Устройство для регистрации финиша в спортивных состязаниях Советский патент 1992 года по МПК G07C1/24 

том же участке дистанции находится больше одного спортсмена.

Цель изобретения - повышение точности и оперативности определения результатов состязаний.

На фиг.1 изображена схема устройства для регистрации финиша в спортивных состязаниях; на фиг.2 - блок регистрации.

Устройство содержит оптический квантовый генератор 1 (ОКГ) с длиной когерент- ности излучения, равной требуемой точности измерения результатов, коллиматор 2, светоделительные пластины 3, полупрозрачные зеркала 4, уголковые отражатели 5, которые размещены непосредственно на перемещающихся объектах, плоские отражающие зеркала 6, щелевые диафрагмы 7, фотоприемники 8, фильтры 9 промежуточной частоты, детекторы 10 огибающей и блок 11 регистрации.

Устройство работает следующим образом.

Излучение квантового генератора 1 кол- лимируют с помощью оптической системы 2 и посредством светоделительных пластин 3 расщепляют по амплитуде на N диаграмм, которые ориентируют перпендикулярно дорожкам дистанции. При этом количество формируемых диаграмм выбирают равным числу дорожек дистанции, Затем излучение каждой диаграммы делят по амплитуде полупрозрачным зеркалом 4 на две части. Одну из них направляют вдоль соответствующей дорожки дистанции на перемещающийся объект, а другую часть излучения пропускают в направлении плоского отражающего зеркала 6, удаленного от полупрозрачного зеркала. 4 на расстояние, равное расстоянию от зеркала 4 до линии финиша. После отражения от перемещающегося уголкового отражателя 5 и плоского зеркала 6 лучи вновь соединяют посредством полупрозрачного зеркала 4 в один пучок, который поступает на щелевую диафрагму 7, установленную на входе фотоприемника 8.

Разделение каждой из N сформированных диаграмм на две части и последующее сведение отраженных излучений с помощью полупрозрачного зеркала 4 осущест- вляют по схеме интерферометра Майкельсона.

Однако в отличие от классической схемы в предлагаемой многоканальной схеме вместо плоских отражающих зеркал во втором плече интерферометра используют уголковые отражатели 5, установленные на перемещающихся объектах. В таком многоканальном интерферометре выравнивание оптических путей обоих плеч происходит

лишь тогда, когда перемещающиеся объекты достигают финишной линии.

Если объекты еще не достигли финишной линии и находятся от нее на расстоянии,

превышающем длину когерентности излучения ОКГ, то суммарные световые поля в плоскости щелевых диафрагм 7 будут представлять собой некогерентные суперпозиции с пространственным распределением

интенсивности в виде постоянных составляющих, которые легко могут быть отфильтрованы. При приближении какого-либо из объектов к линии финиша и пересечение ее в соответствующем канале интерферометра

происходит выравнивание оптических плеч и на выходе этого канала формируется интерференционная картина с синусоидальным распределением интенсивности. Контраст этой интерференционной картины

оказывается тем выше, чем ближе движущийся объект находится к финишной линии. Само перемещение объекта на финише вдоль дорожки дистанции приводит к колебанию интерференционных полос, вызванному изменением оптической разности хода в плечах интерферометра. Эти колебания происходят в пределах одного периода и носят высокочастотный характер. Так, например, перемещение объекта на расстояние, равное Я/2, где Я - длина волны излучения ОКГ, приводит к тому, что максимумы и минимумы в интерференционной картине поменяются местами. Дальнейшее перемещение объекта на л/2 будет сопровождаться возвращением интерференцион- ных полос в исходное положение. Следовательно, интерференционная картина за счет перемещения объекта будет сканироваться по щелевой диафрагме 7,

ширина которой заведомо выбирается не превосходящей половины периода полос.

Благодаря пробеганию интерференционных полос по щелевой диафрагме 7 на выходе фотоприемника 8 формируется периодический сигнал, глубина амплитудной модуляции которого достигает максимального значения в момент пересечения объ- нектом линии финиша. Время существования периодического сигнала

(время жизни интерференционной картины) будет прямо пропорционально длине когерентности используемого излучения |R с tK и обратно пропорционально скорости перемещения объекта V06, где с - скорость

света, Тк Я /АЯ с - время когерентности излучения, АЯ- ширина спектра излучения. Следовательно, для обеспечения более высокой точности измерения результатов состязаний необходимо выбирать излучение

по возможности с меньшей величиной к. Очевидно, нижний предел на выбор величины к будет накладывать постоянная времени срабатывания аппаратуры блока 11 регистрации.

Фильтрацию выходных сигналов фотоприемников 8 осуществляют с помощью фильтров промежуточной частоты 9, частотный интервал которых не превышает нескольких сотен мегагерц. За счет выбора малой ширины полосы пропускания этих фильтров представляется возможным сделать влияние шумов пренебрежимо малым. Отфильтрованные сигналы подвергают квадратичному детектировнию в детекто- pax 10 с целью выделения огибающей сигналов. Благодаря введению этих блоков устраняются высокочастотные колебания несущей сигналов, что существенно упрощает процесс их дальнейшей обработки.

Блок 11 регистрации включает (см.фиг.2) элементы 12 памяти, шифратор 13, генератор 14 импульсов, распределитель 15 импульсов, формирователь 16 импульсов старта, измеритель 17 временного интервала, блок 18 памяти, блок 19 индикации.

Блок 11 регистрации работает следующим образом, В момент старта объектов формирователь 16 импульсов старта форми- рует сигнал, запускающий измеритель 17 временных интервалов. Текущее время забега поступает на информационный вход блока 18 памяти. При пересечении объектами линии финиша на выходах детекторов 10 огибающей появляются сигналы, поступающие на входы элементов 12 памяти Генератор 14 импульсов формирует тактовые импульсы, поступающие ни распределитель 15 импульсов, который поочередно падает на управляющие входы элементов 12 памяти импульсы опроса. Причем тактовая частота генератора 14 выбрана такой, чтобы период цикла опроса был меньше требуемой ошибки измерения времени финиширо- вания объектов. Элементы 12 памяти производят запоминание поступающих с детектора 10 входных сигналов до момента прихода импульсов опроса, В момент прихода на управляющий вход какого-либо из элементов 12 импульса опроса и при наличии на его информационном входе сигнала от детектора 10 огибающей на выходе появляется импульс, который поступает на шифратор 13. Этот импульс прекращается в момент окончания импульса опроса. На выходе шифратора 13 появляется двоичный код адреса, поступающий на адресные входы блока 18 памяти, и в соответствующую ячейку памяти записывается текущее время

измерителя 17 временных интервалов, представляющее собой результат финиши- ровавшегося спортсмена. Номер ячейки памяти и результат финиширования отображаются на соответствующей строке блока 19 индикации.

Таким образом, по окончании забега на блоке 19 индикации отображена полная картина финиша: номер финишировавшего спортсмена (определяемый по номеру ячейки памяти) и время спортсмена.

Следует отметить, что вместо уголковых отражателей 5, которыми снабжаются перемещающиеся объекты, успешно могут быгь использованы так называемые Линзы Лю- неберга, выполненные в виде мягкой подложки с наклеенными на нее на слой алюминия отражающими стеклянными шариками размером 1 мм. Саму подложку можно выполнить разной формы с нужными размерами.

По сравнению с известным техническим решением предлагаемое устройство, основанное на интерферометрическом методе измерения, обеспечивает существенное повышение точности и оперативности определения результатов финиша спортсменов.

Формула изобретения

Устройство для регистрации финиша в спортивных состязаниях, содержащее оптический квантовый генератор, фотоприемники, полупрозрачные зеркала, отражатели и блок регистрации, отличающееся тем, что. с целью повышения точности и оперативности получения результатов состязаний, в устройство введены светоделительные пластины, коллиматор, щелевые диафрагмы, фильтры промежуточной частоты, детекторы огибающей и уго- ловковые отражатели, которые расположены на одежде спортсменов, коллиматор и светоделительные пластины расположены последовательно по ходу луча оптического квантового генератора, отражатели и светоделительные пластины расположены напротив друг друга по разные стороны от беговых дорожек, щелевые диафрагмы установлены перед фотоприеника- ми и расположены напротив финиширующих спортсменов, полупрозрачные зеркала установлены на пересечении взаимно перпендикулярных лучей фотоприемников и отражателей под углом 45° к направлению движения спортсменов на финишной прямой, выходы фотоприемников через фильтры промежуточной частоты соединены с входами детекторов огибающей, выходы которых подключены к входам блока регистрации.

м

53

s

TDlWOdDff

I I

Фиг. 2