本實用新型專利技術涉及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、步態識別單元、傳感系統信號處理器，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送給傳感系統信號處理器，與傳感系統信號處理器無線連接的步態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。本實用新型專利技術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。
【技術實現步驟摘要】
本技術屬于運動輔助訓練
，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。
技術介紹
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，影響著后續技術的發揮 以及比賽時的心理狀態。蹲踞式起跑姿勢可以使身體能夠迅速擺脫靜止狀態，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，盡早地達到較高速度。 根據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，水平向前 的加速度由離開踏板瞬間的水平沖量決定，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。
技術實現思路
為了克服現有技術的不足，本技術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，通過對壓力數據的分 析，根據動量守恒定律，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。 本技術的技術方案是：本技術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、步態識別單元、傳感系統信號處理器，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送給傳感系 統信號處理器，與傳感系統信號處理器無線連接的步態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。所述傳感系統信號處理器包括依次連接的信號轉換放大單元、數據處理單元和控制 器，所述控制器用于接收數據處理單元輸出的數據進行分析計算確定短跑訓練指標的最優 數據，所述數據處理單元包括數據過濾單元、數據分類單元、數據融合處理單元和數據庫單 元，所述數據過濾單元用于過濾傳感器采集的錯誤數據，所述數據分類單元對過濾后的數 據進行分類，數據融合處理單元根據數據分類單元的數據進行融合處理輸出二維數據表， 數據庫用于存儲檢測數據和標準數據。所述傳感系統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。 上述壓力傳感器包括圓環電容單元組和條狀電容單元組，所述條狀電容單元組設 置在圓環電容單元組外基板的四角，圓環電容單元組包括兩對以上圓環電容單元對，所述 圓環電容單元對包括兩個圓環電容單元，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 梳齒狀結構，每個圓環電容單元和條狀電容單元均包括上極板的驅動電極和下極板的感應 電極。 本技術短跑中足底與起跑器間作用力測量裝置，所述每個圓環電容單元的感 應電極和驅動電極正對且形狀相同，所述每個條狀電容單元的驅動電極和感應電極寬度相 同，條狀電容單元的驅動電極長度大于感應電極長度，條狀電容單元的驅動電極長度兩端 分別預留左差位S左和右差位S右，b0驅=b0感+S右+5左，其中b0驅為條狀電容單元的驅動 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。為彈性介質厚度，G為彈性介質的抗剪模量，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。所述圓環電容單元組包括n個 同心圓環電容單元，其中其中，_為平行板的長度，^為圓環電容單元圓環的 、.圓.：.5 圓' 寬度，a50相鄰兩圓環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。為彈性介質厚度，E為 彈性介質的楊氏模量，G為彈性介質的抗剪模量。所述圓環電容單元組和條狀電容單元組 的驅動電極通過一個引出線與傳感系統信號處理器連接，所述圓環電容單元組的每個圓環 電容單元的感應電極單獨引線與傳感系統信號處理器連接，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信號處理 器連接。所述圓環電容單元、電容單元模塊與傳感系統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。 本技術有如下積極效果：本技術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，本技術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，整個圓環電容單元組都對法向力作出貢獻，具有較好的動態性 能。【附圖說明】 圖1是本技術的【具體實施方式】的同心圓環偏移錯位面積分析圖。 圖2是本技術的【具體實施方式】的為外同心圓環錯位對外徑圓分析圖。 圖3是本技術的【具體實施方式】的平行板電容的平面設計圖。 圖4是本技術的【具體實施方式】的驅動電極的結構圖。 圖5是本技術的【具體實施方式】的平板電容板的直角坐標系。 圖6是本技術的【具體實施方式】的兩組圓環電容組結構圖。 圖7是本技術的【具體實施方式】的差動條狀電容單元的初始錯位圖。圖8是本技術的【具體實施方式】的差動條狀電容單元受力后偏移圖。圖9是本技術的【具體實施方式】的單元電容對的信號差動示意圖。 圖10是本技術的【具體實施方式】的平行板電容器剖面結構。 圖11是本技術的【具體實施方式】的起跑器結構圖。 其中，1、上PCB基板，2、下PCB基板，3、驅動電極，4、感應電極，5、彈性介質。【具體實施方式】 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本技術的【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技術的實用 新型構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。 本技術的主要思路是：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本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種短跑中足底與起跑器間作用力測量裝置，其特征在于，包括三維測力起跑器、步態識別單元、傳感系統信號處理器，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送給傳感系統信號處理器，與傳感系統信號處理器無線連接的步態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,所述三維力壓力傳感器包括圓環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電容單元組外基板的四角，圓環電容單元組包括兩對以上圓環電容單元對，所述圓環電容單元對包括兩個圓環電容單元，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構，每個圓環電容單元和條狀電容單元均包括上極板的驅動電極和下極板的感應電極。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：吳月紅，王慧娟，陳明珠，
申請(專利權)人：安徽工程大學，
類型：新型
國別省市：安徽;34
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