单元，脚底 压力传感器采用三维力压力传感器。
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027] 具体运行流程如下，踏板间距采集单元采集前踏板和后踏板之间的距离、起跑角 度采集单元的前踏板起跑角度和后踏板起跑角度、脚底压力传感器采集的前掌踏板反作用 力和脚趾压力传感器采集的地面的反作用力，以上采集的数据经过信号转换放大单元传送 至数据处理单元，数据处理单元处理后的数据发送至控制器，控制器结合信息输入单元输 入身高、体重、腿部指标和脚步指标等各类详细的数据进行分析处理，得出不同参数的数据 曲线图，推导出最优的踏板间距、前踏板起跑角度和后踏板起跑角度。
[0028] 现有技术采集数据只采集前踏板起跑角度和后踏板起跑角度，本发明同时采集脚 底压力传感器采集的前掌踏板反作用力和地面的反作用力，并对数据进行融合处理，进一 步提升有意效果，同时不同运动员的参数信息分别得出不同的数据曲线图，并能根据不同 运动员的参数预测其推荐的踏板间距、前踏板起跑角度和后踏板起跑角度，这样有效减少 获得最优参数的训练次数和时间。
[0029] 如图11所示，为本发明的起跑器结构图，在起跑器斜面上，建立三维力传感器的 受力空间坐标系，沿斜面向下方向为X轴方向，垂直于斜面方向为Z轴方向，与斜面水平平 行的方向为Y轴方向，取受力的方向为正方向。基于作用力与反作用力的原理，Z与X方向 的合力是运动员借助起跑器而获得的向前主要推动力。运动员获得的向前的推动力越大， 其起跑加速度也就越大，由此可知，FJPF Z的合力是产生向前水平加速度的主动力，所以， 可以把是否有利于获得向前的水平加速度，作为起跑方式好坏的参考依据，而Y轴方向力。 是运动员借助起跑器获得的保持平衡的力，若切向损失的力越小，则运动员越容易保持平 衡。
[0030] 在实际的起跑过程中，虽然短跑追求的是水平速度的该变量，但是任何人在离开 起跑器的过程中，身体都有一个斜向上的运动趋势或者是与水平面有一个角度。因个体的 差异，角度会有所不同。由于与水平面夹角的存在，因此对力进行积分时都要分解成水平和 竖直两个方向上同时积分。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。
[0031] 为了测得运动员作用在踏板上的三维力，将踏板斜面设计成一个测力平台，踏板 斜面与踏板本体之间设置三维力传感器。以下详述本发明的三向力传感器的测量原理：所 述传感器包括圆环电容单元组和条状电容单元组，所述圆环电容单元组用于测切向力和法 向力的大小，所条状电容单元组用于测量切向力的方向，所述条状电容单元组设置在基板 圆环电容单元组外的四角。圆环电容单元组包括两组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，所述电容单元模块采用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。 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和右差位 为条状电容单元的驱动电极长度，b。^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，且其中d。为介质厚度，G为弹性介质的抗 剪模量，Ty_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， 圆环电容单元圆环的宽度，a50相邻两圆环电容电容之间的电极间距。所述电容单元模块采 用梳齿状结构，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， 1)a平/ (30+%条），其中，a平为平行板的长度，a5条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= ^，其中，d。为介质厚度，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 感应电极分别各自通过一个引出线引出与传感系统信号处理器连接。所述圆环电容单元、 电容单元模块和传感系统信号处理器之间分别设有中间变换器，变换器用于设置电压或频 率对电容的传输系数。
[0032] 下面结合附图1-10对本发明的推导和原理，对各部分形状、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。
[0033] 1. 1电容公式及其输入输出特性
[0034] 平行板的初始电容为：
[0035]
[0036] 式中，￡。真空介质电常数为8.85PF/m，e ^ 2. 5为电介质的相对介电常数，A。为 上下极板初始正对面积。（1。受〇 n的激励产生相对变形e n= S n/dQ= 〇 n/E，代入（1)式 得到输入输出特性
[0037]
[0038] 1. 2法向应力作用下的线性度和灵敏度
[0039] 1. 2. 1法向线性度
[0040] (2)式中^在分母中，故Cn= f(Fn)的关系是非线性的。因转换量程中的最大值 〇n_与介质弹性常数E相比，e n是个很小的量，即分母中e n〈〈l，将（2)式按级数展开并 略去二次方以上的高阶无穷小，可简化为：
[0041 ]
[0042] 可见在(；与F n的转换特性中的法向线性度的最大相对误差接近于零。
[0043] 1. 2. 2 灵敏度
[0044] 按法向灵敏度的定义Sn =
[0045] 而按⑵式则
[0046]
[0047] 按（3)式可得线性灵敏度，
[0048]Snl=C〇/AE=e0er/d0E(5)
[0049]Sn2?Fn而变，Fn愈大，Sn2愈大，在整个转换特性上呈轻微非线性。
[0050] 1. 3切向位移和圆环电容器有效面积之间的关系
[0051] 针对同心圆环电容对进行分析，如图1所示，&为外圆半径，R2为内圆半径，r=圆 环宽度=大外圆半径内圆半径私。给驱动电极一个切面上的力匕，导致上下对应的驱 动电极和感应电极产生一个剪切错位，设dx为切面位移，错位面积为S和S#，电极板的初 始正对面积应为Jr(R/-R/)。图2为外同心圆环电容对外径圆分析图，移动前后两圆心距 离为dx，移动前后两圆心和两圆的交点形成一个菱形，可以计算S#的面积：
[0052]
[0053] 上式中，有(^〈〈Ri，所以取（^) 2=〇
[0054]由
[0055] 将?=arccos^啲泰勒级数展开，并略去高次项，
[0056] 上式上式：