Устройство для регистрации действий спортсмена Советский патент 1992 года по МПК A63B69/00 

Изобретение относится к спортивным тренежерам и может быть использовано для регистрации действий спортсменов во время тренировок и соревнований, например, в игровых видах спорта, в кроссовой подготовке, беговых дисциплинах и т.п.

Устройства для регистрации действий спортсмена широко известны. Чаще всего такие устройства предназначены для регистрации частоты шага спортсмена 1 или скорости его продвижения 2. Обязательным условием работы таких устройств является обеспечение прямой видимости между спортсменом и устройством регистрации.

Например, устройство для регистрации действий спортсмена 3 содержит несколько кинокамер, снимающих действия спортсмена с различных точек пространства. Для ус- пешной работы этого устройства необходимо обеспечить видимость спортсмена по крайней мере с двух-трех кинокамер. Для проведения тренировок и соревнований по ряду спортивных дисциплин, в которых невозможно обеспечить постоянную прямую видимость каждого спортсмена, регистрация действий спортсмена осущесвтляется за счет радиопередатчика, носимого контролируемым

х| со

4Ь х|

Ю

ю

спортсменом. Высокочастотные колебания от передатчика принимаются и регистрируются на аппаратуру, размещенную у тренеров и судей 4. К такому передатчику предъявляются весьма жесткие требования, прежде всего по весу, габаритам и энергопотреблению.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для регистрации действий спортсмена на дистанции 5, которое содержит установленный в обуви спортсмена контактный эле- мент,которыйвырабатывает

потенциальный сигнал при опоре спортсмена на одну из ног. Продолжительность сигнала определяется длительностью опоры. Сигнал дифференцирующей цепью преобразуется в последовательность положитель- ных и отрицательных импульсов, соответствующих началу и концу потенциального сигнала. Эта последовательность импульсов поступает на входы элемента ИЛИ непосредственно и через инвертор. Последовательность положительных импульсов с выхода элемента ИЛИ поступает на вход ждущего мультивибратора, который генерирует на каждый входной импульс выходной импульс заданной длительности т. Сигнал с выхода с инвертора поступает также на вход блока управления частотой модулятора. Этот блок генерирует несущую частоту, изменяющуюся с величины fi до величины fa при поступлениии импульсного сигнала на вход. Высокочастотный модулятор осуществляет заполнение импульса несущей частотой, причем в период опоры спортсмена на ногу осуществляется заполнение частотой fi, в момент снятия опоры - частотой f2. Передатчик усиливает сигнал по мощности до уровня, необходимого длля организации связи на заданном участке местности и излучает его в эфир. Сигнал из эфира принимается приемником, разделяется по радиочастоте на два канала с помощью полосовых фильтров, настроенных на частоты f()i и и детектируются в каждом из каналов амплитудным детектором. Сигналы с выходов детекторов управляют работой триггера по его раздельным входам. Поэтому триггер находится в единичном состоянии только в момент опоры спортсмена на ногу. Сигнал с выхода триггера поступает на вход регистрирующего прибора, где фиксируется в любой требуемой форме.

Недостаток известного устройства состоит в большом энергопотреблении носимойаппаратуры,вызванном необходимостью излучения в эфир повышенной мозности из-за относительно широкой полосы пропускания радиоканала устройства в целом. Относительно широкая полоса пропускания обусловлена, во-первых, необходимостью достоверного разделения

несущих частот f 1 и f2 в условиях естественной нестабильности Af частоты излучения малогабаритного передатчика носимой аппаратуры, т.е. разделением в худшем случае частот f 1 + Af и f2 -Af (при fi f2J, во -вторых,

необходимостью обеспечения ширины пропускания каждого полосового фильтра не менее величины ± Af относительно его центральной частоты тол и тф2. В условиях абсолютно точной настройки первого фильтра

на частоту fi и второго фильтра на частоту f2 разнос частот настройки полосовых фильтров составит величину 2Af, а общая требуемая полоса пропускания радиотракта будет 4Af. В случае погрешности начальной настройки полосового фильтра на соответствующую несущую частоту, требуемая полоса пропускания fnp расширяется дополнительно на 2 Дтн и составит величину

25

fnp 4 Af + 2 AfH.

Малогабаритные передатчики носимой аппаратуры имеют невысокую стабильность несущей частоты Af, характеризуемую величиной (...)f- Например, малогабаритный передатчик для спортивной радиопеленгации 6 при собственном весе 400 г и рабочей частоте f 3,8 МГц имеет нестабильность частоты не хуже 1100 Гц.

Следовательно, даже на такой низкой несущей частоте полоса пропускания радиотракта должна составлять величину не менее 5 кГц. Использование более высокочастотных диапазонов (28 и 144 МГц и др.)

потребует соответствующего расширения полосы пропускания радиоканала.

Цель изобретения - снижение энергопотребления и веса носимой аппаратуры за счет сужения требуемой полосы пропускания радиоканала.

Поставленная цель достигается тем, что между контактным элементом и блоком управления частотой модулятора включена интегрирующая цепь, Передатчик носимой

аппаратуры по-прежнему генерирует последовательность радиоимпульсов длительностью т , однако несущая частота внутри импульса изменяется в течение этой длительности: при опоре на ногу несущая частота увеличивается по закону заряда интегрирующей цепи, начиная со значения f; при снятии опоры, наоборот, несущая частота уменьшается по закону разряда интег- рирующей цепи до первоначального

значения f. Таким образом, моменты начала и конца опоры спортсмена на ногу фиксируются носимой аппаратурой не по разности абсолютных значений несущей частоты в соседних радиоимпульсах, как это имеет место в прототипе, а по относительному изменению этой частоты (росту или уменьшению соответственно) внутри полного импульса. Для выявления моментов роста или уменьшения несущей частоты в стационарную часть устройства дополнительно введены частотный детектор, выходом подключенный к компаратору непосредственно и че- рех первую линию задержки с временем задержки т т , а также вторая линия задержки с временем задержки т Т2 т , выходом подключенная к первому входу каждого из двух элементов И, каждый из которых соединен с отдельным входом триггера. Вход этой линии задержки соединен через формирователь короткого импульса к выходу амплитудного детектора, входом соединенному с выходом приемни- 1 ка. Выход компаратора соединен с входом (вторым) первого элемента И непосредственно и с вторым входом второго элемента И через инвертор, а выход частотного детектора подключен к выходу приемника. В случае роста частоты внутри радиоимпульса напряжение на выходе частотного детектора увеличивается и на выходе компаратора действует значение логического сигнала 1. В случае уменьшения частоты напряжение на выходе частотного детектора падает и на выходе компаратора действует логический сигнал О. Логический сигнал О инвертируется инвертором в логический сигнал 1 и поступает на вход второго элемента И. Импульсный сигнал с выхода амплитудного детектора, свидетельствующий о наличии радиоимпульса в радиоканале, используется в качестве синхронизирующего. Время задержки этого сигнала во второй линии задержки т% выбрано из условия п с целью получения устойчивого разностного сигнала, принадлежащего одному радиоимпульсу. Синхросигнал с выхода второй лиг- нии задержки открывает либо первый элемент И (если несущая частота растет), либо второй элемент И (если эта частота уменьшается), тем самым переводя триггер либо в единичное, либо в нулевое состояния, соответствующие опорной и безопорной фазам положения ноги спортсмена. Требуемая полоса пропускания предлагаемого устройства определяется нестабильностью несущей частоты Af передатчика и размахом изменения частоты F внутри импульса

fnp 2 Af + F.

Так как F можно выбрать из условия F « Af, то полоса пропускания

fnp 2ДГ.

Таким образом, требуемая полоса пропускания fnp предлагаемого устройства по

крайней мере вдвое меньше, чем у известного устройства.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграммы, поясняющие работу устройства

Устройство содержит контактный элемент 1 со средствами крепления на обуви спортсмена, через дифференцирующую цепь 2 подключенный к входу инвертора 3 и первому входу элемента ИЛИ 4, Выход инвертора 3 подключен к второму входу элемента ИЛИ 4, выходом присоединенному через ждущий мультивибратор 5 к первому входу высокочастотного модулятора 6 Выход контактного элемента 1 через интегрирующую цепь 7, блок управления частотой модулятора 8 подключен к второму входу высокочастотного модулятора 6, выходом соединенному с входом передатчика 9. Ждущий мультивибратор 5 предназначен для

генерирования видеоимпульса длительностью т . Высокочастотный модулятор 6 предназначен для манипулирования высокочастотных колебаний. Передатчик 9 предназначен для усиления по мощности

электромагнитных колебаний и излучения их Б эфир. Блок управления частотой модулятора 8 предназначен для изменения несущей частоты высокочастотного колебания и может быть выполнен, например, на основе

варикапа, включенного в цепь генерирования этого колебания. Приемник 10 предназначен для приема и преобразования электромагнитных колебаний в электрический сигнал и его усиления. Выход приемника 10 подключен одновременно к входу частотного детектора 11 и входу амплитудного детектора 12. Выход частотного детектора 11 подключен к первому входу компаратора 13 непосредственно и к его

второму входу через первую линию 14 задержки. Линия 14 задержки предназначена для задержки входного электрического сигнала на время ъ т . Выход компаратора 13 соединен с первым входом первого элемента И 15 непосредственно и с первым входом второго элемента И 16 через инвертор 17. Компаратор 13 предназначен для сравнения входных электрических сигналов. Выход амплитудного детектора 12 через формирователь 18 импульса и вторую линию 19 задержки подключен к второму входу каждого элемента И 15 и 16, Вторая линия 19 задержки предназначена для задержки электрического сигнала на время Т2, причем Ti Г2 t . Формирователь 18 импульса предназначен для формирования импульса с длительностью тз П. Выход каждого элемента И 15 и 16 подключен к отдельному входу триггера 20, выходом соединенного с входом регистрирующего прибора 21.

Устройство работает следующим образом.

Установленный в обуви спортсмена контактный элемент 1 вырабатывает потенциальный сигнал при опоре спортсмена на одну из ног (фиг.2а). Продолжительность сигнала определяется длительностью опоры. Этот сигнал дифференцирующей цепью 2 преобразуется в последовательность положительных и отрицательных импульсов (фиг.2б), соответствующих началу и концу потенциального сигнала, которая инвертируется в инверторе 3 (фиг.2в). В результате на выходе элемента ИЛ И 4 действует последовательность однополярных импульсов (фиг.2г), соответствующих началу и концу опоры спортсмена на ногу, Ждущий мультивибратор 5 преобразует эти импульсы в прямоугольные импульсы заданной длительности т (фиг. 2д), причем г «Т, где Т - длительность шага спортсмена. Одновременно потенциальный сигнал с выхода контактного элемента 1 поступает на вход интегрирующей цепи 7, сигнал на выходе которой изображен на фиг.2е. Частота высокочастотного колебания управляется с помощью блока управления частотой модулятора 8 пропорционально входному сигналу. Высокочастотный модулятор 6 манипулирует это высокочастотное колебание в моменты генерации импульса ждущим мультивибратором 5. В результате на выходе модулятора 6 действует последовательность радиоимпульсов длительностью т (фиг,2ж) с изменяющимся несущим высокочастотным колебанием, причем увеличение частоты соответствует началу опоры спортсмена на ногу, а уменьшение частоты в радиоимпульсе соответствует окончанию этой опоры. Радиоимпульсы усиливаются в передатчике 9 и излучаются в эфир. Приемник 10 принимает колебания из эфира, усиливает их и попадает на вход частотного детектора 11, который вырабатывает напряжение, пропорциональное частоте высокочастотного колебания. Это напряжение содержит в общем случае некоторую постоянную составляющую, определяемую разностью частоты высокочастотного колебания и нулевой частоты настройки частотного детектора 11 (фиг.2з). Напряжение на выходе амплитудного детектора 12 пропорционально огибающей высокочастотного колебания (фиг.2и). Напряжение с выхода частотного детектора

11задерживается в линии 14 задержки на время TI (фиг,2к), Логический сигнал на выходе компаратора 13 (фиг.2л) индицирует моменты времени, когда сигнал на его первом входе больше сигнала с второго входа. Сигнал на выходе инвертора показан на

фиг.2м. Формирователь 18 импульса генерирует импульс с длительностью гз « т , соответствующий переднему фронту видеоимпульса с выхода амплитудного детектора

12(фиг,2н), Этот импульс задерживается в линии 19 задержки на время Г2, причем

ri Т2 г (фиг,2о). В момент появления на выходе линии 19 задержки этого импульса срабатывают одна из схем совпадения импульсов - элемент И 15 или элемент И 16

(соответственно фиг.2п,р). Триггер 20 переключается этим сигналом подаваемым на его раздельные входы. В результате состояние триггера 20 (фиг.2с) полностью повторяет состояние контактного элемента 1

(фиг,2а) с задержкой во времени на величину Т2. Сигнал с выхода триггера 20 регистрируется в регистрирующем приборе 21 и представляется для последующего анализа в требуемой форме.

Предлагаемое устройство дает возможность регистрировать и анализировать действия спортсменов в видах спорта, где участки состязаний действуют сугубо индивидуально вне поля зрения тренеров и судей, По сравнению с известным предлагаемое устройство занимает по крайней мере вдвое меньшую полосу частот при передаче информации по радиоканалу, что позволяет пропорционально уменьшить

энергетические показатели радиоканала, Это позволяет уменьшить подводимую к антенне мощность высокочастотного колебания, что уменьшает потребляемую мощность в процессе работы предлагаемого устройства. Уменьшение энергопотребления аппаратуры при прочих равных условиях позволит снизить вес закрепляемой на спортсмене аппаратуры за счет снижения веса источников питания. Кроме того,

предлагаемое устройство улучшает электромагнитную совместимость работы с другими радиоэлектронными средствами, например аналогичными устройствами, размещаемыми на других спортсменах для анализа их действий.

Формула изобретения Устройство для регистрации действий спортсмена, содержащее контактный элемент, установленный в обуви, дифференцирующую цепь, первый инвертор, элемент ИЛИ, ждущий мультивибратор, модулятор и передатчик, соединенные последовательно, блок управления частотой, выходом подключенный к второму входу модулятора, причем выход дифференцирующей цепи соединен с вторым входом элемента ИЛИ, приемник, амплитудный детектор, триггер, выходом соединенный с регистратором, о т- личающееся тем, что, с целью снижения энергопотребления и веса носимой аппаратуры за счет сужения полосы пропускания радиоканала в устройство дополнительно

введены интегрирующая цепь, формирователь, частотный детектор, линии задержки, второй инвертор, компаратор, элементы И, причем выход контактного элемента соединен с входом интегрирующей цепи, выход которой подключен к входу блока управления частотой, а выход приемника соединен с входами амплитудного и частотного детекторов, выход амплитудного детектора через последовательно соединенные формирователь и первую линию задержки подключены к первым входам первого и второго элементов И, выходы которых подсоединены к входам триггера, выход частотного детектора соединен с первым входом компаратора и второй линией задержки, выходом подключенной к второму входу компаратора, выход которого через второй инвертор соединен с вторым входом первого элемента И и с вторым входом второго элемента И.

Изобретение может быть использовано для регистрации и последующего анализа действий спортсмена на тренировках и соревнованиях. Цель изобретения - снижение энергопотребления и веса носимой аппаратуры за счет сужения полосы пропускания радиоканала. В устройство введены интегрирующая цель, частотный детектор, две линии задержки, формирователь импульса, два элемента И, второй инвертор и компаратор. Первый вход компаратора соединен с выходом частотного детектора и входом первой линии задержки, выходом соединенной с вторым входом компаратора. Выход компаратора подключен к первому входу первого элемента И и через инвертор к второму элементу И. Выход амплитудного детектора через формирователь импульса и вторую линию задержки соединен с вторым входом каждого элемента И, выходы которых подключены к входам триггера. Выход интегрирующей цепи соединен с входом блока управления частотой. 2 ил. сл С

Фиг.1