;在工艺上应 保证b0驱一b0底彡0· 01mm〇
[0073] 为了实现"^和τy不对法向电容响应不产生任何影响，宽度为a。和ka。的条状电 容单元构成一对电容单元对与CR)进行公示推算消除相互之间的影响。保证^在工、 III象限电容单元产生对τχ的电容响应，而在II、IV象限电容单元则产生对τy的电容响应， 以保证四个象限中的电容单元在^和τy切向激励下能产生两组差动电容对。这样在计 算法向电容输出响应时，保证^和τy不对法向电容响应产生任何影响。在图6中CTxI = 心和CτχΙΙΙ=q为转换τx的差动电容对，而CτχΙΙ=CJPCτχ?ν=CR则为转换τy的差动 电容对。
[0074] (2)法向应力和切向力的计算
[0075] 设图6中宽度为a。的条状电容单元在受到切向力τx，产生一个切向位移dx后的 输出电容值为Q，宽度为ka。的条状电容单元在受到切向力τx，产生一个切向位移dx后的 输出电容值为C2,则有：
[0076]
[0077]
[0078]由（15)-(16)得到：
[0081]由（15) *k_ (16)得到：
[0079]
[0080]
[0082]
将（17)代入上式，可以得到：
[0083]
[0084]
[0085]
[0086]
[0087] 上式中，无论是法向激励Fn或切向激励Fy均不对0^产生影响。即自动消除了σn 和^对τx的总输出的耦合或干扰，因为凡是在信号包含相减的运算中，等量和同符号的 电容变化都自动消除。而FjPFJtσn的干扰可通过上层电极在b。方向增加几何长度2δ。 消除。同理可以求出FTy。
[0088] (4)主要材料选择及其特性参数
[0089] 梳齿状平行板电容器的结构剖面图类似于图8所示的三明治结构。图8中1为上 PCB基板，2为下PCB基板，3为驱动电极，4为感应电极，5为弹性介质。极板距(1。= 0. 1mm， 上下基板内侧空间除铜箱电极外，均为用失蜡铸造法充填的PDMS(聚二甲基硅氧烷）超 弹绝缘介质。其机械和物理特性参数为杨氏模量E= 6. 2MPa，而其抗剪弹性模量为G= 4.IMPa，介质极化时相对介电常数εγ = 2. 5。由于介质的E和G远小于铜的弹性模量E铜 =103GPa。故电容器内部介质在应力状态下的变形远大于极板的变形。
[0090] (5)电极引线设计
[0091] 无论是驱动电极或感应电极都需备有引出线，考虑各个驱动电极在信号电平上都 是接地的，故四组驱动电极只需共用同一个引出线。而四个第一条状电容单元组和第二条 状电容单元组的感应电极则需用各自独立的引出线，于是整个电容组件共有至少5个管脚 从平面封装的侧面引出，四个感应电极是指X方向宽度为a。的感应电极和宽度为ka。的感 应电极，以及Y方向宽度为a。的感应电极和宽度为ka。的感应电极，以便整个组件顶部与底 部外表面能方便地与测量对象接触。本实用新型在新材料和新工艺的支撑下，完成了一种 新型三维力敏感电容组合的设计，在10X10mm2的受力面上，无论是法向或切向，都可向介 质较均匀的传递应力。文中四个单元电容呈两对组合分布。在空间力与传感器表面的接触 中外力只有1个，电容响应却有4个，整个电极板都对求Fn做出贡献，同时将两对电容组合 组成系统，又可获得FdPFy的信息，从而完整描述一个三维力。
[0092] 通过改变座角、座高，可直接测出人-车系统接触处（脚蹬、车把及车座）受力，脚 蹬轴上的编码器能跟踪曲柄与脚蹬间的夹角并与三维力测量同步，这样就可通过计算求 得作用于脚蹬上有效力。通过微处理器控制同步发光点，实现动力学测量与运动学测试的 同步，其测试所得的运动学与动力学参数一同并入自行车踏蹬技术诊断反馈系统软件中， 从而实现数据采集、处理、存贮和回放一体化。
[0093] 上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受 上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改 进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种自行车测试车辅助训练装置，其特征在于，包括脚蹬传感器、编码器和传感器系 统信号处理器，编码器安装在脚蹬轴的外端，用于获取任意时刻曲柄与脚蹬间的夹角0，求 解沿曲柄轴方向的无效力及垂直方向的有效力，脚蹬传感器布置在测试车的左右脚蹬上， 获取作用在脚蹬上的三维力，所述脚蹬传感器包括X方向电容单元组和Y方向电容单元组， 所述X方向电容单元组和Y方向电容单元组均包括电容单元模块，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，每个条状电容单元包括上极板的驱动电极和 下极板的感应电极，所述电容单元模块包括由两个以上宽度a。长度b。的条状电容单元组成 的第一条状电容单元组和两个以上宽度ka。长度b。的条状电容单元组成的第二条状电容单 元组。2. 根据权利要求1所述的自行车测试车辅助训练装置，其特征在于，所述装置还包括 车把传感器和车座传感器，用于监测车座和车把上的三维作用力，获取上体的重量分配以 及躯干-手臂系统的用力特征。3. 根据权利要求1所述的自行车测试车辅助训练装置，其特征在于，所述每个条状电 容单元的驱动电极和感应电极宽度相同，驱动电极的长度大于感应电极长度，驱动电极长 度两端分别预留左差位S左和右差位S右，b0驱=b0感+5右+ S左，其中，b0驱为条状电容单元 的驱动电极长度，b。^为条状电容单元的感应电极长度。4. 根据权利要求3所述的自行车测试车辅助训练装置，其特征在于，所述差位S s =其中d。为条状电容单元介质厚度，G为弹性介质的抗剪模量，t _为 最大应力值。5. 根据权利要求1所述的自行车测试车辅助训练装置，其特征在于，所述梳齿状结构 包括20个以上条状电容单元、与条状电容单元一一对应连接的引线，相邻两条状电容单元 之间设有电极间距a5。6. 根据权利要求5所述的自行车测试车辅助训练装置，其特征在于，所述平行板面积S 其中，M为条状电容单元数量，b。为条状电容单元的长度，a。条状电 容单元的宽度。7. 根据权利要求2所述的自行车测试车辅助训练装置，其特征在于，所述第一条状电 容单元组和第二条状电容单元组的条状电容单元引线通过并联方式或者独立连接到传感 系统信号处理器。8. 根据权利要求2所述的自行车测试车辅助训练装置，其特征在于，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。9. 根据权利要求2所述的自行车测试车辅助训练装置，其特征在于，所述第一条状电 容单元组和第二条状电容单元组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。
【专利摘要】本实用新型涉及一种自行车测试车辅助训练装置,包括脚蹬传感器、编码器和传感器系统信号处理器，编码器安装在脚蹬轴的外端，脚蹬传感器布置在测试车的左右脚蹬上，脚蹬传感器包括X方向电容单元组和Y方向电容单元组，X方向电容单元组和Y方向电容单元组均包括电容单元模块，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，每个条状电容单元包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极。本实用新型的自行车测试车辅助训练装置为寻找适合于训练者人体结构特性的坐姿定位以及为所测的每个自行车运动员获得各自最优的车架结构尺寸提供理论依据。
【IPC分类】A63B69/16, G06F17/50
【公开号】CN204972967
【申请号】CN201520563578
【发明人】吴月红, 陈明珠, 王慧娟
【申请人】安徽工程大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年7月28日