基于PVDF压电薄膜足底压力分布采集系统研究与设计

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随着社会不断进步,生活水平不断提高,人们对健康的关注越来越多,全民健身的理念已经逐渐深入人心。在平时生活和运动中对于足部的依赖很大,足部承受着全身的压力。压力的变化也与很多疾病的发生有着紧密的联系。特别的,对足底压力分布进行研究,对于运动员选材,训练过程中的动作分析,会给教练员提供更为有针对性的理论指导,有助于运动员成绩进一步提高。因此对于足底压力的研究是非常重要而且有意义的。在研究前人工作的基础上,本文采用PVDF高分子薄膜元件作为传感元件,发挥其易加工,柔软,韧性好的特点,在研究其压电特性的基础上,首先制作单体的电荷采集单元,实现了对单体薄膜的电荷量到AD可以采集的电压量转换,且有较好的低频响应。其次,将其制作成阵列分布,通过两行四列8个点的分布,来完成对于一个区域压力分布的采集,从而实现实时采集足底压力分布的情况。在设计过程中,对于电荷放大器的设计给予了详尽的论述,还有针对性的设计了滤波电路,保证信号的准确获取。特别的还设计了键盘和显示功能,配合控制。在计算机通信的环节,设计了串口通信和USB通信两种方式,将数据传给计算机,这样有助于对数据进一步的分析和处理。最后给出了系统的组成结构和控制器设计的软件流程。给出了足底压力分布采集系统的测试情况。首先,更改电荷放大器各环节参数,通过对实际测试情况分析,与理论计算相符,并且根据具体的测试需要,给出相对合适的一组参数。其次,对于滤波电路,也从仿真和实际测试两个方面进行对比,结果证明与理论计算相一致。最后,给出阵列数据的获取情况,通过对数据分析,表明数据符合实际的压力情况,达了预期设计要求。实践证明,本设计方案在实现压力分布采集是可行的。课题研究可扩展到压力鞋垫和压力平板等领域,其应用领域十分广泛。
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