一种人体压力阈值检测装置及检测方法

1.本发明涉及生物信号检测领域，具体涉及一种人体压力阈值检测装置及方法。


背景技术：

2.随着人们生活水平的提高，在满足基本功能需求的基础上，人们开始对产品的适用性、宜人性以及舒适性等需求予以更多的关注，使得满足用户使用舒适性需求的产品设计成为当今工业设计领域研究的重要课题，人们对于人体感受方面的人机工程学研究愈发深入，定量感觉测试研究也日益成熟，人体压力阈值的检测便是其中一个研究方向，可以通过检测到的人体压力阈值来制定适合个人舒适度的产品。
3.现有的人体压力阈值检测装置及检测方法存在较多的缺陷，难以快速精准的进行压力阈值测量，如检测装置的传感器在进行检测时，需与人体保持一定的角度，且难以排除装置自重带来的干扰，测量结果的精度较难保证，同时在检测过程中用户无法根据自身感受实时记录检测数据，需要发出声音通知检测者才能进行记录，数据记录易出现延误，且数据需人工另行记录到其它设备上，较为麻烦，还容易出现误触发和误报现象。


技术实现要素：

4.为解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种人体压力阈值检测装置，包括施力探针、压力传感器、手柄和标记打点按键，所述压力传感器一端固定安装在手柄内壁上，压力传感器另一端与手柄不连接，且压力传感器与手柄不连接的一端与手柄内壁保持有间距，所述施力探针一端可拆卸安装在压力传感器与手柄不连接的一端上，施力探针另一端为感应端，施力探针感应端向远离压力传感器的方向延伸至手柄外，所述手柄内设有数据采集系统，数据采集系统与压力传感器连接，标记打点按键位于手柄外，标记打点按键通过数据线与数据采集系统连接。
5.优选的，所述施力探针感应端设有包覆此感应端的海绵。
6.优选的，所述手柄外壁上设有显示屏、置零键、校准键、校准确认键、校准取消键、标定确认键以及退出键，数据采集系统分别与显示屏、置零键、校准键、校准确认键、校准取消键、标定确认键和退出键连接。
7.优选的，所述数据采集系统包括单片机以及与单片机连接的电源电路、按键电路、通信电路和显示屏显示电路，置零键、校准键、校准确认键、校准取消键、标定确认键以及退出键通过按键电路与单片机连接，标记打点按键通过数据线与按键电路连接，显示屏通过显示屏显示电路与单片机连接，通信电路中设有串行接口，上位机通过串行接口与单片机通信连接。
8.一种人体压力阈值检测方法，包括以下步骤：s1：将人体压力阈值检测装置的数据采集系统与上位机连接，被测人员手持标记打点按键，测试人员手持手柄，启动人体压力阈值检测装置，测试人员将施力探针感应端置于被测人员的待测皮肤区域，按下校准键，此时数据采集系统识别压力传感器零点变化上
传至上位机，上位机对压力传感器进行零点校准，人体压力阈值检测装置的显示屏显示校准情况，校准完成后按下校准确定键，确定压力传感器现位置为零点；s2：测试人员通过施力探针对被测人员施加压力，数据采集系统接收施力探针获取的压力数值并上传至上位机，上位机采用分段拟合处理所获取的压力数值，输出实时压力数值曲线；s3：当被检测人员感受到所施加的压力到达使自己出现舒缓或不适或疼痛的感觉时，被检测人员按下标记打点按键进行对应感觉下压力数据的标记记录，检测人员确认所标记记录的压力数据为被检测人员想要标记记录的数据后，按下标定确认键确认并保存标记；s4：当所施加压力到达被检测人员的压力承受阈值后，停止施加压力，按下人体压力阈值检测装置的退出键结束检测，整理分析所获取的压力数值。
9.优选的，当需要更换检测区域时，可根据需要更换不同规格的施力探针，进行步骤s1-s4。
10.本发明具有的有益效果为：1、本发明由软件系统识别传感器零点变化，经滑动滤波方式和蠕变检测及零点追踪实现，能够以高精度施加压力，并且手持装置的任何方向改变不会影响数据结果。
11.2、本发明传感器探针可拆卸更换，通过更换不同规格的传感器探针实现在不同的人体皮肤表面（如耳廓内部、鼻翼等）区域进行压力阈值测量。
12.3、数据处理通过平滑滤波、中值滤波，保持数据的精度和稳定性，排除施力硬件自重带来的干扰。数据处理分度值设计，实行分段拟合，标定时通过对数据分段数据检测，根据高低值域不同段的数据特征进行相应的补偿调整。通过追零控制、追零范围自动调整、蠕变跟踪范围设计、动态跟踪范围计算来控制传感器的温度漂移，蠕变误差、外界环境震动等干扰因素，保证无论产品在哪一种量程范围下，都可以实现数据高精度的测量。
13.4、使用串口和上位机，适配不同电脑机型，方便携带。
14.5、本发明具有数据标定锁定设计，被检测人根据自身感受按下标记打点按键，锁定压力数值，待检测人员确认后上传保存，保证了数据的实时性、准确性，并防止误触发和误报现象。
附图说明
15.图1为本发明整体结构示意图；图2为本发明手柄内部结构示意图；图3为本发明数据采集系统流程示意图；图4为本发明单片机电路示意图；图5为本发明按键电路示意图；图6为本发明电源电路示意图；图7为本发明通信电路示意图；图8为本发明显示屏电路示意图。
16.图中标号：1-施力探针、2-手持手柄、21-显示屏、3-标记打点按键、4-压力传感器。
具体实施方式
17.为使本发明更为清楚、明白，以下结合附图说明和具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，应当理解，所给出的实施例仅仅为实现方式的一种，并不代表所有实施例。
18.结合附图1-8，一种人体压力阈值检测装置，包括施力探针1、压力传感器4、手柄2和标记打点按键3，所述压力传感器4一端固定安装在手柄2内壁上，压力传感器4另一端与手柄2不连接，且压力传感器4与手柄2不连接的一端与手柄2内壁保持有间距，所述施力探针1一端可拆卸安装在压力传感器4与手柄2不连接的一端上，施力探针1另一端为感应端，施力探针1感应端向远离压力传感器4的方向延伸至手柄2外，所述手柄2内设有数据采集系统，数据采集系统与压力传感器4连接，标记打点按键3位于手柄2外，标记打点按键3通过数据线与数据采集系统连接。
19.再具体的，压力传感器4与手柄2可通过螺栓连接，手柄2上设有螺纹孔，压力传感器4一端设有与螺纹孔匹配的第二螺纹孔，手柄2设置螺纹孔处壳体高于手柄2内壁，从而使压力传感器4安装后与手柄2内壁保持一定间距，压力传感器4远离第一螺纹孔的一端呈悬空状态，压力传感器4与施力探针1连接端设有第二螺纹孔，施力探针1连接端外壁设有与第二螺纹孔匹配的螺纹，施力探针1与压力传感器4 通过螺纹连接，更换施力探针1时将其从压力传感器4上螺纹拧下或拧紧即可。
20.具体的，所述施力探针1感应端设有包覆此感应端的海绵，对人体皮肤进行一定的保护。
21.具体的，所述手柄2外壁上设有显示屏21、置零键、校准键、校准确认键、校准取消键、标定确认键以及退出键，数据采集系统分别与显示屏21、置零键、校准键、校准确认键、校准取消键、标定确认键和退出键连接。
22.具体的，结合附图3-8，所述数据采集系统包括单片机以及与单片机连接的电源电路、按键电路、通信电路和显示屏显示电路，置零键、校准键、校准确认键、校准取消键、标定确认键以及退出键通过按键电路与单片机连接，标记打点按键3通过数据线与按键电路连接，标记打点按键3即标定键，显示屏21通过显示屏显示电路与单片机连接，通信电路中设有串行接口，上位机通过串行接口与单片机通信连接。
23.一种人体压力阈值检测方法，包括以下步骤：s1：将人体压力阈值检测装置的数据采集系统与上位机连接，被测人员手持标记打点按键3，测试人员手持手柄2，启动人体压力阈值检测装置，测试人员将施力探针1感应端置于被测人员的待测皮肤区域，按下校准键，此时数据采集系统识别压力传感器4零点变化上传至上位机，上位机对压力传感器4进行零点校准，人体压力阈值检测装置的显示屏21显示校准情况，校准完成后按下校准确定键，确定压力传感器4现位置为零点，由于人体存在应激性，在进行压力检测中压力施加到较大时，被检测人员极易因不适产生应激反应，如进行躲闪，影响检测效果，必要时需采用固定物件对被测人员进行行动限制，避免其因应激反应影响检测结果；具体的，上位机对采集的数据进行滤波处理，降低噪声干扰得到合理的压力数值，排除施力探针1等施力硬件自重对压力数值带来的干扰，同时进行压力检测时施力探针1会给压力传感器4一个压力作用，压力传感器4连接施力探针1的一端为悬空状态，因此压力传
感器4受到施力探针1的作用时会出现一定的弹性形变，对压力数值的精准度造成影响，上位机通过蠕变检测对压力数值进行处理，提高检测精度；不同的产品中能够对人体皮肤产生压力的构件的施压角度是不同的，为能检测出符合产品使用时的压力数值，需要将施力探针1与人体皮肤呈一定的角度进行检测，而压力传感器4的零点位置是一定的，检测到的压力数值是以压力传感器4初始零点位置为基准获得的，当人体压力阈值检测装置在进行不同角度检测时，压力传感器4的位置也随之改变，此时压力传感器4检测位置偏离初始零点位置，所检测到的压力数值并非以当前压力传感器4的位置为基准获得，压力数值出现偏差，不符合试验需求，同时在不同检测角度下，施力探针1等施力硬件的自重也会对压力传感器4的检测造成影响，因此本发明的检测装置通过追零控制进行压力传感器4的零点校准，解决上述问题，再具体的，人体压力阈值检测装置在开启后，上位机检测压力传感器4当前位置电压与零点位置电压的差值，利用这一差值对压力传感器4实时检测压力时的电压进行修正，以修正后的电压作为压力传感器4的检测条件，使压力传感器4当前位置为零点，实现零点校准。
24.s2：测试人员通过施力探针1对被测人员施加压力，数据采集系统接收施力探针1获取的压力数值并上传至上位机，上位机采用分段拟合处理所获取的压力数值，输出实时压力数值曲线；具体的，数据处理分度值设计，实行分段拟合，设定高低值域不同段的分段区间，区间包括0-5n、5-10n、10-15n、15-20n、20-30n、30-40n、40-50n、50-100n、100-150n、150-200n、200-250n、250-300n、300-340n以及340n以上，每一个分段区间内所测压力数值精度不同，如所测压力数值处于0-5n区间内时，测试压力值与实际压力值之间的误差不超过0.03n，所获得的测试压力值也可以精准至小数点后两位，当所测压力数值较大，如处于300-340n区间时，0.0几n的误差可忽略不计，所测压力数值超340n时精度趋于稳定，利用分段拟合处理压力数值以保证低量程内数据的稳定。
25.s3：当被检测人员感受到所施加的压力到达使自己出现舒缓或不适或疼痛的感觉时，被检测人员按下标记打点按键3进行对应感觉下压力数据的标记记录，检测人员确认所标记记录的压力数据为被检测人员想要标记记录的数据后，按下标定确认键确认并保存标记；s4：当所施加压力到达被检测人员的压力承受阈值后，停止施加压力，按下人体压力阈值检测装置的退出键结束检测，整理分析所获取的压力数值。
26.具体的，当需要更换检测区域时，可根据需要更换不同规格的施力探针1，进行步骤s1-s4。
27.再具体的，数据处理时通过追零控制、追零范围自动调整、蠕变跟踪范围设计、动态跟踪范围计算来控制压力传感器4的温度漂移，蠕变误差、外界环境震动等干扰因素，保证无论产品在哪一种量程范围下，都可以实现数据高精度的测量。
28.以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，但不受上述实施方式限制，应当明白，对于本领域的普通技术人员来说，可以在不脱离本发明精神和范围的前提下，对本发明进行各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。