于鞋夾層的腳底壓力傳感器和無線通信單元，腳底 壓力傳感器采用三維力壓力傳感器。
[0024] 所述腳底壓力傳感器每只腳設(shè)有五組，鞋夾層的前掌設(shè)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(shè)置二組用于測量地面對腳的反作用力。
[0025] 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(jìn)行分析計(jì)算確定短跑訓(xùn)練指標(biāo)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(cuò)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(jìn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。
[0026] 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(yùn)動 員信息，信息包括身高、體重、腿部指標(biāo)和腳步指標(biāo)。
[0027] 具體運(yùn)行流程如下，踏板間距采集單元采集前踏板和后踏板之間的距離、起跑角 度采集單元的前踏板起跑角度和后踏板起跑角度、腳底壓力傳感器采集的前掌踏板反作用 力和腳趾壓力傳感器采集的地面的反作用力，以上采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換放大單元傳送 至數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至控制器，控制器結(jié)合信息輸入單元輸 入身高、體重、腿部指標(biāo)和腳步指標(biāo)等各類詳細(xì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得出不同參數(shù)的數(shù)據(jù) 曲線圖，推導(dǎo)出最優(yōu)的踏板間距、前踏板起跑角度和后踏板起跑角度。
[0028] 現(xiàn)有技術(shù)采集數(shù)據(jù)只采集前踏板起跑角度和后踏板起跑角度，本實(shí)用新型同時(shí)采 集腳底壓力傳感器采集的前掌踏板反作用力和地面的反作用力，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理， 進(jìn)一步提升有意效果，同時(shí)不同運(yùn)動員的參數(shù)信息分別得出不同的數(shù)據(jù)曲線圖，并能根據(jù) 不同運(yùn)動員的參數(shù)預(yù)測其推薦的踏板間距、前踏板起跑角度和后踏板起跑角度，這樣有效 減少獲得最優(yōu)參數(shù)的訓(xùn)練次數(shù)和時(shí)間。
[0029] 如圖11所示，為本實(shí)用新型的起跑器結(jié)構(gòu)圖，在起跑器斜面上，建立三維力傳感 器的受力空間坐標(biāo)系，沿斜面向下方向?yàn)閄軸方向，垂直于斜面方向?yàn)閆軸方向，與斜面水 平平行的方向?yàn)閅軸方向，取受力的方向?yàn)檎较?。基于作用力與反作用力的原理，Z與X 方向的合力是運(yùn)動員借助起跑器而獲得的向前主要推動力。運(yùn)動員獲得的向前的推動力越 大，其起跑加速度也就越大，由此可知，F(xiàn)jP Fz的合力是產(chǎn)生向前水平加速度的主動力，所 以，可以把是否有利于獲得向前的水平加速度，作為起跑方式好壞的參考依據(jù)，而Y軸方向 力F y是運(yùn)動員借助起跑器獲得的保持平衡的力，若切向損失的力越小，則運(yùn)動員越容易保 持平衡。
[0030] 在實(shí)際的起跑過程中，雖然短跑追求的是水平速度的該變量，但是任何人在離開 起跑器的過程中，身體都有一個(gè)斜向上的運(yùn)動趨勢或者是與水平面有一個(gè)角度。因個(gè)體的 差異，角度會有所不同。由于與水平面夾角的存在，因此對力進(jìn)行積分時(shí)都要分解成水平和 豎直兩個(gè)方向上同時(shí)積分。根據(jù)動量守恒定律，可以找到使受訓(xùn)練者向前的水平推動力越 大，保持平衡的切向力最小，同時(shí)用于達(dá)到最大力時(shí)間最短的起跑方式。
[0031] 為了測得運(yùn)動員作用在踏板上的三維力，將踏板斜面設(shè)計(jì)成一個(gè)測力平臺，踏板 斜面與踏板本體之間設(shè)置三維力傳感器。以下詳述本實(shí)用新型的三向力傳感器的測量原 理：所述傳感器包括圓環(huán)電容單元組和條狀電容單元組，所述圓環(huán)電容單元組用于測切向 力和法向力的大小，所條狀電容單元組用于測量切向力的方向，所述條狀電容單元組設(shè)置 在基板圓環(huán)電容單元組外的四角。圓環(huán)電容單元組包括兩組以上圓環(huán)電容單元對，所述圓 環(huán)電容單元對包括兩個(gè)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(gè)以上相 互形成差動的電容單元模塊，所述電容單元模塊采用由兩個(gè)以上的條狀電容單元組成的梳 齒狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)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(yīng)電 極。所述每個(gè)圓環(huán)電容單元的感應(yīng)電極和驅(qū)動電極正對且形狀相同，所述每個(gè)條狀電容單 元的驅(qū)動電極和感應(yīng)電極寬度相同，條狀電容單元的驅(qū)動電極長度大于感應(yīng)電極長度，條 狀電容單元的驅(qū)動電極長度兩端分別預(yù)留左差位S左和右差位5右，13 0驅(qū)=b0感+5右+ 5左， 其中b"g為條狀電容單元的驅(qū)動電極長度，為條狀電容單元的感應(yīng)電極長度。所述條狀 電容單元的左差位右差位，且其中d。為介質(zhì)厚度，G為彈性介質(zhì) 的抗剪模量，Ty_為最大應(yīng)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(yīng)電極沿寬度方向設(shè)有初始錯(cuò)位偏移，錯(cuò)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(gè)同心圓環(huán)電容單元，其中n=^^，其中，_為平行板的長度， ^為圓環(huán)電容單元圓環(huán)的寬度，a5 0相鄰兩圓環(huán)電容電容之間的電極間距。所述電容單元 模塊采用梳齒狀結(jié)構(gòu)，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(gè)條狀電 容單元，m ? (VI- 平/(ao+as條h其中，a平為平行板的長度，a5條為相鄰兩條狀電容 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r0和條狀電 容單元的寬度a。相等；條狀電容單元電極間距a 5 #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七其中，d。為介質(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(gè)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(gè)圓環(huán)電容單元的感應(yīng)電極單獨(dú)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(yīng)電極分別各自通過一個(gè)引出線引出與傳感系統(tǒng)信號處理器連接。所述圓環(huán)電容 單元、電容單元模塊和傳感系統(tǒng)信號處理器之間分別設(shè)有中間變換器，變換器用于設(shè)置電 壓或頻率對電容的傳輸系數(shù)。
[0032] 下面結(jié)合附圖1-10對本實(shí)用新型的推導(dǎo)和原理，對各部分形狀、構(gòu)造、各部分之 間的相互位置及連接關(guān)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(jìn)一 步詳細(xì)的說明。
[0033] 1. 1電容公式及其輸入輸出特性
[0034] 平行板的初始電容為：
[0035]
[0036] 式中，￡。真空介質(zhì)電常數(shù)為8.85PF/m，e ^ 2. 5為電介質(zhì)的相對介電常數(shù)，A。為 上下極板初始正對面積。（1。受〇 n的激勵(lì)產(chǎn)生相對變形e n= S n/dQ= 〇 n/E，代入（1)式 得到輸入輸出特性
[0037]
[0038] 1. 2法向應(yīng)力作用下的線性度和靈敏度
[0039] 1. 2. 1法向線性度
[0040] (2)式中^在分母中，故Cn= f(Fn)的關(guān)系是非線性的。因轉(zhuǎn)換量程中的最大值 〇n_與介質(zhì)彈性常數(shù)E相比，e n是個(gè)很小的量，即分母中e n〈〈l，將（2)式按級數(shù)展開并 略去二次方以上的高階無窮小，可簡化為：
[0041 ]
[0042] 可見在(；與F n的轉(zhuǎn)換特性中的法向線性度的最大相對誤差接近于零。
[0043] 1. 2. 2 靈敏度
[0044] 按法向靈敏度的定義S
[0045] 而按⑵式則
[0046]
[0047] 按（3)式可得線性靈敏度，
[0048] Snl=C〇/AE= e0er/d0E (5)
[0049] Sn2?Fn而變，F(xiàn) n愈大，Sn2愈大，在整個(gè)轉(zhuǎn)換特性上呈輕微非線性。
[0050] 1. 3切向位移和圓環(huán)電容器有效面積之間的關(guān)系
[0051] 針對同心圓環(huán)電容對進(jìn)行分析，如圖1所示，&為外圓半徑，R2為內(nèi)圓半徑，r=圓 環(huán)寬度=大外圓半徑內(nèi)圓半徑私。給驅(qū)動電極一個(gè)切面上的力匕，導(dǎo)致上下對應(yīng)的驅(qū) 動電極和感應(yīng)電極產(chǎn)生一個(gè)剪切錯(cuò)位，設(shè)d x為切面位移，錯(cuò)位面積為S 和S#，電極板的初 始正對面積應(yīng)為Jr (R/-R/)。圖2為外同心圓環(huán)電容對外徑圓分析圖，移動前后兩圓心距 離為dx，移動前后兩圓心和兩圓的交點(diǎn)形成一個(gè)菱形，可以計(jì)算S#的面積：
[0052]
[0053]
[0054]
[0055]
[0056]
[0057]問理，口」