shù)據(jù)采集卡采用中泰6319光隔離多路采集卡，對(duì)濾波的信號(hào)，經(jīng)A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后，直接輸入微機(jī)。
本實(shí)用新型的效果在靜態(tài)下，對(duì)拇外翻足5個(gè)跖骨頭下垂直方向的壓力進(jìn)行測(cè)量，較已有的用于進(jìn)行足底測(cè)試的裝置，本實(shí)用新型特別適用足底局部特定的區(qū)域，且因改進(jìn)的結(jié)構(gòu)而相對(duì)解決了已有測(cè)試裝置所存在的不足，特別是具備高靈敏度和好的穩(wěn)定性，進(jìn)一步還可通過(guò)軟件的配套運(yùn)行實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等為計(jì)算機(jī)所體現(xiàn)的功能。


圖1是本實(shí)用新型所述壓電式傳感器正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型所述壓電式傳感器反面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型所述壓電式傳感器側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型所述電極和電阻應(yīng)變片構(gòu)成的電橋連接示意圖；圖5是本實(shí)用新型附設(shè)控制處理電路的結(jié)構(gòu)方框圖；圖6是本實(shí)用新型附設(shè)軟件的處理流程圖；圖7是本實(shí)用新型測(cè)試壓力的一個(gè)具體實(shí)施示意圖。
符號(hào)說(shuō)明1～彈性懸臂2～相鄰的彈性元件部分3～電阻應(yīng)變片4～電極5、5′～固定條6～盒體
7～盒蓋8～壓力鞋9～磁性材料嵌入槽具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)成、工藝流程、及作用效果作出進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明首先需要指出的是本實(shí)用新型所揭示的用于實(shí)現(xiàn)拇外翻足底壓力測(cè)量的裝置，在得到測(cè)試的壓力之后，完全可以通過(guò)附設(shè)成熟的控制處理電路，并輸入微機(jī)，通過(guò)附加的相應(yīng)軟件。軟件主要由通道數(shù)據(jù)采樣、平滑、波型顯示、樣本貯存等模塊組成?？捎行У耐瓿?8個(gè)通道的數(shù)據(jù)采集、處理、波形顯示、信息貯存和結(jié)果打印等功能。
本實(shí)用新型所述對(duì)拇外翻足特定區(qū)域跖骨頭下的壓力測(cè)量裝置的具體實(shí)施包括有硬件部分和軟件部分，硬件部分保證了壓力測(cè)量的完成，借助軟件可作進(jìn)一步的處理。在與足底待測(cè)區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元內(nèi)設(shè)置有由9個(gè)微型壓電式傳感器，每個(gè)傳感器分別與拇趾、5個(gè)跖骨頭和足跟相對(duì)應(yīng)，傳感器后面設(shè)置有信號(hào)放大器，其輸出與阻容濾波器、多路信號(hào)高速切換電路相接，輸出與計(jì)算機(jī)中的高速A/D變換電路相連，計(jì)算機(jī)中控制板上的控制電路與多路信號(hào)高速切換電路相連，計(jì)算機(jī)通過(guò)PC總線分別與主機(jī)板、高速A/D和控制板相連，主機(jī)板再與顯示器相連。軟件由Delphi語(yǔ)言編寫(xiě)，具有操作簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)記錄、能立即輸出打印結(jié)果等特點(diǎn)。
硬件單元包括1、壓電式傳感器1.1對(duì)由彈性元件和電阻應(yīng)變片所構(gòu)成的壓電式傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。彈性元件為方形、且中空的基材，以其中心為交叉點(diǎn)，由彈性元件的四周向內(nèi)均勻的開(kāi)設(shè)條形槽，以在兩個(gè)槽之間形成與彈性元件結(jié)構(gòu)一體的長(zhǎng)條形彈性懸臂。采用8個(gè)電阻應(yīng)變片用環(huán)氧樹(shù)脂粘貼在彈性元件的四個(gè)彈性懸臂上，并均勻布置在彈性懸臂的正、反兩面。正、反面設(shè)置的電阻應(yīng)變片之間彼此串接，通過(guò)靠近彈性元件中心處的電極并接成對(duì)稱(chēng)的電橋，并可由直流電供電。將電阻應(yīng)變片用鋼制的小盒封裝，小盒分盒體和盒蓋，彼此通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂密封后的外形也為方形，側(cè)面開(kāi)用于引出電極的接線孔。在粘貼電阻應(yīng)變片的彈性懸臂的反面，相對(duì)彈性元件中心的彈性懸臂的遠(yuǎn)端邊長(zhǎng)，各通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘貼一條與邊長(zhǎng)一致的鋼制固定條，以構(gòu)成懸臂力學(xué)支點(diǎn)。在足底的壓力作用下，懸臂上電阻應(yīng)變片的電阻值發(fā)生變化，從而輸出與壓力成正比的電壓信號(hào)。在與粘貼有電阻應(yīng)變片的彈性懸臂相鄰的彈性元件部分的正面，通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂，分別在遠(yuǎn)離彈性元件中心的彈性元件部分的遠(yuǎn)端邊長(zhǎng)，粘貼有與該邊長(zhǎng)一致的一條鋼制固定條，以支撐盒蓋與彈性懸臂之間不發(fā)生接觸，并保證彈性懸臂在足底的壓力作用下，有足夠的彈性空間。
本實(shí)用新型所述改進(jìn)結(jié)構(gòu)的壓電式傳感器具有輸出信號(hào)與壓力加載點(diǎn)無(wú)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，而且有溫度補(bǔ)償作用。電橋由直流電供電，橋壓為±5V，滿量程輸出最大約為2mv左右。因不同負(fù)載點(diǎn)對(duì)壓電式傳感器的要求不同，可分別選用兩種量程的傳感器，最大量程為15kg、10kg。電橋由直流電供電，橋壓為±5V，滿量程輸出最大約為2mv左右。15Kg量程的傳感器尺寸為28.0mm×28.0mm×5.5mm；10Kg傳感器尺寸為17.0mm×17.0mm×4.5mm。為了使測(cè)試面高度一樣，可將低的、小的傳感器表面放置1mm的鋁合金材料。
1.2壓電式傳感器的安置足底待測(cè)區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元以壓力鞋為例，分別在5個(gè)跖骨頭下、拇趾頭及跟骨內(nèi)外側(cè)、后側(cè)放置，一共9個(gè)壓電式傳感器。本實(shí)用新型與普通的測(cè)力鞋上傳感器的布置點(diǎn)不同。而且，本實(shí)用新型的壓電式傳感器通過(guò)壓力鞋背面所設(shè)的磁性材料，如長(zhǎng)條形的磁鐵，或者若干塊與傳感器對(duì)應(yīng)的磁鐵，可在一定范圍內(nèi)，作上下、左右移動(dòng)，以適應(yīng)不同的足底的大小，傳感器和磁性材料兩者形成固定又可活動(dòng)的統(tǒng)一體。磁性材料可以通過(guò)在壓力鞋的背面開(kāi)槽后嵌入，或者直接將磁性材料封裝在壓力鞋的背面，這樣可以直接調(diào)節(jié)壓電式傳感器的位置并固定，與以往壓力鞋上傳感器固定、不能移動(dòng)相區(qū)別，解決了測(cè)試時(shí)，根據(jù)不同足形調(diào)整傳感器位置的難題。壓電式傳感器高出鞋面，利于布線，避免測(cè)試時(shí)，足底對(duì)布線的擠壓。且高度不高于5mm，不會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。左、右足底的壓電式傳感器，按自?xún)?nèi)向外順序排號(hào)，稱(chēng)為1-18導(dǎo)聯(lián)，并與后續(xù)相應(yīng)的控制處理電路連接。
2、相應(yīng)的后續(xù)控制處理電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，由信號(hào)轉(zhuǎn)接電路板、放大器電路板、濾波器電路板、A/D轉(zhuǎn)換器、多路采集卡等組成。壓電式傳感器受力后產(chǎn)生電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器的放大，阻容濾波器、再經(jīng)采集卡采集，最后模數(shù)經(jīng)轉(zhuǎn)化的數(shù)字信號(hào)直接輸入微機(jī)。
2.1信號(hào)轉(zhuǎn)接電路板為了能將各壓電式傳感器與放大器電路板相連，該電路板共兩塊，一塊位于壓力鞋內(nèi)，一塊位于控制處理電路內(nèi)。主要作用將分散的壓電式傳感器引線轉(zhuǎn)用電纜連接，再經(jīng)四頭引線，連接至放大器中。直接的效果使得在傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，可更換新的傳感器，不必更換整個(gè)引線，便于維護(hù)。
2.2放大器電路板，主要由雙級(jí)放大器，調(diào)零電位器、供電電源組成。供電電源采用交流電，輸入電壓為220V，輸出電壓在±5V，為放大器、提供電源。調(diào)零電位器為W3266多圈電位器。此部分主要在于將壓電式傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，并有調(diào)整電壓的作用。放大后的電信號(hào)，至濾波器電路板。
2.3濾波器電路板采用“低通”(25Hz)濾波器，它由6.2KΩ電阻組成。壓電式傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)放大后，再經(jīng)濾波以排除外界高頻干擾信號(hào)，向下傳至A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
2.4數(shù)據(jù)采集卡采用中泰6319光隔離多路采集卡，該卡位于計(jì)算機(jī)主機(jī)箱內(nèi)，占用一個(gè)SCSI卡。該采集卡，具有A/D轉(zhuǎn)換功能、最高采樣頻率33KHz?？蓪⒂蓚鞲衅鱾鱽?lái)的，經(jīng)放大的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)直接輸入微機(jī)。
軟件單元包括軟件可由Delphi5.0編制，整個(gè)軟件大小約2.98Mb，能運(yùn)行在Windows98se及Window Me下，具體數(shù)據(jù)處理流程如圖4所示。其是一個(gè)專(zhuān)業(yè)化的、人機(jī)界面友好的用戶界面。具有操作簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)記錄、能立即輸出打印結(jié)果等特點(diǎn)。
該測(cè)試軟件菜單主要包括建庫(kù)、清屏、數(shù)據(jù)采集(零點(diǎn)采集)、存盤(pán)采集、結(jié)果顯示與打印5個(gè)部分。對(duì)病人測(cè)試前，先輸入患者的個(gè)人資料(姓名、性別、病歷號(hào)等)，依次點(diǎn)擊清屏、數(shù)據(jù)采集、設(shè)置1-18導(dǎo)聯(lián)的電壓為零，輸入存儲(chǔ)測(cè)試結(jié)果的路徑，最后點(diǎn)擊存盤(pán)采集數(shù)據(jù)，測(cè)試正式開(kāi)始。測(cè)試束后，測(cè)量結(jié)果以數(shù)字的方式顯示。
1、數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)采樣頻率為30Hz，測(cè)試時(shí)間為30秒，左足兩腳共18導(dǎo)，每導(dǎo)一次測(cè)試時(shí)共采集900個(gè)數(shù)據(jù)。
2、數(shù)據(jù)的處理數(shù)據(jù)采集所得到的是壓電式傳感器輸出經(jīng)放大，A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，必須將這些數(shù)字信號(hào)折算為壓電式傳感器的輸出電壓，并根據(jù)每個(gè)壓電式傳感器的擬合直線計(jì)算出相應(yīng)的受力值。
量程單足最大量程為100Kg；測(cè)量點(diǎn)數(shù)左、右兩足，每只鞋安裝9個(gè)傳感器，共18個(gè)位點(diǎn)；采樣頻率30Hz；采樣時(shí)間30S；傳感器零漂＜2％；整體系統(tǒng)測(cè)試誤差＜10％。
權(quán)利要求1.一種實(shí)現(xiàn)拇外翻足底壓力測(cè)量的裝置，包括與足底待測(cè)區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元，置于足底待測(cè)區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元表面的壓電式傳感器，其特征在于所述壓電式傳感器包括一彈性元件，一組電阻應(yīng)變片；所述彈性元件為片狀、具有規(guī)則的外形、且中空，所述彈性元件以中心為交叉點(diǎn)、由四周分別向內(nèi)對(duì)稱(chēng)、均勻的開(kāi)槽，相應(yīng)形成與彈性元件一體的彈性懸臂；所述一組電阻應(yīng)變片均勻、對(duì)稱(chēng)的設(shè)置在所述彈性元件向內(nèi)開(kāi)槽所形成的彈性懸臂的正、反兩面，所述正、反兩面設(shè)置的電阻應(yīng)變片彼此串接后與電極并接，以構(gòu)成對(duì)稱(chēng)的由直流電供電的電橋。
2.如權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)拇外翻足底壓力測(cè)量的裝置，其特征在于所述彈性元件向內(nèi)開(kāi)槽所形成的彈性懸臂為四個(gè)；所述一組電阻應(yīng)變片為八個(gè)；所述電阻應(yīng)變片通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘貼于與彈性元件中心相近的四個(gè)彈性懸臂的近端。
3.如權(quán)利要求1或2所述的實(shí)現(xiàn)拇外翻足底壓力測(cè)量的裝置，其特征在于所述粘貼有電組應(yīng)變片的彈性元件為方形，置于鋼制的盒體內(nèi)，盒體與盒蓋通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂封閉為方形，側(cè)面開(kāi)有供引出電極的接線孔；所述粘貼有電阻應(yīng)變片的彈性懸臂的反面，通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂，分別在遠(yuǎn)離彈性元件中心的彈性懸臂的遠(yuǎn)端邊長(zhǎng)，還粘貼有與該邊長(zhǎng)一致的一條鋼制固定條，以構(gòu)成懸臂力學(xué)支點(diǎn)；與所述粘貼有電阻應(yīng)變片的彈性懸臂相鄰的彈性元件部分的正面，通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂，分別在遠(yuǎn)離彈性元件中心的彈性元件部分的遠(yuǎn)端邊長(zhǎng)，還粘貼有與該邊長(zhǎng)一致的一條鋼制固定條，以支撐盒蓋與彈性懸臂不接觸，并保證彈性懸臂有足夠的彈性空間。
4.如權(quán)利要求1或2所述的實(shí)現(xiàn)拇外翻足底壓力測(cè)量的裝置，其特征在于所述電極的位置設(shè)于與彈性元件中心相近的粘貼有電阻應(yīng)變片的彈性懸臂近端的內(nèi)側(cè)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的實(shí)現(xiàn)拇外翻足底壓力測(cè)量的裝置，其特征在于所述與足底待測(cè)區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元可以是測(cè)力板、或壓力鞋、或壓力鞋墊。
6.如權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)拇外翻足底壓力測(cè)量的裝置，其特征在于所述壓電式傳感器的位置分別對(duì)應(yīng)5個(gè)跖骨頭的下方、拇趾頭及跟骨內(nèi)外側(cè)和后側(cè)；所述壓電式傳感器的盒體與足底待測(cè)區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元的表面相接觸；所述壓電式傳感器的盒蓋則與5個(gè)跖骨頭的下方、拇趾頭及跟骨內(nèi)外側(cè)和后側(cè)相接觸；所述壓電式傳感器通過(guò)調(diào)節(jié)在足底待測(cè)區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元背面所設(shè)的一個(gè)長(zhǎng)條形或至少一個(gè)塊狀的磁性材料，可在需要的范圍內(nèi)上下、左右移動(dòng)，并固定位置；所述壓電式傳感器高出與足底待測(cè)區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元的表面，且高度不高于5毫米。
7.如權(quán)利要求1或2所述的實(shí)現(xiàn)拇外翻足底壓力測(cè)量的裝置，其特征在于所述用于左、右足測(cè)試的壓電式傳感器，按自?xún)?nèi)向外順序，通過(guò)電極，提供與控制處理電路相連的導(dǎo)聯(lián)。
8.如權(quán)利要求7所述的實(shí)現(xiàn)拇外翻足底壓力測(cè)量的裝置，其特征在于所述控制處理電路包括信號(hào)轉(zhuǎn)接電路板、放大器電路板、濾波器電路板、多路采集卡；壓電式傳感器受壓力產(chǎn)生電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大器的放大，阻容器濾波、再經(jīng)多路采集卡采集、模數(shù)轉(zhuǎn)化得到數(shù)字信號(hào)直接輸入微機(jī)。
9.如權(quán)利要求8所述的實(shí)現(xiàn)拇外翻足底壓力測(cè)量的裝置，其特征在于所述信號(hào)轉(zhuǎn)接電路板，將分散的壓電式傳感器的電極引出線轉(zhuǎn)至電纜，再經(jīng)四頭引線，形成導(dǎo)聯(lián)連接至放大器；所述放大器電路板，由雙級(jí)放大器，調(diào)零電位器、供電電源組成，供電電源的輸入電壓為220V，輸出電壓在±5V，為放大器、提供電源，所述調(diào)零電位器，為W3266多圈電位器，放大后的電信號(hào)，至濾波電路板；所述濾波器電路板采用25Hz的“低通”濾波器，經(jīng)濾波以排除外界高頻干擾信號(hào)，至多路采集卡；所述多路數(shù)據(jù)采集卡采用中泰6319光隔離多路采集卡，對(duì)濾波的信號(hào)，經(jīng)A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后，直接輸入微機(jī)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種實(shí)現(xiàn)拇外翻足底壓力測(cè)量的裝置。所述壓力測(cè)量裝置，包括與足底待測(cè)區(qū)域相應(yīng)的負(fù)載單元，置于所述負(fù)載單元表面的壓電式傳感器，所述壓電式傳感器包括一組電阻應(yīng)變片、設(shè)有彈性懸臂的彈性元件、電極，所述一組電阻應(yīng)變片均勻、對(duì)稱(chēng)設(shè)置在彈性元件正、反兩面的彈性懸臂，所述正、反兩面設(shè)置的電阻應(yīng)變片彼此串接后與電極并接，以構(gòu)成對(duì)稱(chēng)的由直流電供電的電橋。本實(shí)用新型具有靈敏度高、溫度補(bǔ)償、力作用點(diǎn)位置對(duì)測(cè)試結(jié)果影響小的優(yōu)點(diǎn)，保證了測(cè)試的精確性，分辨率。壓電式傳感器布局合理，能針對(duì)不同足形調(diào)整傳感器的位置，減少測(cè)試成本。用于測(cè)試儀各部分獨(dú)立，維護(hù)時(shí)可供拆卸，便于臨床應(yīng)用。特別是外接控制處理電路后，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的顯示、存儲(chǔ)、打印。
文檔編號(hào)A61B5/22GK2721009SQ20042007315
公開(kāi)日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2004年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月14日
發(fā)明者溫建民, 鐘紅剛, 胡海威 申請(qǐng)人:中國(guó)中醫(yī)研究院骨傷科研究所