УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ПРЫЖКА СПОРТСМЕНА Российский патент 1998 года по МПК A63B24/00 A63B5/00 A63B5/02 

Изобретение относится к спортивному инвентарю и может быть применено в спортивных соревнованиях по прыжкам в высоту, с шестом, в длину, в тройном прыжке, в прыжках на лыжах с трамплина и т.д.

Известно устройство регистрации параметров выполнения прыжка, содержащее ряд последовательно размещенных планок с установленными под ними контактами и регистрирующий прибор, включающий в себя вычислитель на базе цифровых логических элементов и индикаторы [1].

Существенными недостатками этого устройства являются низкая надежность работы, обусловленная большим количеством контактов, и невысокая точность измерения из-за невозможности размещения планок большой длины (например, длиной 4 м при прыжках в высоту) с достаточно малым шагом.

По технической сущности к заявляемому устройству наиболее близким аналогом является "Устройство для определения высоты прыжка спортсмена" [2]. Это устройство содержит блок источников излучения с установленными с равным шагом источниками излучения, блок приемников излучения с установленными с тем же шагом приемниками излучения по числу источников излучения, при этом каждый приемник излучения расположен напротив соответствующего источника излучения и составляет с ним оптопару.

Недостатком известного устройства является необходимость использования источников излучения с малым углом расходимости, что существенно усложняет юстировку устройства и делает его чувствительным к возмущающим внешним воздействиям (толчкам, порывам ветра и т.д.). Использование лазеров в качестве источников излучения с малым углом расходимости может оказать вредное воздействие на здоровье спортсмена. Кроме того, для этого устройства характерно постоянное включение источников и приемников излучения в процессе работы, что делает его чувствительным к паразитной внешней засветке.

Задачей изобретения является упрощение юстировки устройства и повышение надежности его работы.

Для решения поставленной задачи в устройство для определения величины прыжка спортсмена, содержащее блок источников излучения с установленными с равным шагом источниками излучения, блок приемников излучения с установленными с тем же шагом приемниками излучения по числу источников излучения, при этом каждый приемник излучения расположен напротив соответствующего источника излучения и составляет с ним оптопару, введены подключенный к блоку приемников излучения блок пороговых элементов и вычислитель, вход которого подключен к регистру величины установки, а выход - к индикатору, генератор синхросигналов, блок формирования адреса оптопар, блок управления источниками излучения и коммутатор сигналов, причем генератор синхросигналов подключен к входу блока формирования адреса оптопар, выходы которого подключены к блоку управления источниками излучения, управляющим входам коммутатора сигналов и вторым входам вычислителя, источники излучения подключены к выходам блока управления источниками излучения, входы коммутатора сигналов подключены к выходам блока пороговых элементов, а выход - к третьему входу вычислителя.

Устройство может содержать дополнительные идентичные основным блок источников излучения, блок приемников излучения, блок пороговых элементов и коммутатор сигналов, при этом дополнительный блок источников излучения подключен параллельно основному к выходам блока управления источниками излучения, приемники излучения дополнительного блока приемников излучения подключены соответственно через дополнительный блок пороговых элементов к дополнительному коммутатору сигналов, выход которого подключен к вычислителю, управляющие входы дополнительного коммутатора сигналов подключены параллельно к управляющим входам основного коммутатора сигналов, а расстояние m между параллельно включенными источниками излучения основного и дополнительного блоков источников излучения удовлетворяет соотношению:

где l - расстояние между блоками источников излучения и приемников излучения; α - угол расходимости излучения от каждого источника излучения.

Технический результат достигается благодаря тому, что в предлагаемом техническом решении источники излучения и приемники излучения включаются попарно поочередно и, несмотря на то, что каждый источник излучения в момент включения освещает сразу несколько приемников излучения, электрический сигнал снимается только с приемника излучения, расположенного напротив соответствующего включенного источника излучения на его оптической оси и составляющего с ним оптопару. Это обеспечивает упрощение юстировки устройства и повышение надежности его работы.

На фиг. 1 приведена схема устройства для определения величины прыжка спортсмена: на фиг.2 - схема устройства с дополнительными блоками.

Устройство для определения величины прыжка спортсмена (фиг.1) содержит генератор 1 синхросигналов, подключенный к входу блока 2 формирования адреса оптопар, выходы которого подключены к блоку 3 управления источниками излучения. К выходам блока 3 управления источниками излучения подключен блок 4 источников излучения, содержащий установленные с равным шагом источники излучения 5. Напротив блока 4 источников излучения на противоположной стороне зоны измерения величины прыжка размещен блок 6 приемников излучения, содержащий приемники излучения 7 по числу источников излучения 5, расположенные с тем же шагом. При этом каждый приемник излучения 7 расположен напротив соответствующего источника излучения 5, оптически связан с ним и составляет с ним оптопару. Выходы блока 6 приемников излучения подключены к входам блока 8 пороговых элементов, выходы которого подключены к входам коммутатора 9 сигналов. К входу вычислителя 10 подключен регистр 11 величины установки. Управляющие входы коммутатора 9 сигналов подключены параллельно к входам блока 3 управления источниками излучения и вторым входам вычислителя 10. Выход коммутатора 9 сигналов подключен к третьему входу вычислителя 10, а к выходу вычислителя 10 подключен индикатор 12. Вычислитель 10 включает в себя сумматор чисел в двоичном коде и цифровой компаратор.

Генератор 1 синхросигналов может быть выполнен, например, по схеме автогенератора на базе двух инверторов на микросхеме серии 155 в виде генератора с колебательным контуром и др. [3].

Блок 2 формирования адреса оптопар может быть выполнен, например, по схеме двоичного счетчика на микросхемах К155ИЕ2, емкость которого равна числу оптопар [4].

Блок 3 управления источниками излучения может быть выполнен, например, в виде дешифратора на микросхеме К155ИДЗ [5].

В качестве источников излучения 5 могут быть использованы инфокрасные излучающие диоды АЛ107 Б, а в качестве приемников излучения 7 - фототранзисторы ФТ-2К.

Блок 8 пороговых элементов может быть выполнен на компараторах 554САЗ [5] , а коммутатор 9 сигналов может быть выполнен по схеме мультиплексора на микросхеме К155КП1 [6].

Вычислитель 10 может быть реализован на базе микросхем, например, сумматор К155ИМ1 и цифровой компаратор К555СП1 [7].

Регистр 11 величины установки может быть выполнен на галетных переключателях ПГ-З, тумблерах МТ-1 и др.

Индикатор 12 может быть выполнен, например, в виде табло и цифровых полупроводниковых индикаторов КЛЦ 202А, электролюминесцентных индикаторов ЗЭЛ42 и др.

Зона измерения прыжка спортсмена представляет собой часть плоскости, ограниченную в одном направлении расстоянием между осями крайних оптопар блока 4 источников излучения и блока 6 приемников излучения, а в другом направлении: для прыжков в высоту (и с шестом) - расстоянием между вертикальными стойками; для прыжков в длину (и тройного прыжка) в зоне отталкивания - расстоянием между краями дорожки для разбега, а в зоне приземления - расстоянием между краями ямы для приземления; для прыжков на лыжах с трамплина - интервалом между краями зоны приземления.

Устройство для определения величины прыжка спортсмена может также содержать (фиг.2) дополнительные идентичные основным блок 13 источников излучения, блок 14 приемников излучения, блок 15 пороговых элементов и коммутатор 16 сигналов.

Дополнительный блок 13 источников излучения подключен параллельно основному блоку 4 источников излучения к выходам блока 3 управления источниками излучения.

Приемники излучения 7 дополнительного блока 14 приемников излучения подключены к входам дополнительного блока 15 пороговых элементов выходы которого подключены к входам дополнительного коммутатора 16 сигналов. Управляющие входы дополнительного коммутатора 16 сигналов подключены параллельно к управляющим входам основного коммутатора 9 сигналов, а выход дополнительного коммутатора 16 сигналов подключен к вычислителю 10.

На фиг.2 расстояние между параллельно подключенными источниками излучения 5 основного и дополнительного блоков 4 и 13 источников излучения обозначено m. Расстояние между блоками 4 и 6 (13 и 14) источников излучения и приемников излучения 7 обозначено l а угол расходимости излучения от каждого источника излучения 5 равен α При этом источники излучения 5 основного 4 и дополнительного 13 блоков источников излучения расположены по отношению к приемникам излучения 7 таким образом, чтобы выполнялось условие
Устройство для определения величины прыжка спортсмена работает следующим образом.

Генератор 1 синхросигналов (фиг.1) формулирует последовательность импульсов, поступающих на вход блока 2 формирования адреса оптопар. На выходах блока 2 последовательно с частотой генератора 1 синхросигналов появляются сигналы адреса оптопар. При выполнении блока 2 формирования адреса оптопар в виде двоичного счетчика сигналы на выходе имеют вид параллельного двоичного кода. Параллельный двоичный код поступает на входы блока 3 управления источниками излучения, выполненного по схеме дешифратора, на управляющие входы коммутатора 9 сигналов, выполненного по схеме мультиплексора, и на вторые входы вычислителя 10.

В зависимости от кода на одном из выходов дешифратора появляется сигнал, поступающий на соответствующий источник излучения 5, излучение которого попадает как на расположенный напротив него приемник излучения 7, так и на несколько соседних с ним приемников излучения 7 блока 6 приемников излучения в пределах угла расходимости α излучения источника излучения 5.

Сигналы с входа фотоприемников 7, на которые попало излучение от источника излучения 5, поступают на входы блока 8 пороговых элементов, на соответствующих выходах которого появляются сигналы нормированного уровня, например, ТТЛ.

Параллельный двоичный код, поступивший на управляющие входы коммутатора 9 сигналов, подключает к его выходу последовательно каждый из выходов блока пороговых элементов, соответствующий выходу приемника излучения 7, расположенного напротив включенного в этот момент источника излучения 5. Сигнал с выхода коммутатора 9 сигналов поступает на третий вход вычислителя 10. На вход вычислителя 10 поступает также число в виде двоичного кода от регистра 11 величины установки, соответствующее расстоянию для прыжков в высоту - от уровня земли (пола) до оси нижней оптопары; для прыжков в длину - от зоны отталкивания до оси ближайшей к ней оптопары.

До прыжка спортсмена каждый приемник излучения 7 получает поочередно световой импульс от источника излучения 5, составляющего с ним оптопару.

Во время прыжка тело спортсмена перекрывает световые импульсы на некоторых приемниках излучения 7. При этом изменяются уровни сигналов на входах блока 8 пороговых элементов и, соответственно, значения уровня сигнала на его выходах.

По сигналу с выхода коммутатора 9 сигналов вычислитель 10 выделяет число, определяемое поступающим в этот момент двоичным кодом, сравнивая на цифровом компараторе последующее значение кода числа с предыдущими, определяет его минимальное значение. Это число суммируется с числом, поступающим от регистра 11 величины установки. Суммарное число передается на индикатор 12, на котором величина прыжка спортсмена отображается в цифровой форме.

Работа устройства для определения величины прыжка спортсмена, содержащего дополнительные блоки (фиг.2), происходит аналогично работе устройства, приведенного на фиг. 1.

При этом одновременно включаются источники излучения 5 блоков 4 и 13 источников излучения, подключенные параллельно к выходам блока 3 управления источниками излучения. Световые импульсы одновременно поступают на приемники излучения 7 блоков 6 и 14 приемников излучения. Сигналы с дополнительного блока 14 приемников излучения поступают на входы дополнительного блока 15 пороговых элементов, а с его выхода - на дополнительный коммутатор 16 сигналов. Выходной сигнал коммутатора 16 сигналов поступает на вычислитель 10. Для того, чтобы исключить возможность перекрестной паразитной засветки источниками излучения 5 одновременно подключенных оптопар основного и дополнительного блоков 4 и 13 источников излучения и 6 и 14 приемников излучения, должно быть выполнено соотношение m > l • tg(α/2). Если во время прыжка тело спортсмена перекрывает световые импульсы на приемниках излучения 7 дополнительного блока 14 приемников излучения, изменяются уровни сигналов на входах дополнительного блока 15 пороговых элементов и. соответственно, значения уровня сигнала на его выходах.

По сигналу с выхода дополнительного коммутатора 16 сигналов вычислитель 10 дешифрирует минимальное число, определяемое поступающим двоичным кодом с учетом расстояния m между параллельно подключенными источниками излучения 7 основного и дополнительного блоков 4 и 13 источников излучения, и суммирует его с числом, поступающим от регистра 11 величины установки.

Суммированное число передается на индикатор 12, на котором величина прыжка спортсмена отображается в цифровой форме.

Возможность реализации устройства подтверждается приведенным ниже расчетом.

Если принять максимальную скорость бега спортсмена 10 м/с (100 м за 10 с), то при прыжках в длину время, в течение которого ступня ноги при отталкивании и приземлении находится в неподвижном состоянии, составляет не менее 50 мс. При прыжках в высоту время, в течение которого тело спортсмена в верхней точке полета перемещается в вертикальном направлении на 1 см, составляет 45 мс.

В связи с этим время цикла последовательного подключения одного блока не должно превышать 10 мс. Реализация устройства с таким временем цикла не представляет технической сложности.

Предлагаемое устройство для определения величины прыжка спортсмена обладает целым рядом преимуществ по сравнению с наиболее близким аналогом:
не требуется применение источников излучения с малым углом расходимости, например, лазеров, оказывающих вредное влияние на здоровье спортсменов:
значительно упрощается юстировка устройства, повышается его устойчивость к внешним возмущающим воздействиям (толчкам, порывам ветра и т_д.) в процессе его работы;
исключается влияние паразитной внешней засветки приемников излучения благодаря использованию частотно-импульсного режима работы источников излучения и приемников излучения:
существенно повышается точность определения величины прыжка за счет возможности уменьшения шага установки источников и приемников излучения, так как излучение от каждого источника излучения может попадать сразу на несколько приемников излучения.

Использование устройства с основными и дополнительными блоками источников и приемников излучения позволяет повысить быстродействие устройства, расширить зону измерения либо производить измерение величины прыжка в двух разнесенных друг от друга зонах, как, например, в зоне отталкивания и в зоне приземления при прыжках в длину.

Устройство может содержать также и несколько дополнительных блоков источников излучения, приемников излучения, пороговых элементов и коммутаторов сигналов.

Изготовленный макет при расстоянии между блоками источников излучения и приемников излучения, равном 4 м, и величине пятна излучения в плоскости приемника излучения, равной 120 мм, показал надежную работу устройства.

Устройство для определения величины прыжка спортсмена содержит блок источников излучения с установленными с равным шагом источниками излучения, блок приемников излучения с установленными с тем же шагом приемниками излучения по числу источников излучения: каждый приемник излучения расположен напротив соответствующего источника излучения и составляет с ним оптопару. Устройство содержит также подключенный к блоку приемников излучения блок пороговых элементов, вычислитель, вход которого подключен к регистру величины установки, а выход - к индикатору, генератор синхросигналов, блок формирования адреса оптопар, блок управления источниками излучения и коммутатор сигналов. Генератор синхросигналов подключен к входу блока формирования адреса оптопар, выходы которого подключены к блоку управления источниками излучения, управляющим входам коммутатора сигналов и вторым входам вычислителя. Источники излучения подключены к выходам блока управления источниками излучения, входы коммутатора сигналов подключены к выходам блока пороговых элементов, а выход - к третьему входу вычислителя. Устройство может содержать дополнительные идентичные основным блок источников излучения, блок приемников излучения. блок пороговых элементов и коммутатор сигналов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для определения величины прыжка спортсмена, содержащее блок источников излучения с установленными с равным шагом источниками излучения, блок приемников излучения с установленными с тем же шагом приемниками излучения по числу источников излучения, при этом каждый приемник излучения расположен напротив соответствующего источника излучения и составляет с ним оптопару, отличающееся тем, что в устройство введены подключенный к блоку приемников излучения блок пороговых элементов и вычислитель, вход которого подключен к регистру величины установки, а выход - к индикатору, генератор синхросигналов, блок формирования адреса оптопар, блок управления источниками излучения и коммутатор сигналов, причем генератор синхросигналов подключен к входу блока формирования адреса оптопар, выходы которого подключены к блоку управления источниками излучения, управляющим входам коммутатора сигналов и вторым входам вычислителя, источники излучения подключены к выходам блока управления источниками излучения, входы коммутатора сигналов подключены к выходам блока пороговых элементов, а выход - к третьему входу вычислителя. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в него введены дополнительные идентичные основным блок источников излучения, блок приемников излучения, блок пороговых элементов и коммутатор сигналов, при этом дополнительный блок источников излучения подключен параллельно основному к выходам блока управления источниками излучения, приемники излучения дополнительного блока приемников излучения подключены соответственно через дополнительный блок пороговых элементов к дополнительному коммутатору сигналов, выход которого подключен к вычислителю, управляющие входы дополнительного коммутатора сигналов подключены параллельно к управляющим входам основного коммутатора сигналов, а расстояние m между параллельно включенными источниками излучения основного и дополнительного блоков источников излучения удовлетворяет соотношению:
,
где l - расстояние между блоками источников излучения и приемников излучения;
α - угол расходимости излучения от каждого источника излучения.