Устройство для регистрации финиша в спортивных состязаниях Советский патент 1984 года по МПК G07C1/22 

Изобретение относится к технике и змерений в спорте, а именно к устрЪйствам фиксации момента финиширования в спортивных состязаниях, и может быть использовано для определения момента пересечения финишного створа телом, частями тела спортсмена или спортивным техническим средством. Для решения этой задачи наиболее часто используются фотосворы с активным исто 1Ником немодулированного света и фотоприемником типа фотореле 1 . Недостатками указанных устройств является низкая точность фиксации пересечения луча света, что связано с использованием в качестве источника ламп накаливания, значительные неудобства в эксплуатации из-за наличия проводной линии питания источника света и возможности засветки фотоприемника посторонними источниками света. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является . устройство для регистрации финиша, содержащее генератор переменного напряжения, выход которого через первый усилитель тока соединен с входом источника света, фотоприемни выход которого через последовательн соединеные селективный усилитель и детектор подключены к первому вхо ду порогового элемента . Характерной особенностью извеСтного устройства является использование в, пороговом элементе постоянн го значения порогового напряжения. Такое техническое решение приводит тому, что задержка срабатывания порогового устройства и, следовательн точность фиксации зависит от уровня сигнала на выходе детектора при отсутствии пересечения луча. Этот эффект наблюдается из-за изменения мощности сигнала, поступающего на вход фотоприемника, которая зависит от расстояния между источником свет и фотоприемнйком и от величины нап жения питания источника света, кото рое изменяется в значительных пред лах. Целью изобретения является повы шение точности устройства за счет введения автоматически регулируемо порогового напряжения, зависящего от мощности сигнала на входе фотоп емника . Поставленная цель достигается тем, что в устройство для регистра ции финиша в спортивных состязания содержащее генератор переменного напряжения, выход которого через первый усилитель тока соединен с в дом источника света, фотоприемник, выход которого через последователь соединенные селективный усилитель и детектор подключен к первому входу порогового элемента, введены источник опорного напряжения, элемент развязки, делитель напряжения, второй усилитель тока и элемент аналоговой памяти, выход которого соединен с вторым входом порогового элемента, выходы детектора и источника опорного напряжения через элемент развязки подключены к входу делителя напряжения, выход которого через второй усилитель тока соединен с входом элемента аналоговой памяти. На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 и 3 временные диаграммы напряжений соответственно для известного и предлагаемого устройств, на фиг. 4 - статическая характеристика блокарегулирования порога, на фиг. 5 - электрическая схема выполнения данного блока. Устройство содержит генератор 1 переменного напряжения, источник 2 напряжения, первый усилитель 3 тока, источник 4 света, фотоприемник 5, селективный усилитель 6, детектор 7, пороговый элемент 8, источник 9 опорного напряжения и блок 10 регулирования порога, который состоит из элемента 11 развязки, делителя 12 напряжения, второго усилителя 13 тока и аналогового элемента 14 памяти. Устройство функционирует следующим образом. Источник 4 света и фотоприемник 5 устанавливаются в плоскости финиша по разные стороны финишной прямой таким образом, чтобы луч света источника попадал на вход фотоприемника. Источник 4 света излучает световой сигнал, модулированный по интенсивности периодическим колебанием с периодом 3-10 см, вырабатываемым генератором 1. Питание источника 4 света осуществляется от автономного источника 2 напряжения, которым может служить батарея или коммутатор . Сигнал генератора 1 усиливается первым усилителем 3 тока и подается на источник 4 света, которым осуществляется модуляция интенсивности светового сигнала. Автономность источника 4 света необходима для удобства в эксплуатации устройства в целом, поскольку во многих случаях наличие стационарных источников питания на разных сторонах беговой дорожки или трассы движения недопустимо. Модулированный световой сигнал попадает на вход фотоприемника 5 и преобразуется в периодический электрический сигнал. Для усиления электрического-сигнала служит селек тивный усилитель б, обеспечивакяций частотную фильтрацию и усиление, необходимое для работы последующих каскадов, и вьщеляющий первую гармо нику модулированного колебания. Усиленный сигнал с выхода усилителя 6 подается на вход детектора 7, выходной сигнал которого пропорционален амплитуде периодического сигнала с выхода фотоприемника 5 и, следовательно,.-интенсивности свето.вого сигнала. Сигнал с выхода детек тора 7 поступает на первый вход порогового элемента 8 и на первый вход блока 10 регулирования порога. Одновременно от источника 9 опорного напряжения опорное напряжение подается на второй вход блока 10 регулирования порогового напряжения Напряжение с выхода блока 10- подаётся на второй вход порогового элемента 8 для регулировки порога срабатывания последнего. В пороговом элементе происходит сравнение напряжения с выхода детектора 7с пороговым напряжением, выходной сигнал порогового элемента 8 принимает значение, соответствующее логической единице при превышении сигналом детектора порогового напряжения и логическому нулю при непревышении. Таким образом, сигнал логической единицы свидетельствует о свободном прохождении светового сигнала от источника 4 света до фотоприемника а сигнал логического нуля - о затенении фотоприемника 5. В дальнейшем сигнал с выхода порогового элемента 8 используется для остановки измери теля времени при фиксации результата прохождения дистанции. На фиг. 2 проиллюстрирован механизм измерения згщержки срабатывани порогового элемента в отсутствие регулирования порогового напряжения в зависимости от уровня сигнала на выходе детектора или, что то же самое, от мощности светового сигнал на входе фотоприемника. Напряжения Ug и U| соответствую двум уровням мощности светового сиг нала на входе фотоприемника при нез тенении последнего (Ug, например, расстоянию между источником света и фотоприемником 2 м, Utf, - 10 м). Напряжение Uпор соответствует фиксированному значению порога срабаты вания порогового элемента. Пусть в момен : времени tg происх дит затенение фотоприемника (пересечение луча света телом спортсмена В силу инерционности детектора огибающей напряжение на его выходе мгновенно измениться не может, и, следовательно, пороговое устройство сработает через некоторый п зомежуток времени. Эта задержка будет варьироваться в зависимости от величины Ug . Для Ug, она будет равна t, - tg , для U.j - t - t . Таким образом, точность фиксации момента финиширования будет зависеть от мощности светового сигнала на входе фотоприемника, что во многих случаях применения устройства недопустимо. Уменьшение абсолютного з начения задержки срабатывания путем уменьшения постоянной времени детектора огибающей нецелесообразно, поскольку это приведет к уменьшению помехоустойчивости устройства. В данном случае устранение влияния вариации мощности светового сигнала на входе фотоприемника на точность фиксации момента финиширования достигается введением автоматического регулирования порогового напряжения в зависимости от мощности светового сигнала. Принцип peгyл фoвaния иллюстрируется временными диаграммами на фиг. 3. По-прежнему Uf и Ug - напряжения на выходе детектора огибающей при двух значениях мощности светового сигнала. Однако пороговые напряжения различаются для значений if и Ucr , автоматически устанавливаясь на уровне, обеспечивающем постоянную задержку срабатывания порогового устройства ( t , - to , t 2 - tg ). Инерционность блока регулирования порогового напряжения должна быть выше инерционности детектора. Это необходимо для того, чтобы пороговое напряжение оставалось неизменным до окончания переходного процесса на выходе детектора при затенении фотоприемника. Однако при длительных затенениях фотоприемника и отсутствии сигнала на выходе детектора возможно снижение порогового напряжения (поскольку- оно связано с уровнем сигнала на выходе детектора) до уровня, недопустимого с точки зрения уменьшения помехоустойчивости фотоприемника. Для устранения указанного эффекта в устройство введен источник 9 опорного напряжения, который соединен с вторым входом блока 10 регулирования порогового напряжения, в этом случае алгоритм работы будет следующим. Если напрядсение Utf больше некоторого опорного напряжения иор , то значение Пор определяется этим значением Urf- и регулирование происходит. Если, наоборот, Ujr меньше Uon -что возможно при длительных затенениях фотоприемника, то значениеUtiop фиксируется на уровне и Пир, мин г ® зависящем от (J , таком, что вероятность ложного срабатывания порогового устройства при отсутствии светового сигнала не пре- .

вышает требуемого значения. График зависимости (l.||0f OTUg представлен rfa фиг. 4.

выполнение блока 10 регулирования порогового напряжения представлена на фиг. 5 Элемент 11-развязки оруществляет выбор напряжений Ug- или U{,n . делитель 12 напряжения устанавливает требуемое (Jnop мин Аналоговый элемент 14 памяти определяет инерционность устройства, а второй усилитель 13 тока служит для развязки входных и выходного напряжений.

Таким образом, регулирование порогового напряжения стабилизирует задержку срабатывания порогового

элемента.и,тем самым, повышает точ- , ность фиксации момента финиширования, поскольку задержка постоянна, может быть измерена и учтена при измерении времени прохождения дистанции спортсменом.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ФИНИША В СПОРТИВНЫХ СОСТЯЗАНИЯХ, содержащее генератор перемейного напряжения, выход которого через первый усилитель тока соединен с входом источника света,фотоприемник, выход которого через последовательно соединенные селективный усилитель и детектор подключен к первому входу порогового элемента, о т л. и ч а ющ е е с я тем, что-, с целью повышения точности устройства, в него введены источник опорного напряжения, элемент развязки, делитель напряжения, второй усилитель тока и элемент аналоговой памяти, выход котот рого соединен с вторым входом порогового элемента, выходы детектора и источника опорного напряжения через § элемент развязки подключены к входу (Л делителя напряжения, выход которого через второй усилитель тока соедиС нен с входом элемента аналоговой памяти. LLhlZtJlp ю

и

S

t. tjtg

Фиг.3

Ug

--tifc:

Р«г.5