專利名稱:測量物體運(yùn)動速度的裝置的制作方法
本發(fā)明涉及測量物體運(yùn)動速度的裝置，具體涉及測量運(yùn)動物體，例如測量在起始點和落地點之間預(yù)定距離上運(yùn)動的網(wǎng)球的速度的裝置。
運(yùn)動物體的運(yùn)動速度測量裝置在技術(shù)上是為人所知的，例如對運(yùn)動物體發(fā)射預(yù)定頻率的電磁波(例如激光束)或超聲波，測量從運(yùn)動物體反射的反射波頻率，以利用多普勒效應(yīng)測定物體運(yùn)動的速度。
這種現(xiàn)有技術(shù)的運(yùn)動速度測量裝置可以精確地測量運(yùn)動物體的瞬時速度。但是它的缺點在于，因為必須對運(yùn)動物體發(fā)射預(yù)定頻率的電磁波或超聲波，就需要另一個人操作發(fā)射裝置。例如在網(wǎng)球發(fā)球訓(xùn)練中，為了使發(fā)球者自己知道他發(fā)球的球速，就必須請另一個人幫助。所以這是不方便的，而且使這種運(yùn)動速度測量裝置本身體積變大，價格昂貴。
鑒于現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題做出了本發(fā)明，其目的是提供一種不需要其他人的幫助就能容易地測量物體運(yùn)動的平均速度的測量裝置，該物體分別在運(yùn)動的起始時間和落地時間發(fā)射振動波(例如聲波)。
為了實現(xiàn)這個目的，在測量物體運(yùn)動速度的運(yùn)動速度測量裝置中(該物體在運(yùn)動起始時間和通過一段預(yù)定距離之后的運(yùn)動終結(jié)時間分別發(fā)射振動波，例如聲波)，本發(fā)明的特征在于用于檢測物體在運(yùn)動起始時間所發(fā)振動波的運(yùn)動起始檢測裝置;用于檢測物體在運(yùn)動終結(jié)時所發(fā)振動波的運(yùn)動終結(jié)檢測裝置;用于測量運(yùn)動起始檢測裝置檢測到振動波的時間點和運(yùn)動終結(jié)檢測裝置檢測到振動波的時間點之間的時間間隔的測量裝置;根據(jù)所測時間間隔和預(yù)定距離計算該物體運(yùn)動速度的速度計算裝置;用于顯示計算裝置所得計算結(jié)果的顯示單元。這時，運(yùn)動終結(jié)檢測裝置不僅在物體碰撞包括地面、墻壁等在內(nèi)的固定物體時，而且在物體碰撞包括水、油等在內(nèi)的流體時都能檢測到物體發(fā)射的振動波。關(guān)于這方面進(jìn)一步要說明，運(yùn)動終結(jié)時間不只意味著物體停止運(yùn)動，而且意味著物體改變運(yùn)動方向。
在本發(fā)明中，當(dāng)測量分別在運(yùn)動起始時間和落地時間發(fā)射振動波(例如聲波)，并運(yùn)動一段預(yù)定距離的物體的運(yùn)動速度時，由包括振動檢測器、麥克風(fēng)等的運(yùn)動起始檢測裝置檢測物體在運(yùn)動起始時間發(fā)射的振動波;時間測量裝置對時間的測量在檢測運(yùn)動起始時間時開始。然后，當(dāng)物體運(yùn)動一段預(yù)定距離之后到達(dá)運(yùn)動終結(jié)位置，發(fā)射包括聲波或類似波的振動波時，由包括采集聲波的麥克風(fēng)或類似裝置的運(yùn)動終結(jié)檢測裝置檢測該振動波，與此同時，時間測量裝置停止時間測量。該物體的運(yùn)動速度由速度計算裝置根據(jù)時間測量結(jié)果和該預(yù)定距離進(jìn)行計算，計算結(jié)果顯示在顯示單元上。由此可以直觀、方便、自動地得知該物體運(yùn)動的速度。
因此，本發(fā)明不需要象利用多普勒效應(yīng)的、現(xiàn)有技術(shù)的運(yùn)動速度測量裝置那樣對運(yùn)動物體發(fā)射電磁波或超聲波，就可以無需其他人的幫助測量物體的運(yùn)動速度。因此，本發(fā)明的優(yōu)點是能提供一種整體結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格便宜的運(yùn)動速度測量裝置。
圖1是本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明一個實施例的透視圖，其中運(yùn)動物體是網(wǎng)球。
圖3是顯示運(yùn)動速度測量裝置主體實例外觀的透視圖。
圖4是可以用于本發(fā)明的處理電路的實例的框圖。
圖5是微機(jī)執(zhí)行的處理程序的實例的流程圖。
圖6是為說明本發(fā)明的工作過程，顯示處理電路各部分波形的信號波形圖。
下面參考附圖敘述本發(fā)明的實施例。
在圖1中，標(biāo)號30代表在運(yùn)動物體的運(yùn)動起始時間檢測振動波的運(yùn)動起始檢測裝置，例如振動波檢測器等或類似的裝置，標(biāo)號31代表運(yùn)動物體在離開運(yùn)動起始位置一段預(yù)定距離的運(yùn)動終結(jié)位置撞擊地面或類似物體時檢測運(yùn)動物體所發(fā)射的振動波的運(yùn)動終結(jié)檢測裝置，例如采集聲波的麥克風(fēng)或類似的裝置，標(biāo)號32代表時間測量裝置，它響應(yīng)運(yùn)動起始檢測裝置30的檢測信號開始時間測量，響應(yīng)運(yùn)動終結(jié)檢測裝置31的檢測信號停止時間測量，標(biāo)號33代表速度計算裝置，它根據(jù)時間測量裝置的時間測量結(jié)果和運(yùn)動物體的預(yù)定運(yùn)動距離計算運(yùn)動物體的運(yùn)動速度，標(biāo)號34代表顯示速度計算裝置計算結(jié)果的顯示單元。
接下去結(jié)合圖2敘述上述運(yùn)動速度測量裝置設(shè)置的具體例子，在該圖中，本發(fā)明用來測量發(fā)球時網(wǎng)球的運(yùn)動速度。
在圖2中，標(biāo)號1代表安裝在網(wǎng)球拍2上的運(yùn)動速度測量裝置的主體，標(biāo)號3代表運(yùn)動終結(jié)檢測裝置，它包括位于網(wǎng)球4落地位置(運(yùn)動終結(jié)位置)附近的采集聲波的麥克風(fēng)3a。
運(yùn)動速度測量裝置主體具有一個由合成樹脂或類似材料制造的、重量較輕的外殼5，外殼5的外表面上裝有電源開關(guān)6，作為顯示運(yùn)動速度的顯示單元的液晶顯示7和清除液晶顯示7上的顯示的清除按鈕8。具有立絨緊固扣9的帶子10a和10b分別固定在外殼5的上部和下部，運(yùn)動速度檢測裝置主體1由它們固定在網(wǎng)球拍2的拍桿2a上。
外殼5的內(nèi)部有一個由壓電陶瓷板或類似裝置構(gòu)成的振動檢測器11，作為運(yùn)動起始檢測裝置，檢測網(wǎng)球4碰撞到球拍2時發(fā)出的振動波，還有一個構(gòu)成時間測量裝置、速度計算裝置及其它裝置的處理電路12。
圖4是處理電路12的一個實例。來自于振動檢測器11的振動檢測信號通過放大器13和由集成電路計時器或類似電路組成的電平轉(zhuǎn)換電路14輸送到微機(jī)15的輸入口15a。由落地檢測裝置3發(fā)射并由接收天線16接收的發(fā)射信號，通過接收電路17和電平轉(zhuǎn)換器18輸送到微機(jī)15的輸入口15a。
微機(jī)15至少具有輸入口15a，輸出口15b，根據(jù)施加到輸入口15a上的輸入信號執(zhí)行預(yù)定計算和處理的處理單元15c，存儲常數(shù)以及存儲處理單元15c執(zhí)行計算和處理所需程序的存儲器15d。當(dāng)振動檢測器11的振動檢測信號施加到輸入口15a時，處理單元15c開始時間測量，當(dāng)落地檢測裝置發(fā)射的信號施加到輸入口15a時，處理單元15c停止時間測量。處理單元15c按公式V＝l/T計算，根據(jù)所測時間間隔T，網(wǎng)球場的一個預(yù)定端線和另一個發(fā)球線之間的距離l確定網(wǎng)球4的運(yùn)動速度V。被確定的運(yùn)動速度V作為顯示數(shù)據(jù)從輸出口15b輸出送至液晶顯示7。
如圖4所示，運(yùn)動終結(jié)檢測裝置3包括一個聲波采集麥克風(fēng)3a，它位于與落地位置對應(yīng)的發(fā)球線的附近，例如裝在網(wǎng)的下部邊緣;一個用于放大聲波采集麥克風(fēng)3a輸出信號的放大器3b;一個用于轉(zhuǎn)換被放大的輸出信號電平的電平轉(zhuǎn)換器3c;一個由電平轉(zhuǎn)換輸出信號的前沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器3d;一個接收單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器3d的輸出信號并以此作為發(fā)射信號的發(fā)射電路3e;一個用于發(fā)射由發(fā)射電路3e提供的發(fā)射信號的發(fā)射天線3f。
下面結(jié)合流程圖5敘述上述實施例的工作情況。
當(dāng)電源開關(guān)6一接通，微型計算機(jī)15中的處理單元15c就開始進(jìn)行圖5所示的處理工作。
在步驟(1)實現(xiàn)初始化，清除存儲器15d里的預(yù)定存儲區(qū)中存貯的顯示數(shù)據(jù)，使液晶顯示單元7上的顯示為零。然后執(zhí)行步驟(2)，判斷等于或高于預(yù)定電平的振動檢測信號VD是否已經(jīng)從振動檢測器11輸入。此時如果未輸入振動檢測輸出信號VD，則程序等待振動檢測信號VD的輸入。如果有振動檢測信號VD輸入，則執(zhí)行步驟3。當(dāng)打網(wǎng)球的人站在發(fā)球位置，拿著裝有運(yùn)動速度檢測裝置主體1的球拍2，在t1時刻發(fā)球時，由于球拍2打擊網(wǎng)球4，因此球和球拍產(chǎn)生振動波。該振動波通過網(wǎng)球拍2的網(wǎng)線和拍框傳送到速度測量裝置主體1，并如圖6(a)所示被安裝在主體1內(nèi)部的振動檢測器11檢測。振動檢測器11輸出的振動檢測信號VD由放大器12放大，并被電平轉(zhuǎn)換器13轉(zhuǎn)換成具有預(yù)定電平的電平信號LS(圖6(b)所示)。然后輸入到微機(jī)15的輸入口15a。
當(dāng)振動檢測信號VD輸入到微機(jī)15的輸入口15a時，程序由步驟(2)進(jìn)行到步驟(8)，通過起動一個時間計數(shù)器按預(yù)定期間計數(shù)開始時間測量。
然后進(jìn)行步驟(4)，判斷預(yù)定時間△t(例如0.1秒)是否已經(jīng)過去。若在時刻t2預(yù)定時間過去，則進(jìn)行步驟(5)，等待讀取由輸入口15a提供的接收信號RS(RS是在運(yùn)動終結(jié)檢測信號RD的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的)，如圖6(c)所示。按照這種方式，從振動檢測信號VD被輸出的時刻起經(jīng)過預(yù)定時間△t以后，第一次開始讀取接收信號RS，有可能防止由球拍打擊網(wǎng)球4所產(chǎn)生的，并被麥克風(fēng)3a檢測到打擊聲被誤判為網(wǎng)球的落地聲。
然后進(jìn)行步驟(6)，判斷運(yùn)動終結(jié)檢測信號RD是否已經(jīng)從運(yùn)動終結(jié)檢測裝置3輸入。如果未輸入，則進(jìn)行步驟(7)，判斷在開始讀取接收信號RS之后預(yù)定的時間Ts是否已經(jīng)過去。如果還未過去，則返回到步驟(6);如果已經(jīng)過去，也就是網(wǎng)球4被球網(wǎng)攔住而不能到達(dá)預(yù)定的落地位置，則進(jìn)行步驟(8)，停止讀取接收信號RS。然后進(jìn)行步驟(8)a，將時間測量計數(shù)器清零，程序返回到步驟(2)。
另一方面，如果在預(yù)定時間Ts內(nèi)輸入了運(yùn)動終結(jié)檢測信號RD，則進(jìn)行步驟(9)。換句話說，例如當(dāng)網(wǎng)球4在時刻t3落在對方場內(nèi)發(fā)球線附近位置時，球撞擊地面產(chǎn)生撞擊聲，該撞擊聲作為運(yùn)動終結(jié)檢測信號RD被聲波采集麥克風(fēng)3a檢測，如圖6(d)所示。運(yùn)動終結(jié)檢測信號由放大器3放大，由電平轉(zhuǎn)換器3c進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，電平轉(zhuǎn)換器3c輸出信號的前沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器3d，如圖6(e)所示。在單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器3d的輸出信號MS保持ON狀態(tài)期間，發(fā)射電路3e的發(fā)射信號送到發(fā)射天線3f。因此，發(fā)射電磁波S被發(fā)射到運(yùn)動速度測量裝置主體1的接收天線16上。當(dāng)發(fā)射電磁波S通過接收天線16被接收電路17接收時，由電平轉(zhuǎn)換器18得到圖6(g)中所示的接收信號RS，其后，信號RS輸出到微機(jī)15的輸入口15(a)。
在運(yùn)動終結(jié)信號RD的接收信號RS輸出到輸入口15a的時刻t3，處理單元15c由程序步驟(6)執(zhí)行至步驟(9)，時間測量計數(shù)器停止計數(shù)從而停止時間測量。然后進(jìn)行步驟(10)，在停止讀取接收信號RS之后，進(jìn)行步驟(11)。
在步驟(11)中，以時間測量計數(shù)器的計數(shù)值作為被測時間間隔T，根據(jù)這個被測時間間隔T和預(yù)先存儲在存儲器15d中的預(yù)定距離l，按公式l/T計算，得到網(wǎng)球4的運(yùn)動速度V，計算結(jié)果作為速度顯示數(shù)據(jù)存儲在存儲器15d的預(yù)定區(qū)域。
然后進(jìn)行步驟(12)，在步驟(11)存儲的速度顯示數(shù)據(jù)輸出給液晶顯示器7，顯示網(wǎng)球4的運(yùn)動速度。接著進(jìn)行步驟(13)，判斷清除開關(guān)8是否按下。如果未按下，程序返回到步驟(12);如果已按下，則進(jìn)行步驟(14)，將存儲在存儲器15d中的速度顯示數(shù)據(jù)清零，同時，在時間測量計算器清零之后，程序返回到上述的步驟(2)。
在圖5所示的處理過程中，步驟(2)-(9)對應(yīng)于由時間測量裝置32完成的程序，步驟(11)對應(yīng)于由計算裝置33完成的程序。
因此，不需要他人的幫助，網(wǎng)球4的發(fā)球者通過觀看安裝在球拍2上的運(yùn)動速度測量裝置主體1上的液晶顯示7就能立刻直觀地知道網(wǎng)球4從運(yùn)動起始時間至落地時間的平均運(yùn)動速度。
另外，通過提高運(yùn)動終結(jié)檢測裝置3的聲波采集麥克風(fēng)3a的方向性，并且同時提高電平轉(zhuǎn)換器3c的檢測電平，可以精確地分辨在其它鄰近場地產(chǎn)生的打球聲或球落地聲和在打球者自己場地所產(chǎn)生的球落地聲，從而避免誤測。
另外，在前述實施例中，雖然時間測量裝置和計算裝置是由微機(jī)15構(gòu)成的，但本發(fā)明并不限制于此?？梢赃x用另一種結(jié)構(gòu)，其中，觸發(fā)器由電平轉(zhuǎn)換器13的輸出置位，由另一個電平轉(zhuǎn)換器18的輸出復(fù)位，觸發(fā)器的正輸出作為門控信號提供給門電路，該門電路控制著時鐘脈沖進(jìn)入時間測量計數(shù)器的通路。時間測量計數(shù)器的計數(shù)值作為被測時間間隔T加到除法電路的除數(shù)端，預(yù)定距離l加到除法電路的被除數(shù)端，進(jìn)行除法運(yùn)算(l/T)，求得運(yùn)動速度V。運(yùn)動速度V提供給液晶顯示器7。
另外，在前述實施例中，雖然用振動檢測器11作為運(yùn)動起始檢測裝置，檢測在網(wǎng)球4的運(yùn)動起始時間的振動波，但本發(fā)明并不限制于此，可以用麥克風(fēng)檢測擊球時產(chǎn)生的撞擊聲。
另外，在前述實施例中，雖然用液晶顯示7作為運(yùn)動速度的顯示單元，但本發(fā)明并不限制于此，也可以使用發(fā)光二極管、熒光顯示管等作為數(shù)字顯示元件。
另外，在前述實施例中，雖然運(yùn)動速度測量裝置主體1被固定在網(wǎng)球拍2上，但本發(fā)明并不限制于此，只是振動檢測器11和類似于運(yùn)動終結(jié)檢測裝置3的無線電發(fā)射裝置可以固定在網(wǎng)球拍2上，以便運(yùn)動起始檢測信號可以通過無線電波發(fā)射給具有時間測量裝置、計算裝置和置于他處的顯示單元的運(yùn)動速度測量裝置主體1。
另外，在前述實施例中，本發(fā)明用于網(wǎng)球發(fā)球時網(wǎng)球運(yùn)動速度的測量。不過本發(fā)明并不限制于此，例如它可以用于測量高爾夫球的運(yùn)動速度，或者用于測量任何物體的運(yùn)動速度，這些物體在運(yùn)動起始和終結(jié)時產(chǎn)生振動波(例如聲波或類似波)，并運(yùn)動一段預(yù)定距離。
權(quán)利要求
1.一種運(yùn)動物體的運(yùn)動速度測量裝置，其中所說的運(yùn)動物體分別在運(yùn)動起始時間和運(yùn)動一段預(yù)定距離之后的終結(jié)時間產(chǎn)生諸如聲波的第一和第二振動波，其特征在于該裝置包括用于檢測由所說運(yùn)動物體在運(yùn)動起始時產(chǎn)生的第一振動波的運(yùn)動起始檢測裝置；用于檢測由所說運(yùn)動物體在運(yùn)動終結(jié)時產(chǎn)生的第二振動波的運(yùn)動終結(jié)檢測裝置；用于測量在所說運(yùn)動起始檢測裝置檢測第一振動波的時刻和所說運(yùn)動終結(jié)檢測裝置檢測第二振動波的間刻之間的時間間隔的時間測量裝置；根據(jù)所說的時間測量裝置測得的時間測量結(jié)果和預(yù)定距離計算所說運(yùn)動物體的運(yùn)動速度的速度計算裝置；顯示由所說速度計算裝置得到的計算結(jié)果的顯示單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種裝置，其中所說的運(yùn)動起始檢測裝置、所說的時間測量裝置、所說的速度計算裝置和所說的顯示單元安裝在一個共同的盒子內(nèi)，并且由所說的運(yùn)動終結(jié)檢測裝置測得的檢測結(jié)果通過無線電波提供給所說的時間測量裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種裝置，其中所說的運(yùn)動起始檢測裝置包括附裝在用來碰擊所說的運(yùn)動物體，使其產(chǎn)生初始速度的碰擊裝置上的振動波檢測器。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的一種裝置，其中所說的運(yùn)動物體是網(wǎng)球，所說的碰擊裝置是球拍。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的一種裝置，其中所說的運(yùn)動終結(jié)檢測裝置是具有一定方向性的聲波采集麥克風(fēng)。
專利摘要
通過測量發(fā)球者的球拍打擊網(wǎng)球時產(chǎn)生的振動波的第一次檢測和網(wǎng)球碰擊場地地面時產(chǎn)生的另一振動波的第二次檢測之間的時間間隔，可以確定運(yùn)動一段預(yù)定距離的運(yùn)動物體(例如網(wǎng)球)的運(yùn)動速度。完成第一次檢測的振動檢測器、計算網(wǎng)球運(yùn)動速度的微機(jī)和顯示運(yùn)動速度的液晶顯示安裝在網(wǎng)球拍上的一個盒內(nèi)。完成第二次檢測的聲波采集麥克風(fēng)附裝在場地落球位置附近的球網(wǎng)下部邊緣，其檢測信號通過無線電波發(fā)射到置于盒內(nèi)的接收器上。
文檔編號A63B69/38GK87107996SQ87107996
公開日1988年6月8日 申請日期1987年11月26日
發(fā)明者小池榮師 申請人:株式會社阿真導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan