УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ СПОРТСМЕНА Российский патент 1998 года по МПК A63B24/00 

Предлагаемое изобретение относится к области измерительного спортивного оборудования и предназначено для измерения скорости движения спортсмена, преимущественно горнолыжника, а также бегуна, велосипедиста и др.

Известны вычислители скорости и расстояния для лыжника, в которых датчик движения выполнен в виде зубчатого колеса, укрепленного на заднике лыжи. В таких устройствах искомый параметр определяется механическим путем и может быть получен только по завершении дистанции (см., например, патент США N 4546650, НКИ 73/490, 1985).

Известны также доплеровские системы измерения скорости движения лыжника, основанные на комбинации ультразвукового генератора с излучателем и ультразвуковых передатчика и приемника, установленные на месте старта и на спортсмене (см. , например, авт. св. СССР N 986437, кл. A 63 B 24/00, 1981). Такие системы дают информацию только о линейном удалении лыжника и достаточно громоздки.

Известны датчики скорости подвижных объектов термоанемометрического типа. Эти датчики основаны на изменении температуры нагретого тела в зависимости от скорости потока воздушной среды. При этом один из нагревательных элементов, выполненный в виде проволоки с большим температурным коэффициентом, устанавливают в проточной части трубки, а другой - закрывают от действия потока и используют для температурной компенсации (см., например, Агейкин Д. И. Датчики контроля и регулирования. - М.: Машиностроение, 1965, с. 789-790).

Такие датчики устанавливают на спортивном оборудовании, например, на руке велосипедиста или несущей конструкции дельтапланериста, что мало приемлемо для горнолыжника.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является устройство для измерения скорости спортсмена, содержащее проточную трубку, в которой размещен датчик скорости воздушного потока, выполненный в виде крыльчатки, вращаемой набегающим потоком. Частота вращения крыльчатки преобразуется вычислительным устройством на микропроцессоре в звуковой информационный сигнал о скорости движения и передается в наушники спортсмену (см., например, патент США N 4911005, НКИ 73/187, 1990).

В этом устройстве датчик скорости предполагается устанавливать для горнолыжника - на лыже, для велосипедиста - на руле, для бегуна - на предплечье руки и т.д. При этом датчик скорости и вычислитель соединены с наушниками наружной проводной связью.

Такое соединение представляет не только неудобство для спортсмена, особенно горнолыжника, но и определенную опасность, кроме того крыльчатку датчика может забить снегом во время движения, и информация будет искажена или вообще утрачена.

Задача, на решение которой направлено изобретение - это получение датчика скорости движения спортсмена, преимущественно горнолыжника, основанного на измерении скорости воздушного потока.

При этом техническим результатом является повышение надежности работы и удобство эксплуатации.

Указанный технический результат достигается благодаря тому, что в устройстве для определения скорости спортсмена, имеющего защитные очки, содержащем датчик скорости воздушного потока, в виде проточной трубки, внутри которой размещен чувствительный элемент термоанемометрического типа или крыльчатки, электрически связанный с преобразователем выходного сигнала, и индицирующее устройство, упомянутая проточная трубка установлена в оправе защитных очков спортсмена в середине их верхней части, а внутри в верхней части оправы выполнены правый и левый каналы, одни концы которых имеют свободный выход в атмосферу, а другие объединены и сообщены с проточной трубкой, при этом суммарное проходное сечение этих каналов равно или больше проходного сечения проточной трубки.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображен датчик скорости воздушного потока на защитных очках в разрезе вертикальной плоскостью, на фиг. 2 - то же в разрезе горизонтальной плоскостью, а на фиг. 3 - блок схема устройства для определения скорости спортсмена.

Датчик скорости воздушного потока выполнен в виде проточной трубки 1 (см. фиг. 1 и 3), внутри которой размещен чувствительный элемент в виде крыльчатки 2, вращаемой набегающим потоком. Проточная трубка 1 датчика установлена в оправе 3 защитных очков спортсмена в их средней части и обращена приемным концом вперед по направлению движения.

Выходной конец проточной трубки 1 сообщен с правым 3 и левым 4 каналами (фиг. 2), которые выполнены в верхней части защитных очков и имеют свободный выход в атмосферу. Для свободного прохождения воздушного потока через проточную трубку с крыльчаткой суммарное проходное сечение правого и левого каналов устанавливается равным или большим проходного сечения проточной трубки.

Внутри проточной трубки 1 помимо крыльчатки 2 (фиг. 3) установлен фотодиод 5, расположенный за крыльчаткой по ходу наружного светового потока. Фотодиод электрически связан с электронным преобразователем 6, выполненным на базе микропроцессора, который преобразует частоту импульсов фотодиода в кодовый сигнал. Преобразователь электрически связан с индицирующим устройством 7, выполненным в виде цифрового индикатора, расположенного в поле зрения спортсмена.

В качестве датчика скорости воздушного потока может быть использован и расположенный в проточной трубке термоанемометрический преобразователь, чувствительный элемент которого выполнен в виде нагреваемого током проводника и включен в плечо измерительной мостовой схемы. Сигнал рассогласования с диагонали моста в виде постоянного напряжения в этом случае преобразуется микропроцессором в кодовый сигнал.

Устройство работает следующим образом. При движении спортсмена встречный воздушный поток вращает крыльчатку или обтекает термочувствительный элемент измерительного моста. Из проточной трубки 1 воздушный поток, не испытывая пневматического сопротивления, свободно выходит в атмосферу по правому 3 и левому 4 каналам.

Использованная в качестве чувствительного элемента крыльчатка 2 имеет шесть лопастей, которые прерывают наружный световой поток, поступающий на фотодиод 5, и, следовательно, за один оборот крыльчатки в единицу времени с фотодиода поступает шесть импульсов в электронный преобразователь 6, выполненный на базе микропроцессора. В микропроцессоре происходит в цифровой форме преобразование сигнала, его масштабирование и формирование выходного кода для цифрового индицирующего устройства 7, на информационном табло которого отображается скорость спортсмена. При изменении скорости в ту же единицу времени с фотодиода будет получено иное количество импульсов и на табло будет индицироваться другая текущая скорость спортсмена.

В настоящее время проведено макетирование измерителя скорости на базе стандартных защитных очков горнолыжника.

Используемая в качестве приемника воздушного потока проточная трубка с крыльчаткой имеет длину 30 мм и диаметр 20 мм.

Устройство обеспечивает измерение скорости движения спортсмена в диапазоне от 5 до 150 км/ч. Погрешность измерения скорости в диапазоне от 20 до 150 км/ч составляет ±5 км/ч; в диапазоне до 20 км/ч составляет ±10 км/ч. Погрешность от скоса потока при повороте головы на ±30 угл. градусов не выходит за погрешность измерения скорости.

На цифровом табло индицируются целые единицы скорости, выраженные в км/ч.

Устройство предназначено для определения скорости движения спортсмена, преимущественно горнолыжника, а также бегуна, велосипедиста и др., и позволяет повысить надежность работы и удобство в эксплуатации. Чувствительный элемент выполнен в виде проточной трубки с крыльчаткой и установлен в оправе защитных очков в их средней части. Внутри оправы выполнены правый и левый проточные каналы, которые сообщены с проточной трубкой, имеющей свободный выход в атмосферу. 3 ил.

\ \ \1 Устройство для определения скорости движения спортсмена, преимущественно горнолыжника, имеющего защитные очки, содержащее датчик скорости воздушного потока в виде проточной трубки, внутри которой размещен чувствительный элемент термоанемометрического типа или крыльчатка, электрически связанный с преобразователем выходного сигнала в информационный сигнал, и индицирующее устройство, отличающееся тем, что в нем проточная трубка установлена в оправе защитных очков спортсмена в их средней части, а внутри оправы в верхней ее части выполнены правый и левый каналы, одни концы которых имеют свободный выход в атмосферу, а другие объединены и сообщены с проточной трубкой, при этом суммарное проходное сечение этих каналов должно быть равно или больше проходного сечения проточной трубки.