基于PVDF压电薄膜足底压力测量系统研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mmoxx
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随着科技水平和生活水平的不断提高,人们对运动健身的需求越来越强烈。而人体的运动就是足部与地面不断接触的过程,由于自身重力的存在,当足部与地面接触时便会产生足底压力。当足部有伤病变或运动状态改变时,足底压力和压强的分布都会相应地发生变化。因此,对足底压力分布进行研究,对于临床医学诊断、体育训练等领域来说具有一定的科学意义和应用价值。论文主要研究任务如下:(1)本文采用具有易加工、柔软、韧性好等特点的PVDF压电薄膜传感器作为足底压力的采集元件。在研究其压电特性的基础上,研制了单路足底压力测量样板,主要包括数据采集和数据通讯两部分。数据采集部分主要有电荷放大电路、滤波电路、后级调整输出电路等电路;数据通讯部分主要有ATmega16单片机最小系统、无线数传模块、串口通讯等电路。在单路足底压力测量样板的基础上,根据足底解剖区域布置八路PVDF压电薄膜传感器采集足底压力分布情况,从而研制出相应的八路并行足底压力测量系统。(2)通过C语言编程实现八路PVDF压电薄膜传感器信号的采集、转换、数据的无线传输及串口通讯等功能。文中详细阐述了单片机软件的设计过程,并给出了部分关键代码。通过YL-100IL设置通信软件配置无线数传模块数据传输速率,结合友善串口助手软件完成数据的接收和存储,并将测量得到的数据导入到MATLAB软件中进行数据处理。(3)结合研制出的足底压力测量系统完成了 PVDF压电薄膜传感器的静态标定。其中,静态标定是在系统增益分别为K=10、K =25及K =76三种条件下进行的,并给出了三种系统增益下的静态标定曲线及精度分析。(4)设计足底压力分布实验。整个实验分为步态运动实验和静态站立实验两部分进行。步态运动实验主要包括:平地光脚行走实验、平地鞋垫光脚行走实验及平地运动鞋光脚行走实验,分别研究这三种条件对足底压力分布曲线的影响情况;静态站立实验给出了受试者在单/双脚站立时的足底压力分布情况。通过实验数据分析,结果符合实际的足底压力分布情况,达到了预期的设计要求。实践证明,本文设计的足底压力测量系统是可行的。
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