CN103006233B - 一种足底曲面及压力分布检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种足底曲面及压力分布检测装置，包括有壳体、封装在壳体开口处的顶板、与足底曲面接触且具有上下往复升降功能的检测机构、采集检测机构的升降位移数据且传送给上位处理系统的检测电路、及接收检测电路传送过来的升降位移数据且分析重建的数据处理系统。本发明与现有技术相比，其有益效果为：1、通过红外发射和接收，可以实现足底三维曲面和压力分布的检测和重建，精度高，抗干扰能力强，而且耗电小，成本低；2、整体结构简单合理，线性和一致性效果好，操作方便容易，适于推广使用，具有广泛的应用领域和较好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种足底曲面检测装置，属于足部康复保健检测设备技术领域，尤其是指一种足底曲面及压力分布检测装置。
背景技术
目前，现有技术中足底测量方法大概具有以下几种：
一、倒膜法，就是用石膏或其他塑性材料翻倒出被测人的足底模型，但该模型没有足底的数字信息，精度低，信息量有限，只能提供定性的分析和应用。
二、形状扫描法，分无压力扫描和有压力扫描两种，无压力扫描就是被测人赤足悬空，有压力扫描是赤足踩在透明的玻璃上，运用激光扫描的方法对足底进行扫描，这样可以得到被测人足底的形状信息，但此两种方法没有或不是对足底施加全面的压力，因而所测数据有一定的局限性。同时，该方法测量成本较高，操作也比较复杂，应用受到很大的局限。
三、平面成像法，采用CCD或其他平面成像技术，将带有网格投影的三维曲面图像采集下来，根据网格的变形，可以推算出三维曲面的立体信息，达到三维信息采集的目的。此方法的成本较低，采集数据的分辨率可以很高，但数据变形严重，三维梯度受网格照射角度的限制，不能太大。应用领域受到局限。
四、电感/电容法，利用平面材料发生变形后曲面电容和电感发生变化进行测量，从而达到对被测曲面的测量。但这种方法测量精度较低，并且抗干扰能力较差，因而很难实现实际应用。
五、光栅法，将检测面排列成光栅矩阵，检测时光栅矩阵可以记录下三维曲面垂直于光栅矩阵方向上的位移量，从而可以还原成三维曲面的三维信息。但光栅传感器体积较大，因而在一定面积中无法大量排列，检测分辨率受到限制，传动机构较为复杂。光栅输出为频率信号，因而对光栅矩阵的信号检测要求系统响应要快，对硬件电路要求高。此种方法检测精度有限，制作成本也偏高。
六、反射式光电扫描法，将检测面排列成反射式光电管矩阵，反射式光电管接收来自检测机构传递来的反射信号。检测机构与被测曲面相连，系统采集的反射信号会随曲面的起伏而变化，这种方法简单实用。但由于反射信号与位移不是线性关系，器件的离散性较高，给系统的标定带来一定的困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种足底曲面及压力分布检测装置，该检测装置能够实现足底曲面的三维重建，结构简单，线性及一致性较好，且操作方便，成本低，易于推广使用。
为了实现上述目的，本发明按照以下技术方案实现：
一种足底曲面及压力分布检测装置，包括有壳体、封装在壳体开口处的顶板、与足底曲面接触且具有上下往复升降功能的检测机构、采集检测机构的升降位移数据且传送给上位处理系统的检测电路、及接收检测电路传送过来的升降位移数据且分析重建的数据处理系统。
进一步，所述检测机构包括有踩踏用支承凸柱矩阵、检测用传感器导杆矩阵及导向板，其中，上述支承凸柱矩阵装设于顶板上方，包括有若干横竖整齐对应排列且具有上下位移的支承凸柱单元；上述传感器导杆矩阵装设于顶板下方，包括有若干横竖整齐对应排列且与支承凸柱单元一一对应的导杆单元；及上述导向板装设于壳体内部且与顶板留有间距，包括有与导杆单元对应的开孔矩阵。
进一步，所述导杆单元包括有触头、导杆及复位弹簧，其中，上述触头设置于导杆顶端且其与支承凸柱单元接触配合；上述导杆下端活动穿设过导向板的开孔矩阵且其底部嵌设有半透明胶片；及上述复位弹簧活动穿套于导杆外部且其两端分别与触头和导向板上表面顶抵接触。
进一步，所述检测电路包括有：扫描模块，用以扫描传感器导杆矩阵的位移变化；红外发射模块，用以将上述扫描模块的扫描电能转化为光能并透过半透明胶片传递给红外接收模块；红外接收模块，用以将上述红外发射模块传递过来的光能转化成电能；模数转换模块，用以将上述红外接收模块的电压模拟量信号转换成数字量信号；及微处理器模块，用以将上述数字量信号处理成位移数据并传送给数据处理系统。
进一步，还包括有光电转换模块，用以将扫描电能转换成光能、再将光能转换成电能。
进一步，所述微处理器模块设置有与数据处理系统连接的USB通讯接口。
进一步，所述数据处理系统包括有：数据采集分析模块，用以接收微处理器模块传送过来的位移数据并进行分析；三维曲面重建模块，用以对上述分析后的位移数据进行曲面重建，实现二维等高图或三维透视图的显示；及数据分类管理模块，用以对上述处理后的数据进行分类储存管理。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
1、通过红外发射和接收，可以实现足底三维曲面和压力分布的检测和重建，精度高，抗干扰能力强，而且耗电小，成本低；
2、整体结构简单合理，线性和一致性效果好，操作方便容易，适于推广使用，具有广泛的应用领域和较好的经济效益。
为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1是本发明的组装结构示意图。
图2是图1的分解结构示意图。
图3是本发明的工作流程示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明所述足底曲面及压力分布检测装置，包括有壳体、封装在壳体开口处的顶板1、与足底曲面接触且具有上下往复升降功能的检测机构2、采集检测机构的升降位移数据且传送给上位处理系统的检测电路、及接收检测电路传送过来的升降位移数据且分析重建的数据处理系统。
上述检测机构2包括有踩踏用支承凸柱矩阵21、检测用传感器导杆矩阵及导向板，其中，上述支承凸柱矩阵装设于顶板1上方，包括有若干横竖整齐对应排列且具有上下位移的支承凸柱单元211；上述传感器导杆矩阵22装设于顶板1下方，包括有若干横竖整齐对应排列且与支承凸柱单元一一对应的导杆单元；及上述导向板23装设于壳体内部且与顶板1留有间距，包括有与导杆单元对应的开孔矩阵。
进一步，所述导杆单元包括有触头221、导杆222及复位弹簧223，其中，上述触头221设置于导杆222顶端且其与支承凸柱单元211接触配合；上述导杆222下端活动穿设过导向板23的开孔矩阵且其底部嵌设有半透明胶片224，半透明胶片插入下述检测电路的电路板中；及上述复位弹簧223活动穿套于导杆222外部且其两端分别与触头221和导向板23上表面顶抵接触。
上述检测电路包括有：扫描模块，用以扫描传感器导杆矩阵的位移变化；红外发射模块，用以将上述扫描模块的扫描电能转化为光能并透过半透明胶片传递给红外接收模块；红外接收模块，用以将上述红外发射模块传递过来的光能转化成电能；模数转换模块，用以将上述红外接收模块的电压模拟量信号转换成数字量信号；及微处理器模块，用以将上述数字量信号处理成位移数据并传送给数据处理系统。
进一步，还包括有光电转换模块，用以将扫描电能转换成光能、再将光能转换成电能；及所述微处理器模块设置有与数据处理系统连接的USB通讯接口。
上述数据处理系统包括有：数据采集分析模块，用以接收微处理器模块传送过来的位移数据并进行分析；三维曲面重建模块，用以对上述分析后的位移数据进行曲面重建，实现二维等高图或三维透视图的显示；及数据分类管理模块，用以对上述处理后的数据进行分类储存管理。
如图3所示，本发明的工作原理如下所述：
检测时，被测人赤足或穿袜站立于支承凸柱矩阵上，依靠人体自重驱使支承凸柱矩阵向下移动，随之驱动相对应的导杆下移，从而设置于导杆顶端的触头产生向下位移数据，然后扫描模块对传感器导杆矩阵的位移变化完整扫描一遍，红外发射模块将扫描模块的扫描电能转化成光能，透过半透明胶片被红外接收模块接收，进而将光能转化成电能，由于半透明胶片灰度的变化，能够将传感器导杆矩阵的位移变化反应出来，接着经红外接收模块转化来的电能通过模数转换模块从电压模拟量信号转换成数字量信号，经微处理器模块的USB接口传送给数据处理系统，由数据处理系统进行数据分析、重建和分类管理，完成足底三维曲面及压力分布的检测和重建工作。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
Claims (3)
1.一种足底曲面及压力分布检测装置，包括有壳体及封装在壳体开口处的顶板，其特征在于：还包括有与足底曲面接触且具有上下往复升降功能的检测机构、采集检测机构的升降位移数据且传送给上位处理系统的检测电路、及接收检测电路传送过来的升降位移数据且分析重建的数据处理系统；其中：
所述检测机构包括有踩踏用支承凸柱矩阵、检测用传感器导杆矩阵及导向板，其中：上述支承凸柱矩阵装设于顶板上方，包括有若干横竖整齐对应排列且具有上下位移的支承凸柱单元；上述传感器导杆矩阵装设于顶板下方，包括有若干横竖整齐对应排列且与支承凸柱单元一一对应的导杆单元；上述导向板装设于壳体内部且与顶板留有间距，包括有与导杆单元对应的开孔矩阵；
所述导杆单元包括有触头、导杆及复位弹簧，其中：上述触头设置于导杆顶端且其与支承凸柱单元接触配合；上述导杆下端活动穿设过导向板的开孔矩阵且其底部嵌设有半透明胶片；上述复位弹簧活动穿套于导杆外部且其两端分别与触头和导向板上表面顶抵接触；
所述检测电路包括有：扫描模块，用以扫描传感器导杆矩阵的位移变化；光电转换模块，用以将扫描电能转换成光能、再将光能转换成电能；红外发射模块，用以将上述扫描模块的扫描电能转化为光能并透过半透明胶片传递给红外接收模块；红外接收模块，用以将上述红外发射模块传递过来的光能转化成电能；模数转换模块，用以将上述红外接收模块的电压模拟量信号转换成数字量信号；微处理器模块，用以将上述数字量信号处理成位移数据并传送给数据处理系统。
2.根据权利要求1所述一种足底曲面及压力分布检测装置，其特征在于：所述微处理器模块设置有与数据处理系统连接的USB通讯接口。
3.根据权利要求1所述一种足底曲面及压力分布检测装置，其特征在于：所述数据处理系统包括有：
数据采集分析模块，用以接收微处理器模块传送过来的位移数据并进行分析；
三维曲面重建模块，用以对上述分析后的位移数据进行曲面重建，实现二维等高图或三维透视图的显示；
数据分类管理模块，用以对上述处理后的数据进行分类储存管理。
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