短跑中足底与起跑器间作用力测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于运动辅助训练技术领域，涉及到短跑运动，具体涉及一种短跑中足底 与起跑器间作用力测量装置。
【背景技术】
[0002] 短距离赛跑如100m、200m和400m跑，由于比赛时间较短，对运动员来说，千分之一 秒都显得尤为重要。因此，有效的起跑是取得比赛成功的关键因素之一。蹲踞式起跑是国 际上先进主流的短距离起跑方式，它是完整短跑技术的起始技术，影响着后续技术的发挥 以及比赛时的心理状态。蹲踞式起跑姿势可以使身体能够迅速摆脱静止状态，获得积极的 蹬伸动力及向前最大蹬力，从而为起跑后的加速创造条件。在蹲踞式起跑过程中，当运动员 蹬离起跑器时，脚底几乎与起跑器垂直，故蹬力最大，加速度也最大，运动员自然就可以迅 速地摆脱静止状态，尽早地达到较高速度。
[0003] 根据作用力与反作用力的原理，运动员获得的向前的推动力越大，其起跑加速度 也越大，可以把是否有利于获得的向前的水平加速度，作为起跑方式好坏的依据，水平向前 的加速度由离开踏板瞬间的水平冲量决定，也即力的大小、时间和力的方向，力的方向取决 于踏板和地面的角度。最佳的起跑姿势要综合考虑向前的水平推动力、达到最大力所用的 时间和平衡力。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种短跑中足底与起跑器间作用力测量装 置，在起跑踏板的受力斜面上布置采集足底压力信息的传感器，通过对压力数据的分析，根 据动量守恒定律，可以找到使受训练者向前的水平推动力越大，保持平衡的切向力最小，同 时用于达到最大力时间最短的起跑方式。
[0005] 本发明的技术方案是：本发明的短跑中足底与起跑器间作用力测量装置，包括三 维测力起跑器、步态识别单元、传感系统信号处理器，三维测力起跑器的前踏板、后踏板上 分别设有踏板间距采集单元、起跑角度采集单元，在前踏板、后踏板的受力斜面上均布置了 接受足底压力信息的三维力压力传感器，压力传感器将采集的信号发送给传感系统信号处 理器，与传感系统信号处理器无线连接的步态识别单元包括设置于鞋夹层的脚底压力传感 器和无线通信单元。所述脚底压力传感器每只脚设有五组，鞋夹层的前掌设置三组用于测 量踏板对脚的反作用力，鞋夹层的脚趾部分设置二组用于测量地面对脚的反作用力。所述 传感系统信号处理器包括依次连接的信号转换放大单元、数据处理单元和控制器，所述控 制器用于接收数据处理单元输出的数据进行分析计算确定短跑训练指标的最优数据，所述 数据处理单元包括数据过滤单元、数据分类单元、数据融合处理单元和数据库单元，所述数 据过滤单元用于过滤传感器采集的错误数据，所述数据分类单元对过滤后的数据进行分 类，数据融合处理单元根据数据分类单元的数据进行融合处理输出二维数据表，数据库用 于存储检测数据和标准数据。所述传感系统信号处理器还包括信息输入单元，所述信息输 入单元包括短跑运动员信息，信息包括身高、体重、腿部指标和脚步指标。
[0006] 上述压力传感器包括圆环电容单元组和条状电容单元组，所述条状电容单元组设 置在圆环电容单元组外基板的四角，圆环电容单元组包括两对以上圆环电容单元对，所述 圆环电容单元对包括两个圆环电容单元，所述条状电容单元组包括X方向差动电容单元组 和Y方向差动电容单元组，X方向差动电容单元组和Y方向差动电容单元组均包括两个以 上相互形成差动的电容单元模块，所述电容单元模块是由两个以上的条状电容单元组成的 梳齿状结构，每个圆环电容单元和条状电容单元均包括上极板的驱动电极和下极板的感应 电极。
[0007] 本发明短跑中足底与起跑器间作用力测量装置，所述每个圆环电容单元的感应电 极和驱动电极正对且形状相同，所述每个条状电容单元的驱动电极和感应电极宽度相同， 条状电容单元的驱动电极长度大于感应电极长度，条状电容单元的驱动电极长度两端分别 预留左差位S左和右差位5右，b0驱=b0感+5右+ 5左，其中b0驱为条状电容单兀的驱动电极 长度，为条状电容单元的感应电极长度。所述条状电容单元的左差位右差位S $，且％之其中d。为弹性介质厚度，G为弹性介质的抗剪模量，t_为最大应力 值。所述两组相互形成差动的电容单元模块的条状电容单元的驱动电极和感应电极沿宽 度方向设有初始错位偏移，错位偏移大小相同、方向相反。所述圆环电容单元组包括n个 同心圆环电容单元，其中
其中，aT为平行板的长度，^为圆环电容单元圆环的 宽度，a50相邻两圆环电容单元之间的电极间距。X方向差动电容单元组和Y方向差动电 容单元组均包括m个条状电容单元，m ? (力-1) 3平/(却+4条)，其中，aT为平行板的长 度，a5 #为相邻两条状电容单元之间的电极间距，a。条状电容单元的宽度。所述同心圆环电 容单元的宽度^和条状电容单元的宽度a。相等；条状电容单元电极间距a 5 #和圆环电容 单元电极间距a5 0相等，所述条状电容单元的宽度a0 其中，d。为弹性介质厚度，E为 弹性介质的杨氏模量，G为弹性介质的抗剪模量。所述圆环电容单元组和条状电容单元组 的驱动电极通过一个引出线与传感系统信号处理器连接，所述圆环电容单元组的每个圆环 电容单元的感应电极单独引线与传感系统信号处理器连接，所述X方向差动电容单元组和 Y方向差动电容单元组的电容单元模块感应电极分别通过一根引出线与传感系统信号处理 器连接。所述圆环电容单元、电容单元模块与传感系统信号处理器之间分别设有中间变换 器，中间变换器用于设置电压对电容或频率对电容的传输系数。
[0008] 本发明有如下积极效果：本发明的短跑辅助训练装置，实时测量运动员在起跑时 起跑器的受力过程，综合考虑向前的水平推动力、达到最大力所用的时间和平衡力，以获得 最佳的起跑姿势。另外，本发明的传感器能够同时测量法向力和切向力，灵敏度高，极板利 用效率高，整个圆环电容单元组都对法向力作出贡献，具有较好的动态性能。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明的【具体实施方式】的同心圆环偏移错位面积分析图。
[0010] 图2是本发明的【具体实施方式】的为外同心圆环错位对外径圆分析图。
[0011] 图3是本发明的【具体实施方式】的平行板电容的平面设计图。
[0012] 图4是本发明的【具体实施方式】的驱动电极的结构图。
[0013]图5是本发明的【具体实施方式】的平板电容板的直角坐标系。
[0014] 图6是本发明的【具体实施方式】的两组圆环电容组结构图。
[0015] 图7是本发明的【具体实施方式】的差动条状电容单元的初始错位图。
[0016] 图8是本发明的【具体实施方式】的差动条状电容单元受力后偏移图。
[0017] 图9是本发明的【具体实施方式】的单元电容对的信号差动示意图。
[0018] 图10是本发明的【具体实施方式】的平行板电容器剖面结构。
[0019] 图11是本发明的【具体实施方式】的起跑器结构图。
[0020] 其中，1、上PCB基板，2、下PCB基板，3、驱动电极，4、感应电极，5、弹性介质。
【具体实施方式】
[0021] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的【具体实施方式】如所涉及的各构件 的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及 操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术 方案有更完整、准确和深入的理解。
[0022] 本发明的主要思路是：蹲踞式起跑中，借助起跑器上的反作用力获得瞬间的冲量， 冲量决定了起跑最大速度的大小，冲量也即起跑器上的最大受力和达到最大受力的时间， 力和时间的乘积就是冲量，达到最大时间时，足底离开起跑器，这段时间也意味着反应时 间。
[0023] 一种短跑中足底与起跑器间作用力测量装置，包括三维测力起跑器、步态识别单 元、传感系统信号处理器，三维测力起跑器的前踏板、后踏板上分别设有踏板间距采集单 元、起跑角度采集单元，在前踏板、后踏板的受力斜面上均布置了接受足底压力信息的三维 力压力传感器，压力传感器将采集的信号发送给传感系统信号处理器，与传感系统信号处 理器无线连接的步态识别单元包括设置于鞋夹层的脚底压力传感器和无线通信