專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于光纖光柵的腳底壓力測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種腳底壓力測(cè)量裝置，尤其涉及一種基于光纖光柵的腳底壓力
測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
腳底壓力作為一項(xiàng)重要的生理參數(shù)在相關(guān)足疾診斷、人體步態(tài)分析甚至其他疾病診斷起著重要的作用。精確測(cè)量腳底壓力對(duì)相關(guān)步態(tài)分析以及疾病診斷有著較大的影響。目前，腳底壓力測(cè)量裝置多采用應(yīng)變片式或壓電式壓力傳感器測(cè)量壓力，其測(cè)量精度有限，使用壽命短，制造復(fù)雜，且壓力傳感器具有一定體積，置于鞋底影響腳底舒適性。
發(fā)明內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于光纖光柵的腳底壓力測(cè)量裝置，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、精度高。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種基于光纖光柵的腳底壓力測(cè)量裝置，包括鞋底⑴，光源(9),隔離器(15),光纖光柵傳感器(5)、(6)、(7),光分路器(11)、(18)、(19)、
(20)，多光路開(kāi)關(guān)(2)，信號(hào)解調(diào)器(3)，計(jì)算機(jī)(8)。在鞋底(I)的鞋跟處安裝光纖光柵傳感器(X)，在第一妬骨處安裝光纖光柵傳感器(6)，第五妬骨處安裝光纖光柵傳感器(5)。光源(9)通過(guò)光纖(1000)連接隔離器(15)，隔離器(15)通過(guò)光纖(1001)連接一分三光分路器(11)。一分三光分路器(11)引出光纖(1002)、(1003)、(1004)，光纖(1002)連接到一分二光分路器(19)，一分二光分路器(19)通過(guò)光纖(1007)連接到光纖光柵傳感器￠)，通過(guò)光纖(1008)連接到多光路開(kāi)關(guān)(2);光纖(1003)連接到一分二光分路器(20)，一分二光分路器(20)通過(guò)光纖(1005)連接到光纖光柵傳感器(7)，通過(guò)光纖(1010)連接到多光路開(kāi)關(guān)(2);光纖(1004)連接到一分二光分路器(18)，一分二光分路器(18)通過(guò)光纖(1006)連接到光纖光柵傳感器(5)，通過(guò)光纖(1009)連接到多光路開(kāi)關(guān)(2)。多光路開(kāi)關(guān)(2)通過(guò)光纖(1011)連接到信號(hào)解調(diào)器(3)，信號(hào)解調(diào)器(3)通過(guò)電線(4)連接到計(jì)算機(jī)(8)對(duì)解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，獲得腳底壓力參數(shù)。所述的光纖光柵傳感器(5)、光纖光柵傳感器(6)、光纖光柵傳感器(7)其結(jié)構(gòu)大小以及規(guī)格都相同，均采用光柵(14)封裝于波紋管(12)密封保護(hù)的聚合物(13)基底中，通過(guò)聚合物(13)對(duì)外界壓力的感知傳遞到光柵(14)上實(shí)現(xiàn)壓力增敏。所述的信號(hào)解調(diào)器(3)是基于可調(diào)諧F-P腔法。本實(shí)用新型的有益效果是該裝置尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便測(cè)量與制造，以及高可靠性和長(zhǎng)的使用壽命。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；[0010]圖2為光纖光柵傳感器切面圖；圖3為信號(hào)解調(diào)器原理圖。附圖中1為鞋底；2為多路光開(kāi)關(guān)；3為信號(hào)解調(diào)器；4為電線；5、6、7為三個(gè)相同的光纖光柵傳感器；8為計(jì)算機(jī)；9為光源;10、1000、1001、1002、1003、1004、1005、1006、1007、1008、1009、1010、1011均為光纖；11為一分三光分路器；12為波紋管；13為聚合物；14為光柵；15隔離器；16為探測(cè)器；17為可調(diào)諧F-P腔；18、19、20為一分二光分路器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作詳細(xì)說(shuō)明圖I中，一種基于光纖光柵的腳底壓力測(cè)量裝置,包括鞋底I,光源9,隔離器15,光纖光柵傳感器5、6、7，光分路器11、18、19、20，多光路開(kāi)關(guān)2，信號(hào)解調(diào)器3，計(jì)算機(jī)8。在鞋底I的鞋跟處安裝光纖光柵傳感器7,在第一妬骨處安裝光纖光柵傳感器6,第五妬骨處安裝光纖光柵傳感器5。光源9通過(guò)光纖1000連接隔離器15，隔離器15通過(guò)光纖1001連接一分三光分路器11。一分三光分路器11引出光纖1002、1003、1004，光纖1002連接到一分二光分路器19，一分二光分路器19通過(guò)光纖1007連接到光纖光柵傳感器6，通過(guò)光纖1008連接到多光路開(kāi)關(guān)2 ;光纖1003連接到一分二光分路器20，一分二光分路器20通過(guò)光纖1005連接到光纖光柵傳感器7，通過(guò)光纖1010連接到多光路開(kāi)關(guān)2 ;光纖1004連接到一分二光分路器18，一分二光分路器18通過(guò)光纖1006連接到光纖光柵傳感器5，通過(guò)光纖1009連接到多光路開(kāi)關(guān)2。多光路開(kāi)關(guān)2通過(guò)光纖1011連接到信號(hào)解調(diào)器3，信號(hào)解調(diào)器3通過(guò)電線4連接到計(jì)算機(jī)8對(duì)解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，獲得腳底壓力參數(shù)。圖2為光纖光柵傳感器切面圖，光纖光柵傳感器5、6、7，其結(jié)構(gòu)大小以及規(guī)格都相同，均采用光柵14封裝于波紋管12密封保護(hù)的聚合物13基底中，通過(guò)聚合物13對(duì)外界壓力的感知傳遞到光柵14上實(shí)現(xiàn)壓力增敏。其中的波紋管12與人的腳底直接接觸，當(dāng)光柵14受到相應(yīng)的徑向應(yīng)力時(shí)，會(huì)產(chǎn)生微小形變。圖3以光纖光柵傳感器5和一分二光分路器18為實(shí)施例說(shuō)明信號(hào)解調(diào)器3的解調(diào)原理。信號(hào)解調(diào)器3是基于可調(diào)諧F-P腔法，其解調(diào)系統(tǒng)是由光源9、隔離器15、一分二光分路器18、可調(diào)諧F-P腔17、探測(cè)器16以及光纖光柵傳感器5構(gòu)成。從光源9發(fā)出的光通過(guò)光纖傳輸?shù)礁綦x器15,而后通過(guò)一分二光分路器18傳輸?shù)焦饫w光柵傳感器5,光通過(guò)光纖光柵傳感器5反射，反射光經(jīng)一分二光分路器18傳輸?shù)娇烧{(diào)諧F-P腔17中。調(diào)節(jié)可調(diào)諧F-P腔17的壓電陶瓷電壓使探測(cè)器16探測(cè)到最大光強(qiáng)，此時(shí)，可調(diào)諧F-P腔17的透射波長(zhǎng)與光纖光柵傳感器5反射的波長(zhǎng)重合,從而獲得反射波長(zhǎng)的大小。信號(hào)解調(diào)器3對(duì)光纖光柵傳感器6，光纖光柵傳感器7測(cè)量信號(hào)的解調(diào)與信號(hào)解調(diào)器3對(duì)光纖光柵傳感器5測(cè)量信號(hào)解調(diào)所述實(shí)施例相同。本發(fā)明的工作原理根據(jù)光纖光柵測(cè)量壓力的基本原理，壓力的變化會(huì)引起光纖光柵的柵距和折射率的變化，從而使光纖光柵的反射譜發(fā)生變化。通過(guò)檢測(cè)光纖光柵反射譜或透射譜的變化就可以獲得相應(yīng)的壓力信息。根據(jù)光纖稱(chēng)合模式理論，當(dāng)寬帶光在光纖Bragg光柵中傳輸時(shí)，產(chǎn)生模式耦合，滿(mǎn)足Bragg條件的光被反射人B = 2neff 八[0020]其中，nrff為導(dǎo)模的有效折射率，A為柵格周期。所以，光纖光柵的中心反射波長(zhǎng)入B的改變隨neff和A而改變。當(dāng)光纖光柵徑向產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，由于光柵周期的伸縮和彈光效應(yīng)，光纖光柵的布喇格波長(zhǎng)發(fā)生漂移。當(dāng)徑向應(yīng)力變化(AP)時(shí)，光纖Bragg光柵的反射波長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生變化，可表不成
權(quán)利要求1.一種基于光纖光柵的腳底壓カ測(cè)量裝置，其特征在于，包括鞋底(1)，光源(9)，隔離器(15)，光纖光柵傳感器(5)、(6)、(7)，光分路器(11)、(18)、(19)、(20)，多光路開(kāi)關(guān)(2)，信號(hào)解調(diào)器(3)，計(jì)算機(jī)(8);在鞋底(I)的鞋跟處安裝光纖光柵傳感器(7)，在第一跖骨處安裝光纖光柵傳感器出)，第五跖骨處安裝光纖光柵傳感器(5)，光源(9)通過(guò)光纖(1000)連接隔離器(15)，隔離器(15)通過(guò)光纖(1001)連接一分三光分路器(11)，一分三光分路器(11)引出光纖(1002)、(1003)、(1004)，光纖(1002)連接到一分ニ光分路器(19)，一分ニ光分路器(19)通過(guò)光纖(1007)連接到光纖光柵傳感器￠)，通過(guò)光纖(1008)連接到多光路開(kāi)關(guān)(2);光纖(1003)連接到一分ニ光分路器(20)，一分ニ光分路器(20)通過(guò)光纖(1005)連接到光纖光柵傳感器(7)，通過(guò)光纖(1010)連接到多光路開(kāi)關(guān)(2);光纖(1004)連接到一分ニ光分路器(18)，一分ニ光分路器(18)通過(guò)光纖(1006)連接到光纖光柵傳感器(5)，通過(guò)光纖(1009)連接到多光路開(kāi)關(guān)(2)，多光路開(kāi)關(guān)(2)通過(guò)光纖(1011)連接到信號(hào)解調(diào)器(3)，信號(hào)解調(diào)器(3)通過(guò)電線(4)連接到計(jì)算機(jī)(8)對(duì)解調(diào)后的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，獲得腳底壓カ參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于光纖光柵腳底壓カ測(cè)量裝置，其特征在于所述的 光纖光柵傳感器(5)、光纖光柵傳感器(6)、光纖光柵傳感器(7)其結(jié)構(gòu)大小以及規(guī)格都相 同，均采用光柵(14)封裝于波紋管(12)密封保護(hù)的聚合物(13)基底中，通過(guò)聚合物(13)對(duì)外界壓カ的感知傳遞到光柵(14)上實(shí)現(xiàn)壓力增敏。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種基于光纖光柵腳底壓カ測(cè)量裝置，其特征在于所述的信號(hào)解調(diào)器(3)是基于可調(diào)諧F-P腔法。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于光纖光柵的腳底壓力測(cè)量裝置，包括鞋底、光源、隔離器、光纖光柵傳感器、光分路器、多光路開(kāi)關(guān)、信號(hào)解調(diào)器、計(jì)算機(jī)。在鞋底的鞋跟、第一跖骨以及第五跖骨處分別安裝光纖光柵傳感器。光源發(fā)出的光通過(guò)光纖經(jīng)隔離器和一分三光分路器傳入三處光纖光柵傳感器，三處光纖光柵傳感器受人腳底壓力作用，使反射光波長(zhǎng)發(fā)生漂移，漂移后的反射光通過(guò)一分二光分路器和多光路開(kāi)關(guān)傳入信號(hào)解調(diào)器中進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)后的電信號(hào)通過(guò)電線傳入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理與結(jié)果顯示，獲得人的腳底壓力參數(shù)。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)，適用于相關(guān)足疾診斷、人體步態(tài)分析。
文檔編號(hào)G01L1/24GK202522352SQ20122018031
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者朱家余, 熊稚莉, 鄭元格, 鄭元遼, 陸佳麗, 黃杰 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院