专利名称：三维力传感器及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三维力传感器，特别是一种能够感测足底在空间中所受到的力在 该空间中沿相互正交的三个方向分解力的三维传感器，属传感器领域。
背景技术：
人体在静止站立或者动态行走时，在自身重力的作用下，足底受到一个地面的反 作用力，这个力就是足底压力。当人体足部结构发生一些病变或功能障碍以及当人体 运动状态发生变化时，足底压力和压强分布都会发生相应的改变。通过对人体在静止 或动态过程中的足底压力和压强分布的研究，可以揭示步态的运动特性和动力性特 征。通过对不同状态下的足底压力参数进行分析研究，可以揭示不同的足底压力分布 特征和模式与人体运动以及足部疾病的关系。该技术在步态研究、足疾诊断等领域具 有广泛应用。
现阶段，市场已有几种足底压力分布测量系统，如德国Novel公司的Pedar、美 国Tekscan公司的F-Scan、比利时Rsscan公司的insole和德国Medilogic公司的 足底压力测量系统等等。上述测量系统所采用的传感器技术各有千秋，主要采用了压 敏半导体传感器技术、压敏电阻式传感器技术和压变电容式传感器技术。具体产品中 的传感器阵列主要采用了网格状布置，以达到较大的有效测量面积。
上述已经取得实际应用的足底压力测量领域的各类传感器都局限于垂直于足底 方向的二维压力，有关用于足底与鞋底、地面的切向方向压力检测的传感器系统还不 成熟。目前产品的另一个局限在与还不能胜任田径运动员剧烈活动状态下足底三维压 力的测量。
本发明所提出的能够将足底在空间中所受到的力在该空间中沿相互正交的三个 方向分解的鞋钉套件，能够同时测量足底所承受的垂直方向的力以及足底所承受的切 向方向的力，而且能够获得运动员剧烈活动状态下足底的有效三维压力数据。
发明内容
本发明涉及一种三维力传感器及其应用，本三维力传感器能传感三维力，用作鞋 钉能够传感足底在空间中所受到的力在该空间中沿相互正交的三个方向的分解力。
为达到上述目的，本发明釆用下述技术方案
一种三维力传感器，包括传力底柱、顶盖、测力薄膜及其引出导线，其特征在于-(1) 所述传力底柱有固定成一体的圆柱头；
(2) —个套壳的内圆与所述传力底柱的圆柱头紧密配合而两者上端面齐平；
(3) 所述顶盖的内圆与所述套壳的外圆紧密配合而盖住所述套壳和所述传力底柱 的圆柱头；
(4) 在所述传力底柱圆柱头的端面和圆柱面上粘贴所述的测力薄膜，所述顶盖端 面上有穿孔，连接测力薄膜的引出导线从该穿孔引出。
上述的传力底柱圆柱头的圆柱面上粘贴的测力薄膜共有四块沿圆柱头的圆柱面 周向均布，所述顶盖端面的穿孔也共有4个，穿孔的圆心沿对应于所述圆柱头外圆的 圆周上周向均布，而且四个穿孔分别对准所述四块测力薄膜位置。
上述的传力底柱圆柱头的端面只粘贴一块测力薄膜，位于该端面中心位置。
上述的测力薄膜材料为高分子材料聚偏氟乙烯。
上述引出导线为低噪声的导线。
上述传力底柱的下端为尖锥体。
一种上述的三维力传感器的应用，其特征在于用作鞋一地间三维测力的鞋钉组 件，其传力底柱构成鞋钉，而套壳和顶盖一起构成鞋钉座。
上述的应用中，采用的三维力传感器的传力底柱下端为尖锥体，其尖顶传感垂直 力，而锥面传感侧向力。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点
本发明提供的三维力传感器由粘贴于传力底柱圆柱头端面的测力薄膜感测垂直 力，而该圆柱头的圆柱面上还周向均布粘贴测力薄膜，能感测与垂直线相互正交的两 个正交分量。本发明的三维力传感器用作鞋钉，能够感测足底在空间中所受到的力在 该空间中沿相互正交的三个方向分解力。
图1是本发明一个实施例的三维力传感器结构示意图。
图2是图1示例中传力底柱的零件生产图。
图3是图2的仰视图。
图4是图1示例中套壳的零件生产图。
图5是图4中A-A处剖面图。
图6是图1示例中顶盖的零件生产图。
图7是图6中A-A处剖面图。—图8是传力底柱下端为尖锥体而受垂直力的三维力传感器外形图。 图9是传力底柱下端为尖锥体而受侧向力的三维力传感器外形图。
具体实施例方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下
参见图l，本三维传感器包括传力底柱6、顶盖l、测力薄膜4及其引出导线3。 传力底柱6有固定成一体的圆柱头7。 一个套壳5的内圆与传力底柱6的圆柱头7紧 密结合而两者上端面齐平。顶盖1的内圆与套壳5的外圆紧密配合而盖住套壳5和传 力底柱6的圆柱头。传力底柱6圆柱头7的端面和圆柱面上粘贴测力薄膜4，顶盖l 端面上有穿孔2，连接测力薄膜4的引出导线3从该穿孔2引出。
上述传力底柱6圆柱头7和圆柱面上共粘贴四块沿周向均布的测力薄膜4，顶盖 1端面上的穿孔2也共有4个，穿孔2的圆心沿对应于圆柱头7外圆的圆周上周向均 布，而且四个穿孔2分别对准四块测力薄膜4位置。
上述传力底柱6圆柱头7的端面只粘贴一块测力薄膜4，位于该端面中心位置。
上述测力薄膜4材料为高分子材料聚偏氟乙烯。引出导线3为低噪声的导线。
上述传力底柱6的生产用零件图示于图2和图3。
上述的套壳5的生产用零件图示于图4和图5。
上述的顶盖1的生产用零件图示于图6和图7。
本三维力传感器的一个应用是用作鞋一地间三维测力的鞋钉组件，其传力底柱6 构成鞋钉，而套壳5和顶盖1 一起构成鞋钉座。
参见图8和图9，上述的应用中，采用的三维力传感器的传力底柱6下端为尖锥 体，其尖顶传感垂直力(图8)，而锥面传感侧向力(图9)。
权利要求
1.一种三维力传感器，包括传力底柱(6)、顶盖(1)、测力薄膜(4)及其引出导线(3)，其特征在于a.所述传力底柱(6)有固定成一体的圆柱头(7)；b.一个套壳(5)的内圆与所述传力底柱(6)的圆柱头(7)紧密配合而两者上端面齐平；c.所述顶盖(1)的内圆与所述套壳(5)的外圆紧密配合而盖住所述套壳(5)和所述传力底柱(6)的圆柱头(7)；d.在所述传力底柱(6)圆柱头(7)的端面和圆柱面上粘贴所述的测力薄膜(4)，所述顶盖(1)端面上有穿孔(2)，连接测力薄膜(4)的引出导线(3)从该穿孔(2)引出。
2. 根据权利要求1所述的三维力传感器，其特征在于所述传力底柱(6)圆柱头(7) 的圆柱面上粘贴的测力薄膜(4)共有四块沿圆柱头(7)的圆柱面周向均布，所 述顶盖(1)端面的穿孔(2)也共有4个，穿孔(2)的圆心沿对应于所述圆柱 头(7)外圆的圆周上周向均布，而且四个穿孔(2)分别对准所述四块测力薄膜(4)位置。
3. 根据权利要求1所述的三维力传感器，其特征在于所述传力底柱(6)圆柱头(7) 的端面只粘贴一块测力薄膜(4)，位于该端面中心位置。
4. 根据权利要求1、或2、或3所述的三维力传感器，其特征在于所述测力薄膜(4) 材料为高分子材料聚偏氟乙烯。
5. 根据权利要求4所述的三维力传感器，其特征在于所述引出导线(3)为低噪声 的导线。
6. 根据权利要求1所述的三维力传感器，其特征在于所述传力底柱(6)的下端为 尖锥体。
7. —种根据权利要求l所述的三维力传感器的应用，其特征在于用作鞋一地间三维 测力的鞋钉组件，其传力底柱(6)构成鞋钉，而套壳(5)和顶盖(1) 一起构 成鞋钉座。
8. 根据权利要求7所述的三维力传感器的应用，其特征在于采用的三维力传感器的 传力底柱(6)下端为尖锥体，其尖顶传感垂直力，而锥面传感侧向力。
全文摘要
本发明涉及一种三维力传感器及其应用。本传感器包括传力底柱、顶盖、测力薄膜及其引出导线，传力底柱有固定成一体的圆柱头；一个套壳的内圆与传力底柱的圆柱头紧密配合而两者上端齐平；顶盖的内圆与套壳的外圆紧密配合，而盖住套壳和传力底柱的圆柱头；传力底柱圆柱头的端面和圆柱面上粘贴测力薄膜，顶盖端面上有穿孔，连接测力薄膜的引出导线从该穿孔引出。本传感器能感测垂直力和侧向力，用作鞋钉，能够感测足底在空间中所受到的力在该空间中沿相互正交的三个方向分解力。
文档编号A43B13/00GK101308053SQ20081004000
公开日2008年11月19日 申请日期2008年7月1日 优先权日2008年7月1日
发明者严壮志, 刘书朋, 文 司, 朱翔明, 许以诚, 斌 邵, 红 顾 申请人:上海大学;上海体育科学研究所