阅读说明：本技术 一种矩阵式人体脊椎姿态监测系统 (Matrix human vertebra posture monitoring system ) 是由 魏大鹏 李楠 易元榜 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种矩阵式人体脊椎姿态监测系统,包括监测模块、处理模块、提醒模块和电源模块,所述监测模块包括位于最底层的弯曲应变传感层、位于中间层的扭曲角度传感层和位于最上层的保护壳体,所述弯曲应变传感层设置有多个呈矩阵式排列的横向应变传感器和多个呈矩阵式排列的纵向应变传感器,所述扭曲角度传感层沿纵向设置有多个六轴传感器。本发明一种矩阵式人体脊椎姿态监测系统,通过在监测模块中设计多个呈矩阵式排列的横向应变传感器和多个呈矩阵式排列的纵向应变传感器及多个六轴传感器,可对人体脊椎进行多向的弯曲监测和扭曲监测,不仅监测范围广,而且监测精度高,大大提高了使用效果。(The invention discloses a matrix type human vertebra posture monitoring system which comprises a monitoring module, a processing module, a reminding module and a power module, wherein the monitoring module comprises a bending strain sensing layer positioned at the bottommost layer, a twisting angle sensing layer positioned at a middle layer and a protective shell positioned at the uppermost layer, the bending strain sensing layer is provided with a plurality of transverse strain sensors arranged in a matrix form and a plurality of longitudinal strain sensors arranged in a matrix form, and the twisting angle sensing layer is provided with a plurality of six-axis sensors along the longitudinal direction. According to the matrix human spine posture monitoring system, the plurality of transverse strain sensors arranged in a matrix form, the plurality of longitudinal strain sensors arranged in a matrix form and the plurality of six-axis sensors are designed in the monitoring module, so that the multidirectional bending monitoring and twisting monitoring can be performed on the human spine, the monitoring range is wide, the monitoring precision is high, and the using effect is greatly improved.)

一种矩阵式人体脊椎姿态监测系统

技术领域

本发明涉及人体姿态监测技术领域，特别涉及一种人体脊椎姿态监测系统。

背景技术

随着智能设备如电脑、手机类的普及，越来越多的人加入到“低头族”的行列，这对人体的颈椎、腰椎等是极大考验。青少年自制能力薄弱，容易沉迷于手机电脑中，难以自拔，但***当属身体骨骼发育的黄金期，很多青少年由于在***的不当姿势，导致脊椎长期异常发育，最终形成驼背、脊柱侧弯、颈椎反张等常见病状；而中老年人群脊椎病症要更为复杂和严重，在我国97%的中老年人群都患有脊椎疾病，包括肩颈疼痛、行走困难、头晕、恶心等等，包括长期坐办公室的人员，由于久坐而患有颈椎职业病。

面对颈椎病、腰椎病等脊柱病症发病率持续增高的严峻形势，且越来越年轻化的趋势，所以为避免青少年过早养成不当习惯，影响颈椎、脊椎正常发育，中老群体脊椎病症患者便于发现生活中不良习惯导致脊椎疾病复发，一种基于人体脊椎姿态监测与有效提醒的智能穿戴设备应时而生。

目前的人体脊椎姿态监测装置，多为医院笨重医疗设备，或只具备按摩的小型理疗仪器，又或者是用束缚力强行矫正青少年坐姿的穿戴产品，存在不便携，不准确、不舒服等现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种矩阵式人体脊椎姿态监测系统，其具有小型化、轻量化、可穿戴等优点，可对人体脊椎进行精准的横向和纵向弯曲监测，还可对脊椎的扭曲进行监测。

为了解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：

一种矩阵式人体脊椎姿态监测系统，包括监测模块、处理模块、提醒模块和电源模块，所述监测模块包括位于最底层的弯曲应变传感层、位于中间层的扭曲角度传感层和位于最上层的保护壳体，所述弯曲应变传感层设置有多个呈矩阵式排列的横向应变传感器和多个呈矩阵式排列的纵向应变传感器，所述扭曲角度传感层沿纵向设置有多个六轴传感器。所述监测模块用以监测人体脊椎的姿态变化，所述处理模块用以接收和处理来自监测模块的监测数据并向提醒模块发出控制指令，所述提醒模块用以向用户发出提醒信号，所述电源模块为监测模块、处理模块和提醒模块提供电源。

本发明一种矩阵式人体脊椎姿态监测系统，通过在监测模块中设计多个呈矩阵式排列的横向应变传感器和多个呈矩阵式排列的纵向应变传感器及多个六轴传感器，可对人体脊椎进行多向的弯曲监测和扭曲监测，不仅监测范围广，而且监测精度高，大大提高了使用效果。

作为优选，所述多个横向应变传感器设置为4行2列，以利于保证监测范围和提高监测精度。

作为优选，所述多个纵向应变传感器设置为5行3列，以利于保证监测范围和提高监测精度。

作为优选，所述横向应变传感器和纵向应变传感器的应变片包括矩形状基片、设置在基片上表面上的茸毛状碳纳米墙、设置在碳纳米墙上的若干碳纳米管和连接在碳纳米墙两端的电极，所述基片为柔性绝缘体，所述基片的上表面和碳纳米墙呈谐波状，所述碳纳米管直立设置于碳纳米墙上，所述碳纳米管的长度约为1-10μm，所述若干碳纳米管的分布密度为每平方微米1000-5000根，通过在柔性基片上设置谐波状的碳纳米墙并在碳纳米墙设置若干碳纳米管，在产生弯曲形变时可改变碳纳米管的搭接位置和搭接密度，使得导电的有效长度发生变化，即产生电阻值的变化，从而精准监测到被测物体的弯曲形变。

作为优选，所述碳纳米墙通过化学气相沉积法制得，所述碳纳米墙的厚度为0.5-2μm，可保证反应灵敏和监测的有效性。

作为优选，所述碳纳米墙（8）的波峰到波谷垂直距离为15-20μm，一个谐波周期长度为20-40μm，使得对细微形变进行高灵敏度监测。

作为优选，所述若干碳纳米管通过化学气相沉积法制得，与碳纳米墙结合较好。

作为优选，所述六轴传感器数量为2-5个，可保证监测效果。

作为优选，所述处理模块设置有无线通信单元，可将实时监测数据传输到服务器或者移动终端。

作为优选，所述提醒模块包括振动提醒装置和语音提醒装置，可对用户进行及时提醒。

与现有技术相比，本发明一种矩阵式人体脊椎姿态监测系统的有益效果：通过将监测模块设计为弯曲应变传感层、扭曲角度传感层和保护壳体层，优化了产品结构且提升了监测效果，同时采用多维度的传感监测提高了监测的精准度和有效性，本发明中采用的碳纳米材料应变传感器进一步提升了监测系统的传感性能和产品的轻量化性能。

附图说明：

图1为本发明的原理图。

图2为本发明中监测模块的结构示意图。

图3为本发明中应变传感器的应变片的结构示意图。

图4为本发明中应变传感器的应变片的基片的结构示意图。

其中，图中标记：1为弯曲应变传感层，2为扭曲角度传感层，3为保护壳体，4为横向应变传感器，5为纵向应变传感器，6为六轴传感器，7为基片，8为碳纳米墙，9为碳纳米管，10为电极。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1和图2所示，本发明一种矩阵式人体脊椎姿态监测系统，包括监测模块、处理模块、提醒模块和电源模块，所述监测模块包括位于最底层的弯曲应变传感层1、位于中间层的扭曲角度传感层2和位于最上层的保护壳体3，所述弯曲应变传感层1设置有多个呈矩阵式排列的横向应变传感器4和多个呈矩阵式排列的纵向应变传感器5，所述扭曲角度传感层2沿纵向设置有多个六轴传感器6。所述监测模块用以监测人体脊椎的姿态变化，所述处理模块用以接收和处理来自监测模块的监测数据并向提醒模块发出控制指令，所述提醒模块用以向用户发出提醒信号，所述电源模块为监测模块、处理模块和提醒模块提供电源。

如图1-图4所示，本发明一种矩阵式人体脊椎姿态监测系统中，所述横向应变传感器4和纵向应变传感器5的应变片包括矩形状基片7、设置在基片7上表面上的茸毛状碳纳米墙8、设置在碳纳米墙8上的若干碳纳米管9和连接在碳纳米墙8两端的电极10，所述基片7为柔性绝缘体，所述基片7的上表面和碳纳米墙8呈谐波状，所述碳纳米管9直立设置于碳纳米墙8上，所述碳纳米管9的长度约为1-10μm，所述若干碳纳米管9的分布密度为每平方微米1000-5000根，所述基片7的材质为PDMS硅胶，所述碳纳米墙8的波峰到波谷垂直距离为15-20μm，一个谐波周期长度为20-40μm，所述碳纳米墙8通过化学气相沉积法制得，所述碳纳米墙8的厚度为0.5-2μm，所述若干碳纳米管9通过化学气相沉积法制得，所述六轴传感器6数量为2-5个，这里设计为3个，所述处理模块设置有无线通信单元，所述提醒模块包括振动提醒装置和语音提醒装置。

如图3和图4所示，本发明一种矩阵式人体脊椎姿态监测系统中的应变传感器的应变片，在正常状态下（即不发生任何形变），所述碳纳米墙8波谷两侧的碳纳米管9相互接触点较为稀疏、分散，应变片的电阻值为一固定值Rx。当应变片受外力作用、产生向上或向下的形变时，电阻值会发生一定的变化，具体为：当应变片发生向上形变时，在所述碳纳米墙8波谷处碳纳米管9相互“密集接触”，产生较之正常状态更多的连接通道，同时其导电的有效长度开始减少，根据电阻定律可得，此时的电阻值Rx也因此而变小；反之，当应变片发生向上形变时，在所述碳纳米墙8波谷处碳纳米管9间的接触部分开始减少，较之正常状态，更为稀疏，所以其导电有效长度开始增加，根据电阻定律可得，此时电阻值Rx因此变大。