本期干貨我們將從足底壓力測(cè)試從起源和詞源入手，介紹足底壓力測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，解釋與之相關(guān)的基本的生物力學(xué)概念，并介紹XSENSOR步道式與鞋墊式壓力測(cè)試系統(tǒng)是如何在運(yùn)動(dòng)應(yīng)用中發(fā)揮作用的。
 
Catalog目錄
1、介紹
足底壓力測(cè)試的發(fā)展歷程
負(fù)重運(yùn)動(dòng)學(xué)
 
2、什么是足底壓力分布測(cè)試技術(shù)？
傳感器類型
傳感器特點(diǎn)
技術(shù)規(guī)格
 
3、基礎(chǔ)生物力學(xué)：力與壓強(qiáng)
什么是人體運(yùn)動(dòng)？
基礎(chǔ)生物力學(xué)：動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)
了解力（壓強(qiáng)）與時(shí)間曲線
質(zhì)量中心（COM）與壓力中心（COP）
 
4、硬件和軟件：步道式和鞋墊式壓力測(cè)試系統(tǒng)
步道式和鞋墊式壓力測(cè)試系統(tǒng): 概述
步道式壓力測(cè)試系統(tǒng)：特性和規(guī)格
鞋墊式壓力測(cè)試系統(tǒng): 特性和規(guī)格
Xsensor軟件：測(cè)量與分析
兩種設(shè)備在運(yùn)動(dòng)應(yīng)用中使用方法的差異
 
5、結(jié)論
 
1、足底壓力測(cè)試
足底壓力測(cè)試背后的技術(shù)，被稱為足壓測(cè)量法或足底照相術(shù)，已經(jīng)被應(yīng)用了數(shù)十年。
在臨床上，該技術(shù)主要被用于分析患有肢體畸形以及有病理步態(tài)患者的足底壓力分布情況和步態(tài)情況。在實(shí)驗(yàn)研究上，該技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)會(huì)作為一種生物力學(xué)變量，與運(yùn)動(dòng)捕捉和表面肌電圖等其他技術(shù)結(jié)合分析足底壓力測(cè)試背后的技術(shù)，被稱為足壓測(cè)量法或足底照相術(shù)，已經(jīng)被應(yīng)用了數(shù)十年。
 
同時(shí)，足底壓力測(cè)試技術(shù)也被集中應(yīng)用在為糖尿病患者定制矯形器以及管理峰值壓力，幫助糖尿病患者減輕或預(yù)防壓力性損傷。
 
在實(shí)驗(yàn)研究中，足底壓力測(cè)試主要被作為一種整合方法。相比于測(cè)力臺(tái)和運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)，許多臨床醫(yī)生會(huì)更樂意使用足底壓力測(cè)試技術(shù)。
在過去，生物力學(xué)研究采用的是還原論方法，比如研究運(yùn)動(dòng)是如何發(fā)生的（運(yùn)動(dòng)學(xué)）和為什么會(huì)發(fā)生（動(dòng)力學(xué)），而很少會(huì)關(guān)注運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)是如何通過足部功能表現(xiàn)出來(lái)的。
 
2、什么是足底壓力分布測(cè)試技術(shù)
足底壓力測(cè)試技術(shù)是測(cè)量位于腳底和腳趾之間的一組特定傳感器上的壓力。
首先，讓我們看看這些系統(tǒng)在測(cè)量什么樣的數(shù)據(jù)和指標(biāo)。有兩種方式，直接測(cè)量或間接測(cè)量：    
考慮到這一點(diǎn)，我們來(lái)看看這些系統(tǒng)背后的技術(shù)。技術(shù)因素可以分為以下三類：

• 技術(shù)特性：指在給定系統(tǒng)中實(shí)際使用的傳感器。
• 傳感器特性：指與測(cè)量精度有關(guān)的具體參數(shù)。
• 傳感器類型：指與數(shù)據(jù)的管理、質(zhì)量和傳輸相關(guān)的一系列特性。

   
傳感器類型
用于足底壓力測(cè)試的傳感器有不同的類型。我們將重點(diǎn)討論最常用的兩種：電容式和電阻式。
 
電容式傳感器又稱電容傳感器，其特點(diǎn)是由兩塊帶電的導(dǎo)電材料制成的薄板。兩片薄板之間有一層絕緣彈性層（稱為介電層）隔開，一旦施加外力，介電層就會(huì)彎曲，導(dǎo)致兩片薄板壓縮。壓縮會(huì)縮短兩片薄板之間的距離，同時(shí)電容增大，電壓的變化就是所測(cè)量的值。  
電阻式傳感器由封裝在兩個(gè)電極之間的導(dǎo)電薄膜制成。
 
這類傳感器中最常用的是力感電阻器（FSR），它由導(dǎo)電聚合物層制成，在施加壓力時(shí)電阻會(huì)減小，從而導(dǎo)致通過電阻傳感器的電流增加。相比于電阻式傳感器，電容式傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)足底壓力進(jìn)行精確的定量評(píng)估，因?yàn)樾��?zhǔn)曲線是為矩陣中的每個(gè)傳感器制定的。  
例如，XSENSOR 壓力測(cè)試系統(tǒng)就使用了電容式傳感器。
 
傳感器特性

• 要確定壓力傳感傳感器的精度水平，需要考慮三個(gè)主要參數(shù)：滯后性、非線性和非重復(fù)性。
• 傳感器的總體精度可定義為在受控條件下傳感器測(cè)量值與理想值的最大偏差。
• 滯后性是指?jìng)鞲衅髟诜�(wěn)定加載和卸載時(shí)輸出信號(hào)的差異。
• 非線性是測(cè)量曲線與參考直線的最大偏差；它是傳感器對(duì)施加壓力的反應(yīng)，顯示了信號(hào)處理電路的簡(jiǎn)單程度。
• 非重復(fù)性是指對(duì)同一壓力進(jìn)行的不同后續(xù)測(cè)量時(shí)輸出信號(hào)的變化程度。
• 較小的非重復(fù)性誤差（即高重復(fù)性）是足底壓力測(cè)量系統(tǒng)的基本特征。

   
3、力與壓強(qiáng)
動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)都是物理學(xué)中研究物體運(yùn)動(dòng)的領(lǐng)域。在分析運(yùn)動(dòng)并描述運(yùn)動(dòng)發(fā)生的原因和方式時(shí)，我們需要了解它們之間的區(qū)別。
動(dòng)力學(xué)關(guān)注運(yùn)動(dòng)本身的根本原因（為什么會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)）；而運(yùn)動(dòng)學(xué)則關(guān)注描述人體運(yùn)動(dòng)（運(yùn)動(dòng)如何發(fā)生），運(yùn)動(dòng)學(xué)專注于不涉及力的數(shù)字描述。
在這種情況下，力（F）和壓強(qiáng)（p）都需要從動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)看待。
力和壓強(qiáng)是兩個(gè)互補(bǔ)的指標(biāo)，可深入了解人體表現(xiàn)的各個(gè)方面，并有助于預(yù)防損傷和個(gè)性化訓(xùn)練。
在物理學(xué)術(shù)語(yǔ)中，力（F）代表一個(gè)矢量，意味著它有大小和方向；另一方面，壓強(qiáng)（p）是一個(gè)標(biāo)量，因?yàn)樗�只由一個(gè)代表其大小的數(shù)字來(lái)定義。力被定義為直線推力或拉力，通常用磅（lbs）或牛頓（N）表示，它是兩個(gè)物體之間相互作用的結(jié)果。  
壓強(qiáng)的定義是力除以作用面積；以帕斯卡（Pa）為單位，相當(dāng)于每平方米一牛頓（N/m）。它是作用在給定表面上的法向力與受力面積之間的比值。
壓強(qiáng)沒有特定的方向，即使改變作用力表面的方向，也會(huì)引起法向力（與接觸物體表面成直角的作用力）的變化，但不會(huì)引起壓強(qiáng)的變化，壓強(qiáng)將保持不變。
 
4、力（壓強(qiáng)）與時(shí)間曲線
運(yùn)動(dòng)會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生，因此了解什么是力-時(shí)間曲線（或壓強(qiáng)-時(shí)間曲線）、如何正確解釋它以及如何識(shí)別運(yùn)動(dòng)的不同階段非常重要。
 
該圖可以分析力隨時(shí)間(沖量)作用的力學(xué)效應(yīng)，以及通過動(dòng)量(和速度)的變化來(lái)力-時(shí)間曲線是一種圖形表示，其中施加的力（以牛頓為單位）繪制在 x 軸上，時(shí)間（通常以秒為單位）繪制在 y 軸上。
 
應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)的不同階段的。動(dòng)量可定義為剛體所具有的總體運(yùn)動(dòng)量，用"質(zhì)量與質(zhì)心速度的乘積"來(lái)衡量。
由于沖量和動(dòng)量是由于動(dòng)量平衡沖量關(guān)系而相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)變量，因此正確分析力-時(shí)間圖對(duì)于理解性能與速度和加速度的關(guān)系以及它們與運(yùn)動(dòng)階段（即步態(tài)和跑步周期）的關(guān)系至關(guān)重要。
 
動(dòng)量平衡沖量關(guān)系指出"物體的動(dòng)量變化等于該方向合力的沖量"，這意味著需要一個(gè)很大的沖量才能產(chǎn)生相應(yīng)的大的動(dòng)量變化。  
力與時(shí)間的關(guān)系在競(jìng)技體育中變得尤為重要，在較短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較多力的能力或在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生恒定力的能力可以成為成功的決定因素。
 
參考資料
[1]Xsensor.Ebook.Intro to Plantar PressureMapping in Sport