Устройство для определения длины прыжка на лыжах с трамплина Советский патент 1993 года по МПК A63B5/11 

Изобретение относится к устройствам и принадлежностямдля контроля спортивных соревнований и тренировочного процесса и может быть использовано для измерения длины прыжка на лыжах с трамплина.

Целью изобретения является повышение точности определения длины.

Это достигается тем, что устройство для определения длины прыжка на лыжах с трамплина содержит блок фиксации приземления, выполненный в виде сейсмических приемников, расположенных вдоль центральной оси горы приземления и соединенных параллельно между собой, систему слежения за перемещением спортсмена, выполненную в виде источника магнитного поля, установленного на лыжах или снаряжении спортсмена, и рядов магнитоприемников, размещенных на трамплине приземления на равных расстояниях друг от друга, перпендикулярно ее центральной оси, при этом каждый ряд содержит четное количество магнитоприемников, соединенных параллельно между собой, а блок фиксации приземления и система слежения за перемещением спортсмена подключены сооо

Сл)

о ю VJ

ответственно к блоку предварительной обработки сигнала, соединенному с блоком индикации.

Цель достигается также тем, что блок предварительной обработки сигнала выпол- нен в виде усилителя - формирователя сигналов сейсмодатчиков, усилителей - формирователей сигналов магнитоприем- ников, число которых равно числу рядов маг- нитоприемников, трех формирователей, схемы ИЛИ, пяти схем И, двух RS-триггеров, счетного триггера, генератора импульсов, двух счетчиков, регистра номера ряда магнитоприемников, устройства установки в нулевое состояние и соответствующих свя- зей между ними.

Сущность устройства заключается в следующем.

Известно, что после приземления спортсмена скорость его движения по горе приземления остается практически постоянной в течение определенного времени, зависящего от свойств трамплина. Момент приземления фиксируется с помощью сейсмических приемников, принимающих по- верхностную ударную волну, возникающую в момент приземления спортсмена, С помощью системы слежения за перемещением объекта, блока предварительной обработки сигналов, блока индикации фик- сируется значение времени, прошедшего от момента приземления до пересечения спортсменом первого по ходу его движения ряда магнитоприемников, и значение времени, прошедшего от момента пересечения первого по ходу движения ряда магнитоприемников до момента пересечения следующего за ним ряда магнитоприемников. Зная времл, за которое спортсмен проходит известное расстояние, можно вычис- лить скорость движение спортсмена после приземления. По значению скорости и замеренному времени прохождения пути от момента приземления до пересечения первого по ходу движения ряда магнитоприемников можно определить расстояние от места приземления до первого по ходу ряда магнитоприемников. Длина прыжка определяется разностью между расстоянием от стола отрыва до первого по ходу движения ряда магнитоприемников и измеренным расстоянием от места приземления спортсмена до этого ряда.

Прохождение спортсменом участка горы приземления, на котором его скорость практически постоянна, фиксируется с помощью магнитоприемников, установленных на этом участке и принимающих сигнал от источника магнитного поля, размещенного на лыжах спортсмена. Магнитоприемники связаны с блоком предварительной обработки сигналов, который также соединен с выходом блока фиксации приземления. Блок индикации, связанный с блоком предварительной обработки сигнала предназначен для получения визуальной информации, позволяющей рассчитать длину прыжка без ЭВМ.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых признаков: новым выполнением блока фиксации приземления, новым выполнением системы слежения за перемещением спортсмена, новым выполнением блока предварительной обработки сигналов и новыми связями между блоками устройства.

Устройство для определения длины прыжка на лыжах с трамплина содержит блок фиксации момента приземления, систему слежения за перемещением спортсмена, подключенные к соответствующим входам блока предварительной обработки сигналов, соединенного с блоком индикации.

Блок фиксации момента приземления состоит из сейсмических приемников, расположенных в поверхностном слое горы приземления вдоль ее центральной оси и соединенных параллельно между собой. Система слежения за перемещением спортсмена выполнена в виде источника магнитного поля, например, постоянных магнитов, установленных на лыжах спортсмена или его снаряжении, и рядов магнитоприемников, размещенных в поверхностном слое горы приземления на равных расстояниях друг от друга. Ряды магнитоприемников расположены перпендикулярно центральной оси горы приземления.

Блок предварительной обработки сигналов содержит усилитель-формирователь сигналов сейсмодатчиков, входы которого соединены с выходами блока фиксации момента приземления и усилители-формирователи сигналов магнитоприемников, число которых равно числу рядов магнитоприемников, входы которых связаны с выходами системы слежения за перемещением спортсмена. Выход усилителя-формирователя сигналов сейсмодатчиков через формирователь связан с входом установки первого RS-триггера. Вход сброса RS-триг- гера подключен к выходу первой схемы И, а его прямой выход соединен с первым входом второй схемы И, выход которой подключен к счетному входу первого счетчика (двоично-десятичного счетчика). Выходы первого счетчика соединены с блоком индикации. Выходы усилителей-формирователей сигналов рядов магнитоприемников подключены к входам схемы ИЛИ и к входам регистра номера ряда магнитоприемников, выходы которого соединены с блоком инди- кации. Выход схемы ИЛИ через формирователь соединен с первым входом третьей схемы И, второй вход которой соединен с прямым входом второго RS-триггера. Выход третьей схемы И подключен к второму входу первой схемы И, и к счетному входу счетного триггера, прямой выход которого соединен с первым входом четвертой схемы И, а ее выход со счетным входом второго счетчика (двоично-десятичного счетчика), выходы которого подключены к блоку индикации. Инверсный выход счетного триггера через формирователь соединен с первым входом пятой схемы И, выход которой соединен с входом сброса RS-триггера, установочный вход которого соединен с выходом формирователя. Второй вход первой схемы И, входы сброса счетного триггера, первого счетчика, второго счетчика, второй вход пятой схемы И, вход сброса регистра номера ряда соединены с устройством установки в исходное состояние. Вторые входы второй схемы И, четвертой схемы И соединены с выходом генератора импульсов.

Блок предварительной обработки сиг- налов может быть выполнен на микросхемах серии К 155, К555, К 140.

Блок индикации содержит два дешифратора, входы которых соединены с выходами блока предварительной обработки сигналов, а их выходы с соответствующими входами индикаторов. Аноды светодиодов, входящих также в блок индикации, соединены с соответствующими выходами блока предварительной обработки сигналов, а их катоды с общей шиной.

Блок индикации может быть выполнен на микросхемах серии К 154, светодиодные матрицы могут быть типа АЛС324, светоди- оды - АЛ 307..

Усилитель-формирователь сигналов сейсмодатчиков и усилитель-формирователь сигналов магнитоприемников выполнены по одной и той же схеме и содержат каждый входной фильтр, входы которого со- единены с выходом блока фиксации момента приземления, а выход фильтра соединен с входом усилителя, выход которого через фильтр соединен с входом дифференцирующего усилителя. Выход усилителя соединен с входом порогового устройства. Усилитель-формирователь может быть выполнен по известным схемам, например, на микросхемах серии К 140. Чувствительность усилителя-формирователя около 0,5 мВ, полоса пропускания 5 ... 30 Гц, коэффициент усиления определяется соотношением резисторов усилителя в зависимости от видов усиливаемых сигналов (от сейсмических приемников или от магнитоприемников). Порог срабатывания порогового устройства определяется сейсмическими и электромагнитными соотношениями сигнал/помеха и устанавливается соответствующими регулировочными элементами в схеме.

Как уже указывалось выше, блок фиксации приземления состоит из нескольких сейсмических приемников, в качестве которых могут быть применены датчики типа СВ-10 ГОСТ16810-71. Сейсмические приемники устанавливаются в поверхностном слое грунта горы приземления (под снегом или под искусственным покрытием) вдоль центральной оси горы приземления и соединяются параллельно между собой. Количество сейсмоприемников зависит от свойств трамплина. Расстояние между ними зависит от скорости распространения продольных упругих волн в грунте (в худшем случае, если гора приземления состоит из песчанника - скорость распространения волны от 2,5 до 7 мк/сек; если гора из бетона, то скорость распространения волны больше). По результатам исследований устройство с одиночным сейсмоприемником фиксирует момент приземления спортсмена весом 40 кг на расстоянии не менее 35 м.

С целью уменьшения вероятности ложного срабатывания от сейсмических помех уровень срабатывания порогового устройства усилителя-формирователя устанавливается после исследования сейсмической обстановки на горе приземления и выбирается в 3 раза выше амплитуды максимальных выбросов помех в измеренном сигнале; После установки уровня срабатывания порогового устройства определяют максимальное расстояние, на котором устройство надежно фиксирует момент приземления прыгуна. Если это расстояние, например, 25 м, то максимальное расстояние между сей- смоприемниками для трамплина 90 м с шириной горы приземления около 10 м составит примерно 48 м. Для увеличения надежности фиксации можно принять расстояние между сейсмоприемниками 25... 30 м. Тогда для 90-метрового трамплина при длине участка приземления около 70 м потребуется 3-4 сейсмоприемника.

Система слежения за перемещением спортсмена состоит из источника магнитного поля и рядов магнитоприемников, устанавливаемых на горе приземления, перпендикулярно ее центральной оси и на равных расстояниях друг от друга. В качестве источника магнитного поля могут быть применены постоянные магнитны с высокими магнитными свойствами, которые устанавливаются на снаряжении спортсмена, например, на лыжах.

По рекомендации технических экспертов по прыжкам с трамплина вес магнита не должен превышать 50 г, а его габариты не должны мешать спортсмену. Таким источником магнитного поля может быть магнит из материала ЮН14ДК24 ГОСТ 17809-72, выполненный в форме шайбы диаметром 30 мм м толщиной 2 мм.

Ряды магнитоприемников устанавливаются на горе приземления на таких расстояниях друг от друга, на которых скорость движения спортсмена меняется не более, чем на 2%. Ряды магнитоприемников устанавливаются на одинаковых расстояниях друг от друга, количество рядов должно быть не менее трех. Так, например, для 70 - 90 метровых трамплинов длина участка с равномерной скоростью составляет не менее 20 м (при минимальной скорости 10 м/сек). Таким образом, на таком участке устанавливается три ряда магнитоприемников с расстоянием между ними 10 м. В принципе каждый ряд магнитоприемников может представлять собой катушку индуктивности, длина сердечника которой приблизительно ширине трамплина. Однако такая конструкция нетехнологична, неудобна при транспортировке и установке. Поэтому целесообразно каждый ряд магнитоприемников выполнить в виде четного количества магнитоприемников, представляющих собой катушки с сердечниками, соединенные параллельно и попарно- встречно для компенсации естественных и промышленных помех. Магнитоприемники устанавливаются под искусственным покрытием на глубине 50 - 100 мм, а с учетом снежного покрытия глубина расположения магнитоприемника может достигать 600 мм.

Устройство для определения длины прыжка на лыжах с трамплина работает следующим образом. Перед началом работы триггеры, регистр, счетчики устанавливаются устройством установки в нулевое состояние в состояние О. При этом на прямых выходах триггеров устанавливается логический О и вторая и третья схемы И закрыты . по первому входу, а четвертая схема И по второму входу, и сигналы на соответствующие входы триггера и первого и второго счетчиков не поступают. Выходной сигнал сейсмоприемников, возникающий от удара в момент приземления спортсмена, пройдя через усилитель-формирователь и формирователь устанавливает первый и второй RSтриггеры в состояние логической 1 на их прямых выходах. При этом по первому входу открывается вторая схема И, через которую на первый счетчик поступают импульсы с

выхода генератора, а по второму входу - третья схема И.

При пересечении спортсменом ближайшего по ходу ряда магнитоприемников в момент, когда спортсмен пересекает ось ря0 да магнитоприемников, амплитуда сигнала достигает максимального значения, а значение его производной на выходе дифференцирующего усилителя проходит через О, срабатывает пороговое устройство усилите5 ля-формирователя, и его выходной сигнал устанавливает высокий потенциал в разряде регистра, соответствующем пересеченному ряду магнитоприемников, при этом зажигается соответствующий светодиод

0 блока индикации. Выходной сигнал усилителя-формирователя одновременно поступает на один из входов схемы ИЛИ, а ее выходной сигнал, проходя через формирователь, третью схему И, поступает на пер5 вый вход первой схемы И, устанавливая первый RS-триггер в исходное положение. При этом низкий уровень на его прямом выходе закрывает по первому входу вторую схему И, прекращая подачу импульсов от

0 генератора на первый счетчик. Сигнал с выхода третьей схемы И также поступает на счетный вход триггера, устанавливая на его прямом выходе высокий потенциал, который, поступая на первый вход четвертой

5 схемы И, открывает ее, и импульсы с выхода генератора проходят на вход второго счетчика.

Когда спортсмен пересекает следующий ряд магнитоприемников, выходной сиг0 нал усилителя-формирователя, проходя через схему ИЛИ, формирователь, третью схему И, устанавливает на прямом выходе триггера низкий потенциал. При этом закрывается по первому входу четвертая схе5 ма И, прекращается подача импульсов на вход второго счетчика. Положительным перепадом сигнала с инверсного выхода триггера через формирователь и пятую схему И устанавливается низкий потенциал на выхо0 де второго RS-триггера, который по второму входу закрывает третью схему И, блокируя прохождение импульсов с выхода усилителя-формирователя, возникающих при пересечении следующих по ходу рядов

5 магнитоприемников.

На этом подготовка информации для расчета длины прыжка заканчивается. В первом счетчике содержится число ги, пропорциональное времени движения спортсмена от момента приземления до

пересечения первого по ходу движения спортсмена ряда мэгнитоприемников. Во втором счетчике содержится число П2, пропорциональное времени движения спортсмена от момента пересечения первого по ходу ряда магнитоприемников до момента пересечения следующего ряда.

Для обеспечения большей информативности в получении результата измерения длины прыжка и удобства оформления протоколов соревнований к входам счетчиков и выходам регистра через соответствующий интерфейсный блок можно подключить персональный компьютер.

Длина прыжка L вычисляется по следующей формуле

выпадом, и равный 0. если приземление без выпада;

К 0,3;

К - принят равным 0,3, исходя из следующего; обычно длина выпада спортсмена при приземлении составляет 0,5 - 0,6 м. Половина этого расстояния равна приблизительно 0,3 м.

Подставляя (3) в (2), получим

i - i. KI m ,. ni

41 - I Г.I

Kl П2П2

(4)

Подставляя в (1) значение ln (4), получим окончательную формулу для расчета длины прыжка

Изобретение относится к устройствам для контроля спортивных соревнований и может быть использовано для измерения длины прыжка спортсмена- с трамплина. Целью изобретения является повышение точности определения длины прыжка. Это достигается тем, что устройство содержит блок фиксации момента приземления, вы- .полненный в виде сейсмических датчиков, расположенных вдоль центральной оси трамплина и соединенных параллельно между собой, систему слежения за перемещением спортсмена, которая состоит из ис- точника магнитного поля, например постоянного магнита, установленного на снаряжении спортсмена, и рядов магнито- приемников, размещенных на трамплине, в ее поверхностном слое, на равных расстояниях друг от друга, перпендикулярно центральной оси горы приземления. Каждый ряд магнитоприемников содержит четное количество магнитоприемников, соединенных параллельно между собой. Блок фиксации момента приземления и система слежения за перемещением спортсмена подключены соответственно к блоку предварительной обработки сигналов, который соединен с блоком индикации. 1 з.п. ф-лы. сл с

L h + l2 (N- 1)-ln- M К,

где И - расстояние от стола отрыва до первого ряда магнитоприемников, м (нумерация ведется от ряда, ближайшего к столу отрыва);

I - расстояние между рядами магнито- приемников, м;

N - номер ближайшего (первого) пересекаемого спортсменом ряда магнитоприемников;

In - расстояние от места приземления до ближайшего по ходу движения (первого) ряда магнитоприемников, пересекаемого спортсменом.

ln V ti,V - ,1п Г -, t2t2

где V - скорость движения спортсмена после приземления;

ti - время движения от места приземле- ния до ближайшего по ходу ряда магнитоприемников;

Т2 - время движения между ближайшим по ходу рядом и соседним с ним рядом магнитоприемников (по ходу движения спорт- смена);

t1 Kl Ш, t2 КГ П2,

где щ - информация, зафиксированная в первом счетчике блока;

- информация, зафиксированная во втором счетчике блока;

Ki - коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты выходных импульсов генератора;

Ki 1 /f, где f - частота генератора;

М - коэффициент, равный 1, если судьи зафиксировали приземление спортсмена с

L li + |-(N- 1)-l

20

. ni

П2

М К.

(5)

25

30

35

Примеры расчета длины прыжка спортсмена с трамплина.

Исходные данные:

Трамплин 90 м,

Н 30м,

1 8 м,

число рядов магнитоприемников 11.

Пример 1. Спортсмен приземлился между вторым и третьим рядами магнитоприемников.

N 3

М -1 - зафиксирован прыжок с выпадом

щ 520

П2 1760

из (5)

+ |-(N- 1)- --М К

П2

40 45

50

L 30 + 8-(3-1)-8П р и м е р 2. m 360 П2 888 N 9 М 0

L 30 + 8(9 - 1)- 8

520 1760

-0.3 4м

360 888

При проведении тренировочных прыжков может понадобиться значение скорости в момент приземления.

,

t1Kl П2

f 1 3000 Гц,

П2

ft, V

8 x 3000 888

27 м/с.

По сравнению с прототипом предложенное устройство определения дальности прыжка обладает более простой конструкцией, повышенной надежностью работы, может быть использовано при любых погодных условиях, что объясняется следующим.

Блок фиксации приземления предложенного устройства состоит лишь из сейсмических датчиков, размещенных на горе приземления, параллельно соединенных между собой, сигналом срабатывания для которых служит удар спортсмена о поверхность горы приземления, в связи с чем отпа- да-ет необходимость в использовании контактных устройств, радиоприемника, источника электропитания, электронной схемы, закрепленных на спортсмене и являющихся причиной недостаточной надежности устройства-прототипа. На работу блока фиксации приземления прототипа могут также влиять неблагоприятные погодные условия, которые не оказывают никакого влияния на работу блока фиксации приземления предложенного устройства.

Что касается системы слежения за перемещением спортсмена, то повышение надежности ее работы связано с тем, что на ее работу не влияют перемещения грунта, метеорологические условия, снижающие надежность работы системы слежения устройства-прототипа.

Формула изобретения

ее центральной оси, при этом каждый ряд содержит четное количество магнитоприем- ников,соединенных параллельно.

установки первого и второго RS-триггеров, а выходы остальных усилителей-формирователей подключены к регистру номера ряда магнитоприемников и схеме ИЛИ, выход которой через второй формирователь соединен с первым входом первой схемы И, выходом соединенной со счетным входом счетного триггера и первым входом второй схемы И, выходом подключенной с входом сброса первого RS-триггера, прямой выход

которого соединен с первым входом третьей схемы И, второй вход которой подключен к генератору импульсов, выход третьей схемы И соединен со счетным входом первого счетчика, а инверсный выход счетного триггера связан через третий формирователь с первым входом четвертой схемы И, выходом соединенной с входом сброса второго RS- триггера, прямой выход которого подключен к второму входу первой схемы И,причем

прямой выход третьего счетного триггера соединен с первым входом пятой схемы И, второй вход которой подключен к генератору импульсов, а выход - к счетному входу второго счетчика, выход устройства установки в нулевое состояние соединен с входами сброса счетчиков, регистра и вторыми входами второй и четвертой схем И, а выходы счетчиков, регистра номера ряда магнитоприемников являются выходами блока

обработки сигналов.