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一种测定鞋内压力分布的新装置

时间:2010-05-06 11:56 来源: http://china.wooshoes.com 作者: 站西鞋城网 浏览:

   【站西城网-鞋业新闻】 尽管对足与地面之间的相互作用已有很多研究,但至今尚未对足与鞋之间的相互作用进行过全面的研究。因为许多足病都是由鞋内的反常压力所引起的,因此对后者的研究当然就十分重要了。考虑到这一点。本文作者制做了:1)嵌入硅像胶的499个压电陶瓷传感器矩阵,该矩阵可置入10号鞋内的鞋垫中;2)当这个矩阵以最高瞬时分辨率工作时,处理该矩阵每秒发出约100,000个8位二进制数时所必需的采集数据、数据处理和数据显示系统。关于组成这种系统的各种硬件和软件在本卷另一篇论文中有简要的论述(Hennig等人,),而在别的文章(Cavanagh和,Ae;Hennig等人)中有更为详细的描述。    由于这种原型设备的研究已基本完成,所以作者开始对正常男性受试者穿跑鞋步行时所产生的垂直接触应力分布(即压力分布)进行了试点性的研究。本文包括了这项研究所取得的一些初步成果。 脚底三维测力台 研究者设计了一种仪器,用来同时测量足底垂直、纵向、横向的力。它由十六个单独的传感器组成,排列成 4*4的方阵,其中每个传感器的上表面都是边长2.5cm的正方形。取样的速度为37赫兹,持续时间为2秒。仪器在静态和动态情况下都校准过,表现出了极强的线性关系和极小的滞后作用,测试的结果与应用的负荷十分一致。将测得的各个方向的力矢量求和,通过定性分析,发现所得的结果与标准测力台测得的吻合。    这种测力仪器的测试范围是10.5cm*10.5cm, 每一个传感器都是由铝制的一个中空的轴柱和一个s形的悬臂构成,虽然面积较小,但测前脚掌已经足够了。因为表面的材料会影响足与接触面的摩擦力,所以制造者在铝表面镀了一层特殊材料,以适合不同的接触面。 每一个轴柱包含六个惠斯通电桥,其中四个测量剪切力,两个测量垂直力。数据输入端通过接口与计算机相连,经过程序处理后得到三个方向的力值。 这种仪器经过对四名糖尿病患者的测试后,证明可以同时测量垂直力和剪切力,这对医学及力学的实验研究方法的改进有着非常大的帮助。 用高精度压电陶瓷力传感器测量压力分布,在很多步态研究中,重要的是应该确定:1)作用于脚的合力的数值、方向和作用点;2)力在整个脚底面上的空间分布状况。Lord曾考察过近一百年来为测定这些数值所做的大量试验。   本文描述一种新的压电装置,该装置以比过去更高的空间和时间分辨率研究在脚底面和鞋垫之间所产生的垂直接触应力的分布。另外还有一篇论文(Cavanagh等人)报导了用这种装置研究步行的情况。 用于测量跑步或步行时,在脚底和鞋垫之间产生的应力垂直分量分布的一种新的压电装置。对用于该装置的每个面积约为23毫米2的传感器所进行的实验表明,这些传感器能接受1赫至千赫的压应力脉冲,应力峰值可达1500kPa,精度为百分之几。由于这些应力和应力分布梯度是各种各样人体动作的典型特征,所以很显然,早在研究步态时,发展起来的这种技术可以应用于生物力学的领域。还要指出,因为压电陶瓷一般具有1011-1012牛顿/米2的杨氏弹性模量,所以对一切实用目的而言,现今的传感器被认为是不可压缩的。因此,通过控制用于埋置传感器的基体材料的数量和柔性,就可以建立具有足够柔性和足够不可压缩性的传感器阵列,使它们不致扰乱研究中的步态型式。 

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