可穿戴式智能測定系統(tǒng)及智能鞋的制作方法
【專利摘要】一種可穿戴式智能測定系統(tǒng)，包括壓電傳感器和數(shù)據(jù)處理模塊，所述壓電傳感器的輸出端與所述數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端連接，所述壓電傳感器采用壓電駐極體薄膜材料制備而成。還公開一種智能鞋。本發(fā)明成本低，且穿戴更輕薄舒適。
【專利說明】可穿戴式智能測定系統(tǒng)及智能鞋
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及智能設備領域，特別是涉及一種可穿戴式智能測定系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]可穿戴式智能設備擁有多年的發(fā)展歷史，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的高速發(fā)展，可穿戴式智能設備的形態(tài)開始變得多樣化，逐漸在工業(yè)、醫(yī)療、軍事、教育、娛樂等諸多領域表現(xiàn)出重要的研究價值和應用潛力。創(chuàng)業(yè)者發(fā)揮想象力，現(xiàn)在不光出現(xiàn)了耳環(huán)、戒指，還有了智能鞋。
[0003]然而傳統(tǒng)的智能鞋中前端收集信號的壓電傳感器價格偏高且不柔軟，與鞋墊本身的紡織材料結合不是很好或者存在本身不柔軟的缺點。另外，也有采用柔性PVDF做前端壓電傳感器的，但這種膜的靈敏度偏小，需要采用疊層等辦法來提高靈敏度，這樣就會增加成本，傳感器的厚度也會增加。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]基于此，有必要提供一種更輕薄舒適、價格低的可穿戴式智能測定系統(tǒng)。
[0005]一種可穿戴式智能測定系統(tǒng)，包括壓電傳感器和數(shù)據(jù)處理模塊，所述壓電傳感器的輸出端與所述數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端連接，所述壓電傳感器采用壓電駐極體薄膜材料制備而成。
[0006]在其中一個實施例中，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號處理器、穩(wěn)壓電源及存儲單元，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端與所述壓電傳感器連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述信號處理器連接；所述信號處理器的輸出端與所述存儲單元連接，所述穩(wěn)壓電源與所述信號處理器連接，用于為所述信號處理器供電。
[0007]在其中一個實施例中，所述數(shù)據(jù)處理模塊還包括無線傳輸單元，所述無線傳輸單元分別與所述信號處理器、存儲單元連接，用于實現(xiàn)所述可穿戴式智能測定系統(tǒng)與其他智能終端之間的通信。
[0008]在其中一個實施例中，所述數(shù)據(jù)處理模塊還包括無線充電單元，所述穩(wěn)壓電源通過電源線連接外部電源充電或通過所述無線充電單元以無線方式進行充電。
[0009]在其中一個實施例中，所述壓電傳感器包括壓電薄膜基材、地電極、信號電極，并在所述信號電極上布線、引出輸出端，所述地電極與信號電極分別粘接在所述壓電薄膜基材的兩個表面。
[0010]在其中一個實施例中，所述壓電傳感器還包括壓電薄膜基材、地電極、信號電極、布線層，并在所述布線層引出輸出端，所述地電極與信號電極分別粘接在所述壓電薄膜基材的兩個表面，所述布線層覆在所述信號電極上。
[0011]在其中一個實施例中，所述布線層包括布線層基材、布線層掩膜以及與所述信號電極相匹配的布線層電極，所述布線層電極覆在所述布線層基材上，所述布線層掩膜用于將所述露出的布線層電極覆蓋起來。
[0012]在其中一個實施例中，所述布線層基材為塑封膜，所述布線層與所述信號電極可通過導電膠、雙面導電膠帶或塑封膜自然接觸的方式進行粘接。
[0013]一種智能鞋，包括鞋墊和鞋體，還包括上述可穿戴式智能測定系統(tǒng)，所述鞋墊包括由紡織材料制成的外包層，所述壓電傳感器夾在所述外包層中間，所述數(shù)據(jù)處理模塊鑲嵌于所述鞋體的底部或面部。
[0014]在其中一個實施例中，所述數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端、壓電傳感器的輸出端為薄膜鍵盤的標準接口或軟性線路板接口，所述鞋墊使用了納米防水涂層方式進行防水處理。
[0015]上述可穿戴式智能測定系統(tǒng)及智能鞋采用壓電駐極體薄膜材料制備壓電傳感器，這樣成本低，而且這種材料與鞋墊本身的紡織材料結合得很好，從而穿戴更輕薄舒適。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為一實施例的可穿戴式智能測定系統(tǒng)框架圖；
[0017]圖2為一實施例的壓電傳感器平面圖；
[0018]圖3為圖2所示實施例中沿A-A的切面。
【具體實施方式】
[0019]請參照圖1，為一實施例的可穿戴式智能測定系統(tǒng)框架圖。該可穿戴式智能測定系統(tǒng)包括壓電傳感器110和數(shù)據(jù)處理模塊120，其中數(shù)據(jù)處理模塊120包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器121、信號處理器122、穩(wěn)壓電源123、存儲單元124、無線傳輸單元125以及無線充電單元126。
[0020]模數(shù)轉(zhuǎn)換器121的輸入端與壓電傳感器110連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器121的輸出端與信號處理器122連接；信號處理器122的輸出端與存儲單元124連接，穩(wěn)壓電源123與信號處理器122連接，用于為信號處理器122供電；無線傳輸單元分別與信號處理器122、存儲單元124連接，用于實現(xiàn)該可穿戴式智能測定系統(tǒng)與其他智能終端之間的通信；無線充電單元126與穩(wěn)壓電源123連接，用于實現(xiàn)穩(wěn)壓電源123的無線充電。
[0021]采集的數(shù)據(jù)從壓電傳感器110經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后再傳到信號處理器122進行數(shù)據(jù)處理。信號處理器122需要一個穩(wěn)壓電源123供電，該穩(wěn)壓電源可以通過更換電池的方式進行補充，也可以通過電源線的方式進行充電。但更好的是通過無線充電單元126以無線充電的方式進行充電，這樣可以更自由、更實時、更方便的使用該可穿戴式智能測定系統(tǒng)。
[0022]經(jīng)過信號處理器122處理過的數(shù)據(jù)，可以暫時存儲在存儲單元124中，也可以通過無線傳輸單元125與其它智能終端進行連接，進行實時的處理、分析、反饋和交互。上述無線傳輸單元125可以采用藍牙與智能終端進行連接，也可以采用WIFI同時與多個智能終端進行連接或者直接上傳到終端，另外還可以采用2.4G或者Zigbee等其它無線標準。
[0023]利用上述可穿戴式智能測定系統(tǒng)可以做成智能鞋。壓電傳感器110可以放入紡織材料制成的外包層中做成鞋墊，如圖2所示。數(shù)據(jù)處理模塊120可以嵌入在鞋底或放置在鞋面。但最好將其嵌入在鞋跟部，因為該部位空間最大，且與腳掌部位相比其在運動時也不會產(chǎn)生太大的運動形變，這樣的設計最有利于可穿戴式智能測定系統(tǒng)避免震動對其造成損壞。
[0024]另外，采用壓電傳感器和數(shù)據(jù)處理模塊分開的設計方式，比將整個智能測定系統(tǒng)全放到鞋墊之中的設計方式，更輕薄、柔軟、舒適，并且容易更換清潔，用戶體驗更好。[0025]請結合圖3，為圖2所示實施例中壓電傳感器沿A-A的切面。
[0026]壓電傳感器采用壓電駐極體薄膜材料制備而成。壓電駐極體薄膜材料是一類具有壓電效應或者逆壓電效應的駐極體薄膜材料，常見的壓電駐極體材料通?？梢杂删郾?Polypropylene, PP)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene, PTFE)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate, PET)、聚鄰苯二 甲酸酯(Polyethylene naphthalate,PEN)、環(huán)烯共聚物(Cyclo-olefin copolymer, COC)> 氟化乙烯丙烯共聚物(Fluorinatedethylene propylene copolymer, FEP)等制備而成。例如:聚丙烯泡沫壓電駐極體(Polypropylene foam piezoelectret, PP)、固體 FEP 或膨化 PTFE 或固體 FEP 組成的夾層結構的壓電駐極體等。由于壓電駐極體薄膜材料是基于聚合物材料，因此具有聚合物材料的一般特性，例如質(zhì)量輕(克級)、厚度薄(微米級)、材料柔軟易于彎折、適應各種環(huán)境(耐腐蝕、防水)、無毒無害環(huán)保、成本低廉(聚合物膜產(chǎn)量非常大)等等。相比傳統(tǒng)的壓電晶體(Piezoelectric crystal)和壓電陶瓷(Piezoelectric ceramic),基于聚合物的壓電駐極體大大擴展了壓電材料的適用范圍。此外，相比偏聚氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)，壓電駐極體的壓電系數(shù)(靈敏度)要高一個數(shù)量級。根據(jù)可穿戴式智能測定系統(tǒng)的精度要求，需要I?1000個壓力傳感器。
[0027]在本實施例中，壓電傳感器具體包括壓電薄膜基材210、地電極220、信號電極230、布線層240，并在布線層240引出輸出端，地電極220與信號電極230分別粘接在壓電薄膜基材210的兩個表面，布線層240覆在信號電極230上。
[0028]在其他實施例中，如果精度要求不高，就可以直接在壓電薄膜基材上制備電極、在電極上布線并引出信號輸出端。
[0029]在其他實施例中，還可以在信號電極230上再引出一層地電極，這樣兩層地電極就可以對中間的信號電極進行屏蔽，降低外界電磁干擾。
[0030]目前，地電極220、信號電極230以及布線層電極244普遍運用蒸發(fā)鍍鋁的方式進行制備，此外還可以通過濺射鍍和離子鍍，涂布導電油墨，絲網(wǎng)印刷導電油墨、覆合導電膠帶和噴墨印刷電極技術等來制備。
[0031]布線層240包括布線層基材242、布線層電極244和布線層掩膜246，布線層電極244的形狀及大小與信號電極230相匹配，覆在布線層基材242上，布線層掩膜246用于將所述露出的布線層電極覆蓋起來，這樣隔絕了布線層240與信號電極230之間的直接接觸，避免了信號干擾。布線層基材242為塑封膜。布線層240與信號電極230可通過導電膠或雙面導電膠帶進行粘接，如果塑封膜在進行塑封時能夠保證足夠的真空度進行無縫粘接，甚至可以利用塑封膜在進行塑封時的自然接觸而進行粘接。
[0032]在一個實施例中，智能鞋的鞋墊制作步驟如下:
[0033](I)裁剪一塊鞋墊形的PP壓電駐極體薄膜作為壓電薄膜基材，通過極化加工，使其帶有壓電活性。
[0034](2)用單面膠導電布在所述壓電薄膜基材底面貼一塊鞋墊形的地電極(略小于上述壓電薄膜基材)，用雙面膠導電布(鉬易鴻公司生產(chǎn))在其頂面貼前、中、后三塊信號電極。
[0035](3)在PET塑封膜上絲印三塊與所述信號電極相對應的導電油墨電極作為布線層電極，并且按薄膜鍵盤標準進行絲印導電油墨布線。
[0036]待油墨烘干以后，可以將露出布線層電極的端口部分用掩膜覆蓋上去。地電極也可以做同樣的布線層電極進行引線，最后將端口引到布線層進行統(tǒng)一走線和做接口 ；
[0037](4)將PET塑封膜與所述壓電薄膜基材對齊，然后進行塑封處理，并將輸入端、輸出端做成薄膜鍵盤標準的接口。
[0038](5)用紡織材料制成外包層對壓電傳感器進行封裝保護，留出接口即可。
[0039](6)將整個智能鞋墊用LQP納米防水涂層處理。
[0040]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種可穿戴式智能測定系統(tǒng)，其特征在于，包括壓電傳感器和數(shù)據(jù)處理模塊，所述壓電傳感器的輸出端與所述數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端連接，所述壓電傳感器采用壓電駐極體薄膜材料制備而成。
2.根據(jù)權利要求1所述的可穿戴式智能測定系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、信號處理器、穩(wěn)壓電源及存儲單元，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端與所述壓電傳感器連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與所述信號處理器連接；所述信號處理器的輸出端與所述存儲單元連接，所述穩(wěn)壓電源與所述信號處理器連接，用于為所述信號處理器供電。
3.根據(jù)權利要求2所述的可穿戴式智能測定系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊還包括無線傳輸單元，所述無線傳輸單元分別與所述信號處理器、存儲單元連接，用于實現(xiàn)所述可穿戴式智能測定系統(tǒng)與其他智能終端之間的通信。
4.根據(jù)權利要求2所述的可穿戴式智能測定系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊還包括無線充電單元，所述穩(wěn)壓電源通過電源線連接外部電源充電或通過所述無線充電單元以無線方式進行充電。
5.根據(jù)權利要求1所述的可穿戴式智能測定系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電傳感器包括壓電薄膜基材、地電極、信號電極，并在所述信號電極上布線、引出輸出端，所述地電極與信號電極分別粘接在所述壓電薄膜基材的兩個表面。
6.根據(jù)權利要求1所述的可穿戴式智能測定系統(tǒng)，其特征在于，所述壓電傳感器還包括壓電薄膜基材、地電極、信號電極、布線層，并在所述布線層引出輸出端，所述地電極與信號電極分別粘接在所述壓電薄膜基材的兩個表面，所述布線層覆在所述信號電極上。
7.根據(jù)權利要求6所述的可穿戴式智能測定系統(tǒng)，其特征在于，所述布線層包括布線層基材、布線層掩膜以及與所述信號電極相匹配的布線層電極，所述布線層電極覆在所述布線層基材上，所述布線層掩膜用于將所述露出的布線層電極覆蓋起來。
8.根據(jù)權利要求7所述的可穿戴式智能測定系統(tǒng)，其特征在于，所述布線層基材為塑封膜，所述布線層與所述信號電極可通過導電膠、雙面導電膠帶或塑封膜自然接觸的方式進行粘接。
9.一種智能鞋，包括鞋墊和鞋體，其特征在于，還包括權利要求1~8任一項所述的可穿戴式智能測定系統(tǒng)，所述鞋墊包括由紡織材料制成的外包層，所述壓電傳感器夾在所述外包層中間，所述數(shù)據(jù)處理模塊鑲嵌于所述鞋體的底部或面部。
10.根據(jù)權利要求9所述的智能鞋，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端、壓電傳感器的輸出端為薄膜鍵盤的標準接口或軟性線路板接口，所述鞋墊使用了納米防水涂層方式進行防水處理。
【文檔編號】A43B17/00GK103900741SQ201410114868
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月25日 優(yōu)先權日:2014年3月25日
【發(fā)明者】鄭潔, 朱彪, 梁海 申請人:深圳市豪恩聲學股份有限公司