短跑中足底與起跑器間作用力測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于運動輔助訓練技術領域，涉及到短跑運動，具體涉及一種短跑中 足底與起跑器間作用力測量裝置。
【背景技術】
[0002] 短距離賽跑如100m、200m和400m跑，由于比賽時間較短，對運動員來說，千分之一 秒都顯得尤為重要。因此，有效的起跑是取得比賽成功的關鍵因素之一。蹲踞式起跑是國 際上先進主流的短距離起跑方式，它是完整短跑技術的起始技術，影響著后續(xù)技術的發(fā)揮 以及比賽時的心理狀態(tài)。蹲踞式起跑姿勢可以使身體能夠迅速擺脫靜止狀態(tài)，獲得積極的 蹬伸動力及向前最大蹬力，從而為起跑后的加速創(chuàng)造條件。在蹲踞式起跑過程中，當運動員 蹬離起跑器時，腳底幾乎與起跑器垂直，故蹬力最大，加速度也最大，運動員自然就可以迅 速地擺脫靜止狀態(tài)，盡早地達到較高速度。
[0003] 根據(jù)作用力與反作用力的原理，運動員獲得的向前的推動力越大，其起跑加速度 也越大，可以把是否有利于獲得的向前的水平加速度，作為起跑方式好壞的依據(jù)，水平向前 的加速度由離開踏板瞬間的水平?jīng)_量決定，也即力的大小、時間和力的方向，力的方向取決 于踏板和地面的角度。最佳的起跑姿勢要綜合考慮向前的水平推動力、達到最大力所用的 時間和平衡力。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 為了克服現(xiàn)有技術的不足，本實用新型提供一種短跑中足底與起跑器間作用力測 量裝置，在起跑踏板的受力斜面上布置采集足底壓力信息的傳感器，通過對壓力數(shù)據(jù)的分 析，根據(jù)動量守恒定律，可以找到使受訓練者向前的水平推動力越大，保持平衡的切向力最 小，同時用于達到最大力時間最短的起跑方式。
[0005] 本實用新型的技術方案是：本實用新型的短跑中足底與起跑器間作用力測量裝 置，包括三維測力起跑器、步態(tài)識別單元、傳感系統(tǒng)信號處理器，三維測力起跑器的前踏板、 后踏板上分別設有踏板間距采集單元、起跑角度采集單元，在前踏板、后踏板的受力斜面上 均布置了接受足底壓力信息的三維力壓力傳感器，壓力傳感器將采集的信號發(fā)送給傳感系 統(tǒng)信號處理器，與傳感系統(tǒng)信號處理器無線連接的步態(tài)識別單元包括設置于鞋夾層的腳底 壓力傳感器和無線通信單元。所述腳底壓力傳感器每只腳設有五組，鞋夾層的前掌設置三 組用于測量踏板對腳的反作用力，鞋夾層的腳趾部分設置二組用于測量地面對腳的反作用 力。所述傳感系統(tǒng)信號處理器包括依次連接的信號轉(zhuǎn)換放大單元、數(shù)據(jù)處理單元和控制 器，所述控制器用于接收數(shù)據(jù)處理單元輸出的數(shù)據(jù)進行分析計算確定短跑訓練指標的最優(yōu) 數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)處理單元包括數(shù)據(jù)過濾單元、數(shù)據(jù)分類單元、數(shù)據(jù)融合處理單元和數(shù)據(jù)庫單 元，所述數(shù)據(jù)過濾單元用于過濾傳感器采集的錯誤數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)分類單元對過濾后的數(shù) 據(jù)進行分類，數(shù)據(jù)融合處理單元根據(jù)數(shù)據(jù)分類單元的數(shù)據(jù)進行融合處理輸出二維數(shù)據(jù)表， 數(shù)據(jù)庫用于存儲檢測數(shù)據(jù)和標準數(shù)據(jù)。所述傳感系統(tǒng)信號處理器還包括信息輸入單元，所 述信息輸入單元包括短跑運動員信息，信息包括身高、體重、腿部指標和腳步指標。
[0006] 上述壓力傳感器包括圓環(huán)電容單元組和條狀電容單元組，所述條狀電容單元組設 置在圓環(huán)電容單元組外基板的四角，圓環(huán)電容單元組包括兩對以上圓環(huán)電容單元對，所述 圓環(huán)電容單元對包括兩個圓環(huán)電容單元，所述條狀電容單元組包括X方向差動電容單元組 和Y方向差動電容單元組，X方向差動電容單元組和Y方向差動電容單元組均包括兩個以 上相互形成差動的電容單元模塊，所述電容單元模塊是由兩個以上的條狀電容單元組成的 梳齒狀結(jié)構，每個圓環(huán)電容單元和條狀電容單元均包括上極板的驅(qū)動電極和下極板的感應 電極。
[0007] 本實用新型短跑中足底與起跑器間作用力測量裝置，所述每個圓環(huán)電容單元的感 應電極和驅(qū)動電極正對且形狀相同，所述每個條狀電容單元的驅(qū)動電極和感應電極寬度相 同，條狀電容單元的驅(qū)動電極長度大于感應電極長度，條狀電容單元的驅(qū)動電極長度兩端 分別預留左差位S左和右差位S右，b0驅(qū)=b0感+S右+5左，其中b0驅(qū)為條狀電容單元的驅(qū)動 電極長度，b。^為條狀電容單元的感應電極長度。所述條狀電容單元的左差位右差 位S$，且
〖中d。為彈性介質(zhì)厚度，G為彈性介質(zhì)的抗剪模量，t_為最大 應力值。所述兩組相互形成差動的電容單元模塊的條狀電容單元的驅(qū)動電極和感應電極沿 寬度方向設有初始錯位偏移，錯位偏移大小相同、方向相反。所述圓環(huán)電容單元組包括n個 同心圓環(huán)電容單元，其中其中，_為平行板的長度，^為圓環(huán)電容單元圓環(huán)的 、.圓.：.5 圓' 寬度，a50相鄰兩圓環(huán)電容單元之間的電極間距。X方向差動電容單元組和Y方向差動電 容單元組均包括m個條狀電容單元
其中，aT為平行板的長 度，a5 #為相鄰兩條狀電容單元之間的電極間距，a。條狀電容單元的寬度。所述同心圓環(huán)電 容單元的寬度^和條狀電容單元的寬度a。相等；條狀電容單元電極間距a5 #和圓環(huán)電容 單元電極間距a5 0相等，所述條狀電容單元的寬度％ 其中，d。為彈性介質(zhì)厚度，E為 彈性介質(zhì)的楊氏模量，G為彈性介質(zhì)的抗剪模量。所述圓環(huán)電容單元組和條狀電容單元組 的驅(qū)動電極通過一個引出線與傳感系統(tǒng)信號處理器連接，所述圓環(huán)電容單元組的每個圓環(huán) 電容單元的感應電極單獨引線與傳感系統(tǒng)信號處理器連接，所述X方向差動電容單元組和 Y方向差動電容單元組的電容單元模塊感應電極分別通過一根引出線與傳感系統(tǒng)信號處理 器連接。所述圓環(huán)電容單元、電容單元模塊與傳感系統(tǒng)信號處理器之間分別設有中間變換 器，中間變換器用于設置電壓對電容或頻率對電容的傳輸系數(shù)。
[0008] 本實用新型有如下積極效果：本實用新型的短跑輔助訓練裝置，實時測量運動員 在起跑時起跑器的受力過程，綜合考慮向前的水平推動力、達到最大力所用的時間和平衡 力，以獲得最佳的起跑姿勢。另外，本實用新型的傳感器能夠同時測量法向力和切向力，靈 敏度高，極板利用效率高，整個圓環(huán)電容單元組都對法向力作出貢獻，具有較好的動態(tài)性 能。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本實用新型的【具體實施方式】的同心圓環(huán)偏移錯位面積分析圖。
[0010] 圖2是本實用新型的【具體實施方式】的為外同心圓環(huán)錯位對外徑圓分析圖。
[0011] 圖3是本實用新型的【具體實施方式】的平行板電容的平面設計圖。
[0012] 圖4是本實用新型的【具體實施方式】的驅(qū)動電極的結(jié)構圖。
[0013] 圖5是本實用新型的【具體實施方式】的平板電容板的直角坐標系。
[0014] 圖6是本實用新型的【具體實施方式】的兩組圓環(huán)電容組結(jié)構圖。
[0015] 圖7是本實用新型的【具體實施方式】的差動條狀電容單元的初始錯位圖。
[0016]圖8是本實用新型的【具體實施方式】的差動條狀電容單元受力后偏移圖。
[0017]圖9是本實用新型的【具體實施方式】的單元電容對的信號差動示意圖。
[0018] 圖10是本實用新型的【具體實施方式】的平行板電容器剖面結(jié)構。
[0019] 圖11是本實用新型的【具體實施方式】的起跑器結(jié)構圖。
[0020] 其中，1、上PCB基板，2、下PCB基板，3、驅(qū)動電極，4、感應電極，5、彈性介質(zhì)。
【具體實施方式】
[0021] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本實用新型的【具體實施方式】如所涉及的各 構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理、制造工 藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域技術人員對本實用新型的實用 新型構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。
[0022] 本實用新型的主要思路是：蹲踞式起跑中，借助起跑器上的反作用力獲得瞬間的 沖量，沖量決定了起跑最大速度的大小，沖量也即起跑器上的最大受力和達到最大受力的 時間，力和時間的乘積就是沖量，達到最大時間時，足底離開起跑器，這段時間也意味著反 應時間。
[0023] 一種短跑中足底與起跑器間作用力測量裝置，包括三維測力起跑器、步態(tài)識別單 元、傳感系統(tǒng)信號處理器，三維測力起跑器的前踏板、后踏板上分別設有踏板間距采集單 元、起跑角度采集單元，在前踏板、后踏板的受力斜面上均布置了接受足底壓力信息的三維 力壓力傳感器，壓力傳感器將采集的信號發(fā)送給傳感系統(tǒng)信號處理器，與傳感系統(tǒng)信號處 理器無線連接的步態(tài)識別單元包括設置