其中^为x轴转动角度，WY为y轴转动角度，W#z轴转动角度；aX。为x轴方向 测得的相对加速度，aY。为y轴方向测得的相对加速度，aZ。为z轴方向测得的相对加速度。 aX为以大地为参考的x方向的绝度加速度，aY为以大地为参考的y方向的绝对加速度，aZ 为以大地为参考的z方向的绝度加速度。坐标系绕x轴旋转时的坐标参数矩阵表达式：
[0026]
[0027] 坐标系绕y轴旋转时的坐标参数矩阵表达式：
[0028]
[0029] 坐标系绕z轴旋转时的坐标参数矩阵表达式：
[0030]
[0031] 同时绕x，y，z轴时有，Re=RiX^XI^其矩阵表达式： 「nrml
[0034] 得出X，Y，Z三个方向的绝对加速度为
[0035]
[0036] 基于以上算法，通过PC机程序的运算，就可将本装置直接测量得到的三轴相对加 速度转换为绝对加速度，从而实现结果的输出。
[0037] 测试方法：
[0038] 每名受试者均通过固定绑带携带6个传感装置，传感装置1用于采集前庭加速度 信号，被要求放置于头部；传感装置2放置在背部骨盆附近的位置，因为研究证明可以将骨 盆视为人体的中心，放置在这里的传感器所采集到的信号反映出了人体重心的加速度变化 情况；传感装置3-4放置于腕关节处；传感装置5-6放置于踝关节处，可以反映出四肢的摆 动加速度变化情况。具体测试方法如下：
[0039] 1.姿态稳定测试。受试者站在指定位置（硬地），需较舒适的站立，双手放于两侧， 双脚并拢，测试时间30秒。然后闭眼，测试30秒。
[0040] 2.感觉整合平衡测试。受试者站在10cm厚的软垫上，双手放于两侧，双脚并拢，测 试时间30秒。然后闭眼，测试30秒。
[0041] 3.步态评估行走测试。目的是测量全身步态（头、躯干、四肢）、不对称性、变化性 及转向情况。选择至少10米长的步道做行走测试，受试者需较舒适的站立，等待指令后开 始行走，在完成至少8米直线的常速行走，然后进行180度转弯，立即快速度往回走，回到起 点，测试结束。
[0042] 其中硬地站立动作测试，不但可以作为测试的准备动作，更主要的是提供了被测 者站立时的静态加速度信号，获得标准化数据。在实际的测试过程中，被测者在运动过程中 往往仍要受到重力等因素的干扰，而在评估人体运动平衡状态的过程中这些信号是没有意 义的，应该滤去。此时，只需通过不同站立模式（硬地闭眼、软垫睁眼和闭眼），以及运动过 程中的加速度信号与硬地静止站立动作所提供的加速度信号相减，就可以得到评估平衡能 力所需要的数据。这个试验中包括了诸多日常生活中的常见动作，如静立，正常速度行走， 快速行走，转弯等，这些可以进一步对人体步态进行分析。
[0043] 平衡能力及步态的评估：
[0044] (1)静态平衡能力的评估
[0045] 将硬地站立动作测试中静态加速度信号，作为标准化数据。通过不同站立模式 (硬地闭眼、软垫睁眼和闭眼）下的加速度信号与硬地静止站立动作所提供的加速度信号 相减，差值绝对值越小，静态平衡能力越好。
[0046] (2)运动平衡能力的评估
[0047] 将同一轴向的加速度幅值分奇偶步进行统计，将其总和记为Ao、Ad，二者的比值可 以有效地反映行进过程中人体的平衡状况，其值越接近1，说明人体的运动平衡能力越好。
[0048] (3)步态的评估
[0049] 通常健康人正常行走的步态具有很强的规律性和对称性，而患有神经病变与骨骼 肌肉系统等疾病的人，都会造成步态的不规律和不对称，即异常步态。同样，步态分析可以 用Ao、Ad二者的比值，反映步态对称性，其值越接近1，说明步态越对称。
【主权项】
1. 一种便携式平衡能力及步态分析传感装置，其特征在于：包括三轴加速度传感器、 三轴陀螺仪、数据处理芯片、PC机和供电电源，数据处理芯片上设置有拨动开关； 三轴加速度传感器用于检测相对三轴加速度，并将检测结果传输至数据处理芯片； 三轴陀螺仪用于检测相对角加速度，并将检测结果传输至数据处理芯片； 数据处理芯片接收三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传输的数据，并通过蓝牙传输模块 或串口通信模块将接收的数据传输至PC机； PC机通过控件接收数据处理芯片传输的数据，然后进行处理分析，并显示和保存； 供电电源用于提供电源。2. 根据权利要求1所述的一种便携式平衡能力及步态分析传感装置，其特征在于：所 述蓝牙传输模块的工作频段选为2. 4GHz的ISM频段。3. 根据权利要求1所述的一种便携式平衡能力及步态分析传感装置，其特征在于：所 述供电电源包括锂电池和与锂电池相连的锂电池管理芯片，锂电池管理芯片采用TP4056， 锂电池管理芯片上设置有用于充电的USB接口。4. 根据权利要求1所述的一种便携式平衡能力及步态分析传感装置，其特征在于：还 包括一壳体和一固定绑带，三轴加速度传感器、三轴陀螺仪和数据处理芯片集成在壳体内， 壳体固定在固定绑带上。
【专利摘要】本发明属于传感器装置技术领域，具体公开了一种便携式平衡能力及步态分析传感装置。本发明的装置中，三轴加速度传感器用于检测相对三轴加速度，并将检测结果传输至数据处理芯片；三轴陀螺仪用于检测相对角加速度，并将检测结果传输至数据处理芯片；数据处理芯片接收三轴加速度传感器、三轴陀螺仪传输的数据，通过蓝牙传输模块或串口通信模块将接收的数据传输至PC机；PC机通过控件接收数据处理芯片传输的数据，然后进行处理分析；本发明根据得出的三轴相对加速度和转动角度，通过PC机运算，获得三轴绝对加速度值，通过测量人体三个方向上的加速度信号，来评估的人体的平衡能力及步态特征，本装置操作成本较低，数据处理简单，适合推广使用。
【IPC分类】A61B5/11, A61B5/00
【公开号】CN105105756
【申请号】CN201510442217
【发明人】吴成亮, 王承玥, 向家俊
【申请人】重庆三峡学院
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月24日