定位鞋质量评价方法的探讨

林宏，苏辉，刘煜，黄蕊慰，黄淑华

（1.广东省惠州市质量计量监督检测所，广东 惠州 516000；2.国家鞋材及鞋产品质量监督检验中心（广东），广东 惠州 516321）

1 前言

定位鞋是指能提供LBS 位置信息的可穿戴式设备，大多采用LBS基站、GPS、北斗卫星或SWB 无线多通道高精度定位技术，利用移动互联网通讯技术，通过将定位芯片内置于鞋子某个部位，提供探测范围、定位精度、抗干扰性、通道效应等，将信息同步于手机APP 端，实现对穿戴者的信息化、智能化的远程实时监护。定位鞋拥有隐蔽性相对较好、丢失和遗忘率较低等优势，逐渐得到了消费者的青睐和认可。然而，市场上的定位鞋质量可谓参差不齐，时常出现断底、开胶、定位失灵、损坏等质量问题，而且，国内外没有相关的质量评价标准，因此，给我国消费者的选购带来一定的困惑。为了满足人们对定位鞋的需求，提高定位鞋的档次，扩大定位鞋在国内外的市场份额，不仅需要定位鞋制造企业改进生产工艺，提升产品质量，更需要相关市场监管部门客观评价定位鞋的各种性能指标，加强对定位鞋的质量监管。笔者根据多年从事质量检验的经验，探寻影响定位芯片和鞋的关键质量项目，参考国内外的相关质量标准要求并对其进行了研究、整合，提出定位鞋质量评价的方法，用于判定定位鞋是否达到消费者预期功能的要求。

2 方法确定部分

2.1 定位鞋的组成及款式

定位鞋是由定位芯片和鞋组成的，按鞋的款式分可以分为：定位休闲鞋、定位旅游鞋、定位皮鞋等。定位芯片一般镶嵌在鞋舌、后帮或者鞋底（见图1）。

图1 三种定位芯片的镶嵌位置

2.2 鞋的质量标准体系

目前定位鞋所涉及的鞋产品质量标准有QB/T 2955-2017 休闲鞋[1]、GB/T 15107-2013 旅游鞋[2]、QB/T 4331-2012 儿童旅游鞋[3]等等。

2.3 定位芯片的质量标准体系

目前国内外没有定位芯片相关的质量标准，通过标准检索，国内现行有效的定位芯片相关的产品标准有：GB/T 37344-2019 可穿戴产品应用服务框架[4]、GB/T37037-2018可穿戴产品数据规范[5]、GB/T 35766-2017 地图导航定位产品通用规范[6]、DB44/T 1557-2015 移动智能终端软件安全性测试规范[7]、DB44/T578-2009 卫星定位汽车行驶记录仪通用技术规范[8]、GB/T 19392-2003 汽车GPS 导航系统通用规范[9]、GB/T 19056-2012 汽车行驶记录仪[10]等。

2.4 定位鞋质量评价方法确定的建议

通过对定位鞋质量进行反复试验，并对定位芯片相关的质量评价标准进行了研究、整合，笔者认为定位鞋的质量需从鞋产品的质量及定位芯片的质量入手考虑，鞋产品的质量我们有现行有效的质量标准来评价，而定位芯片我们可以参考、整合现有的定位芯片质量标准体系，建议从定位芯片的接收灵敏度、定位精度、在鞋内气候环境及机械环境的适应性、静电放电抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、表面抗腐蚀等方面考虑。

3 试验设计部分

3.1 鞋产品的质量要求

应符合对应鞋产品的标准要求。如定位旅游鞋应符合GB 30585[11]、QB/T 4331[3]、GB/T 15107[2]的要求，定位休闲鞋应符合GB 30585[11]、QB/T 2955[1]的要求，定位皮鞋应符合GB 30585[11]、QB/T 1002[12]、QB/T 2880[13]的要求等。

3.2 定位芯片的质量要求

通过参考、研究及整合现有的定位芯片质量标准体系，建议从定位芯片的接收灵敏度、定位精度、在鞋内气候环境及机械环境的适应性、静电放电抗扰度、射频电磁场辐射抗扰度、表面抗腐蚀对定位芯片的质量进行评价，具体如下：

3.2.1 接收灵敏度[8]

接收灵敏度就是接收机能够正确地把有用信号拿出来的最小信号接收功率。无线传输的接收灵敏度类似于人们沟通交谈时的听力，提高信号的接收灵敏度可使无线产品具有更强地捕获弱信号的能力。这样，随着传输距离的增加，接收信号变弱，高灵敏度的无线产品仍可以接收数据，维持稳定连接，大幅提高传输距离。普通产品的接收灵敏度一般为-85 dBm，而专业的接收机的接收灵敏度可以达到-120 dBm，每增加3dB，接收灵敏度提高一倍。因此，为了使定位鞋能发挥应有的作用，其接收灵敏度必须达到-120 dBm[14]。

（1）主要仪器

模拟卫星信号测试所用设备：多体制卫星导航信号源NSS8030（模拟北斗二号卫星导航系统、GPS 卫星导航系统、Glonass 卫星导航系统、Galileo 卫星导航系统下行导航信号的设备。包括信号源控制软件和信号生成单元两部分）、锥形小暗室。

真实卫星信号测试所用设备：卫星高精度定位检测软件、北斗RTK接收机。

（2）试验方法

在定位芯片所属卫星接收模块中接入标准的卫星信号，从-100 dBm 开始逐步减小输入信号，直到不能输出定位信息为止。此时信号的大小即为接收机的灵敏度。

（3）性能要求

定位芯片的接收灵敏度优于-120 dBm。

3.2.2 定位精度[8]

定位精度是指空间实体位置信息（通常为坐标）与其真实位置之间的接近程度。位置信息越接近真实位置说明精度越高。一般情况下，定位鞋产品会在鞋盒或者其他显著位置标识定位精度，如定位精度15 米等。

（1）主要仪器

模拟卫星信号测试所用设备：多体制卫星导航信号源NSS8030（模拟北斗二号卫星导航系统、GPS 卫星导航系统、Glonass 卫星导航系统、Galileo 卫星导航系统下行导航信号的设备。包括信号源控制软件和信号生成单元两部分）、锥形小暗室。

真实卫星信号测试所用设备：卫星高精度定位检测软件、北斗RTK接收机。

（2）试验方法

连续测试超过1000 组数据，定位芯片所确定的穿戴者位置至少95%与实际位置的偏差不大于标称定位精度的米数。

（3）性能要求

定位芯片所确定的穿戴者位置与实际位置的偏差不小于产品标称的定位精度。

3.3 定位芯片在鞋内气候环境的适应性[8]

由于定位芯片镶嵌在鞋底、鞋舌或鞋后帮上，其工作环境较其他可穿戴设备恶劣，因此，需要我们模拟其可能的工作环境，试验后，确认其电气是否会出现故障和机壳、插接器等是否会发生变形以及记录反馈功能是否还能正常工作。气候环境试验包括：高温试验、低温试验、高低温冲击试验、恒定湿热试验。

3.3.1 高温试验[8]

高温试验是把试样暴露在高温且空气干燥的环境中进行的试验，其目的是确定定位芯片在高温条件下储存和工作的适应性。

（1）主要仪器

恒温恒湿箱SH-01F。

（2）试验方法

先对定位芯片进行预处理：定位芯片按正常工作方式接入信号，接入1.25 倍的标称电源电压正常工作。将连接完毕的定位芯片放入高温试验箱，在（+70±2）℃的温度下连续放置72 h，其间定位芯片1 h 接通电源，1 小时断开电源，连续通、断电循环直至试验结束。

（3）性能要求

试验结束后，定位芯片无任何电气故障，机壳、插接器等不应有严重变形；其记录功能、存储功能、与手机同步功能等应保持正常；试验前存储的信息不应丢失或改变。

3.3.2 低温试验[8]

低温试验是把试样暴露在低温且空气干燥的环境中进行的试验，其目的是确定定位芯片在低温条件下储存和工作的适应性。

（1）主要仪器

低温试验箱WD270B。

（2）试验方法

先对定位芯片进行预处理：定位芯片按正常工作方式接入0.85 倍的标称电源电压正常工作。将连接完毕的定位芯片放入低温试验箱，在（-20±2）℃的温度下连续放置72 h，其间定位芯片1 h 接通电源，1 h 断开电源，连续通、断电循环直至试验结束。

（3）性能要求

试验结束后，定位芯片无任何电气故障，机壳、插接器等不应有严重变形；其记录功能、存储功能、与手机同步功能等应保持正常；试验前存储的信息不应丢失或改变。

3.3.3 高低温冲击试验[8]

高低温冲击试验是把试样暴露在一个温度急速变化的环境中进行的试验，利用物体中所含物质在不同温度情况下因热胀冷缩所产生的应力来确定定位芯片在高低温冲击条件下储存和工作的适应性。

（1）主要仪器

步入式高低温湿热试验室SEWTH-Z-080US。

（2）试验方法

首先，在2.5 h 内将放有待测定位芯片的试验箱降温至（-40±2）℃，保持2 h；然后，在1.5 h 内将该试验箱升温至（+85±2）℃，保持2 h；最后，1.5 h 内将该试验箱降温至（+23±5）℃，保持2 h。按这个程序循环4 次，即总时间为24 h。

（3）性能要求

试验结束后，定位芯片无任何电气故障，机壳、插接器等不应有严重变形；其记录功能、存储功能、与手机同步功能等应保持正常；试验前存储的信息不应丢失或改变。

3.3.4 恒定湿热试验[8]

（1）主要仪器

恒温恒湿箱SH-01F。

（2）试验方法

将已按正常工作方式接入信号，但处于不通电状态下的定位芯片放入试验箱。定位芯片在温度为（+40±2）℃，相对湿度为（90～95）%非冷凝环境中保持24 h 后，接通定位芯片标称电源电压，在正常工作状态再保持24 h。整个周期为48 h。

（3）性能要求

试验结束后，定位芯片无任何电气故障，机壳、插接器等不应有严重变形；其记录功能、存储功能、与手机同步功能等应保持正常；试验前存储的信息不应丢失或改变。

3.4 定位芯片在鞋内机械环境的适应性[8]

由于鞋在穿着过程中会出现震动、冲击等机械环境，因此，需要我们模拟其可能的工作情况，试验后，确认其有无永久性结构变形，零部件有无损坏，有无电气故障，紧固部件有无松脱现象，插头、通信接口等接插件有无脱落或接触不良现象，其记录功能、存储功能、与手机同步功能等是否保持正常，试验前存储的信息是否丢失。机械环境试验包括：震动试验、冲击试验。

3.4.1 震动试验[8]

振动试验是指评定产品在预期的使用环境中抗振能力而对受振动的实物或模型进行的试验，其目的是确定定位芯片在规定的震动条件下储存和工作的适应性。

（1）主要仪器

振动试验系统R0100S-SP600。

（2）试验方法

将定位芯片按X、Y、Z 三个互相垂直的轴线上进行震动试验，振动频率从5 Hz 到300 Hz，扫频速度1otc/min，其中（5～11）Hz 频段范围内时，振幅为10 mm；（11～300）Hz 频段范围内时，振动加速度值为50 m/s2，每个轴向震动试验时长均为8 h。

（3）性能要求

试验结束后，定位芯片无永久性结构变形，零部件无损坏，无电气故障，紧固部件无松脱现象，插头、通信接口等接插件无脱落或接触不良现象，其记录功能、存储功能、与手机同步功能等保持正常，试验前存储的信息不应丢失。

3.4.2 冲击试验[8]

冲击试验是确定设备在经受外力冲撞或作用时产品的安全性、可靠性和有效性的一种试验方法，其目的是确定定位芯片在规定的冲击条件下储存和工作的适应性。

（1）主要仪器

气动垂直冲击试验台SY11-100。

（2）试验方法

将定位芯片除面板外的各个面用峰值加速度为490 m/s2、脉冲持续时间为11 ms 的冲击锤各冲击三次。

（3）性能要求

试验结束后，定位芯片无永久性结构变形，零部件无损坏，无电气故障，紧固部件无松脱现象，插头、通信接口等接插件无脱落或接触不良现象，其记录功能、存储功能、与手机同步功能等保持正常，试验前存储的信息不应丢失。

3.5 静电放电抗扰度[8]

在低湿度情况下，通过摩擦等因素，使人体积累了电荷。当带有电荷的人与设备接触时，就可能产生静电放电。静电放电可能直接通过能量交换引起半导体器件的损坏或者放电所引起的电场与磁场变化，造成设备的误动作，其目的是确定定位芯片的抗静电干扰的能力。

3.5.1 主要仪器

静电放电测试仪NSG438。

3.5.2 试验方法

将待测定位芯片通电并使其正常工作，机壳按使用要求接地。放电点选择在正常使用定位芯片时操作人员易触及的表面进行放电试验，试验速率为2s 放电1 次，每个放电点应对正极性或负极性各放电10 次，试验等级为3 级。

3.5.3 性能要求

试验中及试验后定位芯片不应出现电气故障，信息记录功能应正常，存储的信息不应丢失或发生变化。

3.6 射频电磁场辐射抗扰度[8]

射频辐射电磁场对设备的干扰往往是由使用移动电话、无线电台、电视发射台、移动无线电发射机等电磁辐射源产生的（以上属有意发射），或者由汽车点火装置、电焊机、晶闸管整流器、荧光灯工作时产生的寄生辐射（以上属无意发射）产生。其目的是确定定位芯片的抗射频辐射电磁场干扰的能力。

3.6.1 主要仪器

高频信号发生器SMB100A、宽带功率放大器BBA150-D400、功率计NRP-Z81、高增益对数周期天线HL046E。

3.6.2 试验方法

试验按GB/T 17626.3-2016[15]中规定的方法进行，试验等级为3 级。

3.6.3 性能要求

试验中及试验后定位芯片不应出现电气故障，信息记录功能应正常，存储的信息不应丢失或发生变化。

3.7 表面抗腐蚀[8]

抗腐蚀性是指金属材料抵抗周围介质腐蚀破坏作用的能力，其目的是确定定位芯片文字标识在汗液等环境中的抗腐蚀能力。

3.7.1 主要仪器

人工汗液、棉布

3.7.2 试验方法

用蘸有人工汗液的干净棉布连续擦拭定位芯片表面的文字标识15 秒。

3.7.3 性能要求

试验后，定位芯片表面的文字、图形、标志符号不应有变化。

4 测试部分

4.1 样品

按定位芯片安装位置可以分为鞋底式定位鞋、鞋舌式定位鞋、后帮式定位鞋；按鞋产品类别可以分为休闲鞋、旅游鞋、皮鞋等。我们在市场上随机各购买3 双鞋子进行检测，测试结果见表1、表2。

表1 鞋产品质量测试数据

表2 定位芯片质量测试数据

4.2 结果分析

通过测试，由表1 和表2 数据可以看出，所选定位鞋产品所检项目均能满足试验设计的指标要求。

5 结语

通过对定位鞋质量进行反复试验，并对定位芯片相关的质量评价标准进行了研究、整合，寻求共性，我们参照相关现行有效的标准方法设计出了定位鞋的检验项目、试验方法及性能要求，然后随机购买市场上的定位鞋产品按试验设计要求进行检验，未发现与定位鞋质量无关的检验项目以及高于现有质量指标的项目，笔者认为此质量评价方法可以用来客观、全面的评价定位鞋质量，判定其是否达到消费者预期功能的要求。