專利名稱：游泳訓練測試系統(tǒng)平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種游泳訓練測試系統(tǒng)，特別涉及一種游泳訓練測試系統(tǒng)平臺。
背景技術(shù)：
游泳訓練測試系統(tǒng)是采用水流速度控制被測運動員的游進速度，使之在特定運動強度下，在游泳水槽的槽體內(nèi)做相對靜止運動，可同步測定運動生理生化和運動生物力學的各項指標，并進行綜合的評定，從而能更真實、更全面地反映游泳運動員在游進過程中的身體和技術(shù)狀況，對提高游泳運動員測試評價系統(tǒng)的水平和實用性有很高價值。建造的游泳水槽不僅為游泳的測試提供一個穩(wěn)定、精確的測試條件，而且為游泳運動員的專項素質(zhì)訓練提供一個得天獨厚的訓練環(huán)境。
近些年來，競技游泳水平得到了前所未有的發(fā)展。這不僅表現(xiàn)在絕大多數(shù)項目的世界紀錄被不斷地刷新，而且在除了美國，俄羅斯和澳大利亞等幾個游泳傳統(tǒng)強國外，許多國家都相繼涌現(xiàn)出一批世界級的游泳選手，如荷蘭、瑞典、德國、意大利、中國、日本、加拿大等。這種百花齊放的局面說明了當今游泳水平的提高，是通過對游泳訓練規(guī)律的進一步全面了解和掌握實現(xiàn)的，而訓練規(guī)律的認識又與近些年來科技水平的提高是密不可分的，因此，科學技術(shù)的發(fā)展再一次成為競技游泳發(fā)展的推動力。
游泳科技進步的典型代表就是游泳訓練測試系統(tǒng)平臺(國外也稱其為“游泳水槽測試系統(tǒng)”)的進一步發(fā)展和完善。早在上世紀七十年代初，在德國、瑞典、日本和俄羅斯就相繼設計和研制了可以產(chǎn)生穩(wěn)定水流的競技游泳水槽，但當時訓練測試系統(tǒng)的應用由于受到研究水平的限制而僅僅停留在定性基礎(chǔ)研究上，其功能和科研工作也較為單一，如連續(xù)拍攝游泳運動員的水下劃水動作，并分析技術(shù)的合理性，又如對進行游泳訓練的運動員進行心肺功能的分析，這些單一學科研究確實對當時運動員的技術(shù)改進和能力提高起到了一定的效果。
1987年，美國游泳協(xié)會與美國Uni-Dyne公司在科羅拉多的高原訓練基地共同設計和建造了一個更現(xiàn)代化的游泳訓練測試系統(tǒng)平臺。該水槽不僅在結(jié)構(gòu)和功能上更加優(yōu)越，而且在游泳的應用研究方面也比過去有了顯著的進步。這主要表現(xiàn)在他們開始將一直處于基礎(chǔ)研究中的游進時手掌推進力的測試應用于運動員游泳技術(shù)的改進上，并且開始利用流體力學的原理研究游泳技術(shù)的合理性。同時，他們利用氧氣調(diào)節(jié)設備來調(diào)節(jié)游泳訓練測試實驗室內(nèi)的氧氣濃度，從而模擬各種不同環(huán)境進行訓練。
與此同時，德國的TZ公司也開始對他們在德國生產(chǎn)的水槽在硬件和軟件上進行了更新，更新后的水槽在流速控制精度、湍流度等方面均達到了世界最先進的水平；另外，德國的游泳教練和科研人員共同研發(fā)了一套在水槽上才可以實現(xiàn)的游泳技術(shù)評價體系，該體系將運動員游進時的整體的力學變化和四肢的運動學變化進行了同步測量，這就部分地解釋了游進技術(shù)和效果的因果關(guān)系，從而為游泳技術(shù)的改進提供了充分的依據(jù)。
1997年，新西蘭的Otago大學在考察了各國的游泳訓練測試后，自行設計和建造了一個游泳和皮劃艇共用的訓練測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)的一個顯著特點是使游泳和皮劃艇在同一水槽中的訓練成為可能。另外，他們采用了力學傳感器系統(tǒng)作為游進時力學測量的手段，該系統(tǒng)的優(yōu)點是使測量結(jié)果更加直觀。
上述平臺不能分析運動員不同的體能狀況下的技術(shù)狀況，且不能更準確測定運動員的水下運動情況。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種能綜合分析運動員的體能且能更準確測定運動員的水下運動情況的游泳訓練測試系統(tǒng)平臺。
為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供的游泳訓練測試系統(tǒng)平臺包括一供運動員游泳訓練與測試的水槽；它包含開放式的訓練-測試段和封閉式的循環(huán)段，以及調(diào)節(jié)水流速度的自動化系統(tǒng)。水體在三個主水泵推動下在水槽內(nèi)循環(huán)流動；水槽內(nèi)設有導流片、蜂窩柵、湍流柵以改善水槽內(nèi)水體的流動特征。一游泳三線測速裝置，它包括一固定在所述水槽的上方的移動架上的位移傳感器和在水槽側(cè)面、前上方的攝像機，所述位移傳感器和運動員穿著的專用泳褲相連接；一測定不同技術(shù)狀態(tài)下的阻力大小的水下測力裝置，它包括固定在水下的測力傳感器和在水槽側(cè)面、前上方的若干個攝像機；一游泳三維運動解析裝置，它包括設置在水槽的水下正前位、正側(cè)位或側(cè)前、側(cè)后位的若干個攝像機對運動員進行游泳劃水路線和劃水速度等技術(shù)細節(jié)進行綜合分析；
一檢測運動員攝氧量的情況的肺功能測試裝置，它是通過固定在水槽上方的移動架上的氣體采集接受器連接運動員所帶的呼吸面罩；一無線心率遙控測試儀，它包括一捆綁在胸部的心率發(fā)射器和一在水槽控制室的接受器；一對運動員的血乳酸進行分析的血乳酸測試儀。
本實用新型提供的游泳訓練測試系統(tǒng)平臺，由于具有水流穩(wěn)定、誤差小、均勻的水槽，才為測試、訓練提供了準確的條件；加上游泳三線測速裝置、水下測力裝置、游泳三維運動解析裝置、肺功能測試系統(tǒng)、無線心率遙控測試儀、血乳酸儀的最佳配置，對運動員的體能和技術(shù)分析更加全面、科學。


圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作詳細描述。
參見圖1，本實用新型的游泳訓練測試系統(tǒng)平臺包括水槽1、游泳三線測速裝置2、水下測力裝置3、游泳三維運動解析裝置4、肺功能測試裝置5和無線心率遙控測試儀。
水槽1是一個僅在訓練段為開放式而其余各段為封閉式的循環(huán)水槽，水體在三個主水泵(圖中未示出)推動下，在水槽內(nèi)循環(huán)流動，整個水槽由不銹鋼制成，并安置在澆筑混凝土的鋼架上。水槽內(nèi)設有導流片、蜂窩柵、湍流柵以改善水槽內(nèi)水體的流動特征，同時還配備去除氣泡、水凈化和加溫裝置，以保證水槽的使用要求。設計的游泳水槽訓練-測試段尺寸可為長8米、寬4米、深1.5米，整個水槽的建筑空間為長24米、寬12米、深10米，其水流循環(huán)路徑長度也僅僅在30米左右。
水泵設計循環(huán)水流可由數(shù)臺例如三臺水泵驅(qū)動，水泵可選擇特性曲線比較平緩的軸流泵，適合于小揚程大流量輸送且出流比較均勻，多臺水泵設計可使得在展向水流流速分布均勻。在泵的進水殼內(nèi)，水流從矩形橫斷面帶入三個圓形橫斷面，其漸變光滑過渡的外形設計同樣是基于水流均勻性考慮。泵采用三臺交流異步電機(可調(diào)速)驅(qū)動，電機安裝在水槽水池之外，通過聯(lián)軸器與軸相連，軸的支撐采用密封件、止推軸承、穩(wěn)定環(huán)部件，避免池水泄漏并保證動力的順利輸送，軸另一端連接葉輪，電機支撐底座添滿混凝土來減少噪音和振動。
流道設計流道內(nèi)布置導流片、蜂窩柵、湍流柵以改善水槽內(nèi)水體的流動特征。在流道四個彎道安裝四個導流片，目的在于順滑水流方向，得到水流沿流道光滑過渡減少能量損失以及水體對槽體的沖擊作用。蜂窩柵安放在測試段進水流道，其目的使得大尺度渦結(jié)構(gòu)破碎成為小尺度渦，同時使得流速分布平均，增加流場的均勻度和穩(wěn)定度。湍流柵僅靠蜂窩柵安放，使得小尺度渦進一步破碎，流場更加均勻穩(wěn)定，同時湍流度隨之大大降低。
去除氣泡設計氣泡產(chǎn)生有下列幾個原因游泳運動員劃水過程中氣泡的帶入；訓練測試段流入內(nèi)流段產(chǎn)生的流體翻卷和吸氣現(xiàn)象卷入；循環(huán)過程中過流部件表面負壓造成的空泡脫落。由于訓練測試段距離較短，運行過程中氣泡很難在該段浮出水面而去除，大量的氣泡將嚴重影響對運動員泳姿的觀測和分析，為此在循環(huán)流道內(nèi)安置了兩個去除氣泡裝置。其一，在攔護網(wǎng)后方設置水流擋板，擋板角度適當調(diào)節(jié)，減少氣體大量吸入流道。其二，在從上層流向下層的中部沿展向布置一排中空倒翼型板，在流過該部件后在尾部產(chǎn)生負壓，可以吸附氣泡，并通過內(nèi)部空間排出；其三，在水泵的葉輪和導葉之間留出足夠的距離，由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)造成水流中心負壓，使得氣泡將向中心聚集，并通過吸氣管排出；其四，在下層流道擴張段尾部的上端設計一間隙，當氣泡隨流體在下層流經(jīng)擴張段時不斷上浮，到達上端的間隙處被排出。如此設計可對水流中氣泡含量有一定的改善。
另外，水槽設計還配備了水處理設備和水溫控制設備。其中水溫控制設備具有非常獨特的因素，由于上海夏季溫度高，水溫會超過規(guī)定的27-29攝氏度，這對訓練和測試都是不利的，所以在此基礎(chǔ)上增加了國外該系統(tǒng)所不具備的具有降溫的冷凝水設備。
游泳三線測速裝置2采用德國市售的游泳三線測速系統(tǒng)，它是通過固定在水槽上方的移動架上的位移傳感器，和運動員穿著的專用泳褲相連接，在固定水流流速的情況下，要求運動員在水槽內(nèi)做最大限度的相對靜止運動員，然而由于運動過程中運動員不合理的技術(shù)而導致了加速和減速的變化，通過德國游泳三線測速系統(tǒng)和在水槽側(cè)面的攝像機同步數(shù)據(jù)采集，可以發(fā)現(xiàn)由于技術(shù)不合理所造成的加速和減速的變化曲線情況和圖像技術(shù)特征，便于分析與改進運動員技術(shù)動作。
水下測力裝置3是采用市售的美國水下測力系統(tǒng)，它是通過固定在水下的測力傳感器，根據(jù)運動員在水槽中靜態(tài)阻力和動態(tài)阻力變化，并通過美國水下測力系統(tǒng)和在水槽側(cè)面、正面上方的攝像機同步數(shù)據(jù)采集，可以發(fā)現(xiàn)在不同技術(shù)狀態(tài)下的阻力大小，對游泳的技術(shù)改進提供依據(jù)。
游泳三維運動解析裝置4是一套技術(shù)分析軟件。通過在水槽的水下正前位、正側(cè)位或側(cè)前、側(cè)后位的攝像機拍攝的圖像，對運動員進行游泳劃水路線和劃水速度等技術(shù)細節(jié)進行綜合分析。
以上游泳三線測速裝置2、水下測力裝置3和游泳三維運動解析裝置4是運動生物力學儀器，可以全面測試運動員在水中的用力大小和各環(huán)節(jié)的速度變化的指標，對全面分析運動員的技術(shù)情況具有實際意義。
肺功能測試裝置5采用市售的意大利科時邁肺功能測試系統(tǒng)，它是通過固定在水槽上方的移動架上的氣體采集接受器連接運動員所帶的呼吸面罩，在固定的水流流速下，進行呼吸的氧氣和二氧化碳的分析，從而了解在不同速度情況下，運動員攝氧量的情況。德國無線心率遙控測試儀是捆綁在胸部的心率發(fā)射器和在水槽控制室的接受器兩部分組成，根據(jù)不同的運動強度，其心率具有不同的數(shù)值，從而可以判斷其所達到的生理負荷狀態(tài)。
血乳酸測試裝置5采用市售的美國YSI-1500血乳酸測試儀，它是在完成一定速度后，對人體能量代謝，特別是無氧糖酵解的產(chǎn)物——血乳酸進行分析，通過對血乳酸的分析，可以判斷運動員處于有氧還是無氧功能狀態(tài)，特別是能夠分析處于哪一級的能量代謝狀態(tài)。以上三方面運動生理生化儀器的協(xié)同使用，可以對應分析心率、攝氧量、血乳酸等運動生理、生化指標的關(guān)系，更能清楚地了解運動員的體能狀況。
上述肺功能測試裝置5和血乳酸測試儀6是運動生理生化儀器和運動生物力學儀器，它們的聯(lián)合使用，可以綜合分析運動員的體能狀態(tài)和技術(shù)狀況，尋找疲勞狀態(tài)下的技術(shù)解決方案或通過技術(shù)改進延緩疲勞的產(chǎn)生，對游泳訓練的科學化具有積極的促進作用。
當然，本實施例并不用于限制本實用新型，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，仍可對本實施例作多種變化，因此，凡是采用本實用新型的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應列入本實用新型的權(quán)利要求書的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種游泳訓練測試系統(tǒng)平臺，其特征在于，它包括一供運動員游泳訓練的水槽；它包含開放式的訓練段和封閉式的循環(huán)水槽，水體在三個主水泵推動下在水槽內(nèi)循環(huán)流動；水槽內(nèi)設有導流片、蜂窩柵、湍流柵以改善水槽內(nèi)水體的流動特征。一游泳三線測速裝置，它包括一固定在所述水槽的上方的移動架上的位移傳感器和在水槽側(cè)面的攝像機，所述位移傳感器和運動員穿著的專用泳褲相連接；一測定不同技術(shù)狀態(tài)下的阻力大小的水下測力裝置，它包括固定在水下或水上的測力傳感器和在水槽側(cè)面、正面上方的若干個攝像機；一游泳三維運動解析裝置，它包括設置在水槽的水下正前位、正側(cè)位或側(cè)前、側(cè)后位的若干個攝像機對運動員進行游泳劃水路線和劃水速度等技術(shù)細節(jié)進行綜合分析；一檢測運動員攝氧量的情況的肺功能測試裝置，它是通過固定在水槽上方的移動架上的氣體采集接受器連接運動員所帶的呼吸面罩；一無線心率遙控測試儀，它包括一捆綁在胸部的心率發(fā)射器和一在水槽控制室的接受器；一對運動員的血乳酸進行分析的血乳酸測試儀。
2.如權(quán)利要求1所述的游泳訓練測試系統(tǒng)平臺，其特征在于，所述水槽還包括除氣泡裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的游泳訓練測試系統(tǒng)平臺，其特征在于，所述水槽還包括水凈化裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的游泳訓練測試系統(tǒng)平臺，其特征在于，所述水槽還包括加溫、降溫裝置。
專利摘要本實用新型提供的游泳訓練測試系統(tǒng)平臺包括一供運動員游泳訓練與測試的水槽、一游泳三線測速裝置、一測定不同技術(shù)狀態(tài)下的阻力大小的水下測力裝置、一游泳三維運動解析裝置、一檢測運動員攝氧量的情況的肺功能測試裝置、一無線心率遙控測試儀、一對運動員的血乳酸進行分析的血乳酸測試儀。本實用新型提供的游泳訓練測試系統(tǒng)平臺，由于具有水流穩(wěn)定、誤差小、均勻的水槽，才為測試、訓練提供了準確的條件；加上游泳三線測速裝置、水下測力裝置、游泳三維運動解析裝置、肺功能測試系統(tǒng)、無線心率遙控測試儀、血乳酸儀的最佳配置，對運動員的體能和技術(shù)分析更加全面、科學。
文檔編號A63B71/00GK2810689SQ200520043260
公開日2006年8月30日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者陳森興, 朱德祥, 余衛(wèi)東, 徐心浩, 仰紅慧, 程鷙, 馬崢, 羅惠明, 沈存, 班允昕 申請人:上海體育科學研究所, 中國船舶科學研究中心上海分部