專利名稱：鉛球訓(xùn)練中鉛球運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉛球訓(xùn)練中鉛球運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，通過測(cè)量投擲出鉛球的速度和角度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)為鉛球的投擲訓(xùn)練提供指導(dǎo)。
背景技術(shù)：
2008年北京舉辦的奧運(yùn)會(huì)上，中國(guó)體育健兒奮力拼搏獲得很好的成績(jī)，極大的增強(qiáng)了民族自信心?？茖W(xué)的訓(xùn)練方法和訓(xùn)練儀器是取得優(yōu)異成績(jī)的保證。鉛球投擲訓(xùn)練中，鉛球運(yùn)動(dòng)員成績(jī)的標(biāo)志為鉛球的飛行距離，該距離取決于鉛球出手時(shí)的速度、角度、風(fēng)力阻尼等因素。為提高鉛球運(yùn)動(dòng)員成績(jī)，鉛球運(yùn)動(dòng)員在每次訓(xùn)練中必須確切知道這些參數(shù)，并不斷優(yōu)化自身的投擲方法，才可能獲得好的成績(jī)。對(duì)于投擲出鉛球的速度測(cè)量，理論方法很多， 如網(wǎng)球比賽中采用多普勒測(cè)速儀，馬路上使用的感應(yīng)測(cè)速儀等。但多普勒測(cè)速儀僅能給出速度，不能同時(shí)獲得鉛球投擲的出射角度；感應(yīng)測(cè)速儀也不能給出角度，而且是接觸式的， 無法用于鉛球的多參數(shù)測(cè)試。
菲涅爾透鏡是由法國(guó)物理學(xué)家奧古斯汀·菲涅爾發(fā)明的，多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它能將焦點(diǎn)上的光源擴(kuò)展成為平行光。菲涅爾透鏡最初應(yīng)用于燈塔，具有焦距短、材料用量更少、重量與體積更小的特點(diǎn)，與早期的透鏡相比，菲涅耳透鏡更薄，可傳遞更多的光。
為了幫助鉛球運(yùn)動(dòng)員科學(xué)訓(xùn)練、快速提高成績(jī)，本系統(tǒng)采用半導(dǎo)體激光器、菲涅爾透鏡和光敏二極管陣列實(shí)現(xiàn)投擲出鉛球的運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量，不僅可以準(zhǔn)確地測(cè)量飛行鉛球的速度，而且可以同時(shí)獲得投擲出鉛球的角度，教練可根據(jù)實(shí)時(shí)獲得的鉛球地運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的投擲動(dòng)作給出訓(xùn)練指導(dǎo)。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉等特點(diǎn)，非常適用于鉛球投擲訓(xùn)練。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了幫助鉛球運(yùn)動(dòng)員科學(xué)訓(xùn)練、快速提高成績(jī)而提出的鉛球訓(xùn)練中鉛球運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。
本發(fā)明所述鉛球訓(xùn)練中鉛球運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，主要由光源部分、傳感器陣列、支撐結(jié)構(gòu)、顯示模塊、無線發(fā)射模塊及計(jì)算機(jī)組成。兩組光源部分與傳感器陣列成對(duì)安裝在兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上，讓投擲出的鉛球先后穿過前、后端光源部分發(fā)出的平行光幕，通過其相對(duì)應(yīng)的傳感器陣列獲取鉛球的運(yùn)動(dòng)信息，顯示模塊和無線發(fā)射模塊安裝在支撐結(jié)構(gòu)上傳感器陣列的背面，顯示模塊將傳感器陣列測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲得投擲出鉛球的速度、角度和投擲距離并顯示出來，計(jì)算獲得的鉛球運(yùn)動(dòng)的速度、角度和投擲距離同時(shí)通過無線發(fā)射模塊傳輸?shù)浇叹氜k公室的計(jì)算機(jī)，以存儲(chǔ)訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)，以便后續(xù)的分析和訓(xùn)練指導(dǎo)。
光源部分由半導(dǎo)體激光器和菲涅爾透鏡組成，傳感器陣列由光敏二極管構(gòu)成，光源部分與傳感器陣列共有兩組，每組包含一個(gè)光源部分和一個(gè)傳感器陣列，兩組光源部分及其對(duì)應(yīng)的傳感器陣列分別安裝在兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)的前端和后端，兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)布設(shè)在運(yùn)動(dòng)員前方的左右兩側(cè)。半導(dǎo)體激光器出射的光經(jīng)過菲涅爾透鏡整形為平行光投射到對(duì)面的傳感器陣列上，當(dāng)運(yùn)動(dòng)投擲出的鉛球通過平行光幕時(shí)，阻擋了投射到傳感器陣列上的光，不同的位置對(duì)應(yīng)的傳感器陣列的輸出信號(hào)不同，據(jù)此信息可以獲得鉛球經(jīng)過前端、后端平行光幕的位置，同時(shí)記錄鉛球經(jīng)過前端和后端光幕時(shí)的時(shí)間。
顯示模塊由運(yùn)算電路和液晶顯示屏組成，運(yùn)算電路將傳感器陣列采集到的鉛球運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行處理計(jì)算，得到投擲出鉛球飛行的速度、角度和預(yù)估投擲距離，并將這些結(jié)果顯示在液晶顯示屏上。
無線發(fā)射模塊將上述計(jì)算所得鉛球的運(yùn)動(dòng)參數(shù)發(fā)送到辦公室的計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)， 用于以后的數(shù)據(jù)查詢及訓(xùn)練分析和指導(dǎo)。


圖1是本發(fā)明給出的鉛球運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量方案示意2是本發(fā)明中鉛球穿過平行光幕的示意3是本發(fā)明中鉛球角度計(jì)算原理4是本發(fā)明中鉛球運(yùn)行軌跡圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及本發(fā)明人按上述技術(shù)方案完成的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參見圖1，本發(fā)明的方法是將兩組光源部分與傳感器陣列成對(duì)安裝在兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上，讓投擲出的鉛球先后穿過前、后端光源部分發(fā)出的平行光幕，通過其相對(duì)應(yīng)的傳感器陣列獲取鉛球的運(yùn)動(dòng)信息，通過顯示模塊將傳感器陣列測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲得投擲出鉛球的速度、角度和投擲距離并顯示出來，同時(shí)將計(jì)算獲得的鉛球運(yùn)動(dòng)的速度和角度通過無線發(fā)射模塊傳輸?shù)浇叹氜k公室的計(jì)算機(jī)，以存儲(chǔ)訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)。
1. 角度計(jì)算參見圖1-圖3。光源部分1由半導(dǎo)體激光器9和菲涅爾透鏡10組成，傳感器陣列4 由光敏二極管構(gòu)成，光源部分1與傳感器陣列4成對(duì)地安裝在兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)5的前端和后端，半導(dǎo)體激光器9出射的光經(jīng)過菲涅爾透鏡10整形為平行光，形成前端平行光幕2和后端平行光幕3，前端和后端的平行光分別投射到前端和后端的傳感器陣列4上。兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)5布設(shè)在運(yùn)動(dòng)員前方的左右兩側(cè)，支撐結(jié)構(gòu)5的高度可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的身高進(jìn)行上下調(diào)節(jié)，以確保運(yùn)動(dòng)員投擲的鉛球6剛好能穿過前端光幕2和后端光幕3。圖2中，下面的鉛球6為進(jìn)入前端光幕2的位置，上面的鉛球6為穿過后端光幕3的位置。前端光幕2與后端光幕3的間距為L(zhǎng)=300mm，鉛球分別經(jīng)過兩個(gè)平行光幕的位置時(shí)，阻擋了投射到傳感器陣列4上的光，不同位置對(duì)應(yīng)的光敏二極管陣列的輸出信號(hào)不同，傳感器陣列4會(huì)記錄鉛球在各自豎直方向上的位置，并將輸出信號(hào)傳輸給運(yùn)算電路，運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)角度、速度和投擲距離的計(jì)算。首先，將鉛球6入射前端光幕2的位置與出射后端光幕3的位置相減，可以得出鉛球飛過兩個(gè)平行光幕的高度變化值//，則鉛球飛行的角度為θ = arcig(H L)(1)2. 速度計(jì)算如圖2所示，鉛球6在前端平行光幕2和后端平行光幕3間經(jīng)過的位移可以用Z/cos5 近似表達(dá)。如果鉛球6經(jīng)過兩平行光幕的時(shí)間差為ΔΤ，則鉛球運(yùn)動(dòng)的平均速度為
權(quán)利要求
1.一種鉛球訓(xùn)練中鉛球運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由光源部分、傳感器陣列、支撐結(jié)構(gòu)、顯示模塊、無線發(fā)射模塊及計(jì)算機(jī)組成，兩組光源部分與傳感器陣列成對(duì)安裝在兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上，投擲出的鉛球先后穿過前端和后端光源部分發(fā)出的平行光幕，通過其相對(duì)應(yīng)的傳感器陣列獲取鉛球的運(yùn)動(dòng)信息，顯示模塊將傳感器陣列測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲得投擲出鉛球的速度、角度和投擲距離等運(yùn)動(dòng)參數(shù)并顯示出來，同時(shí)將計(jì)算獲得的鉛球運(yùn)動(dòng)參數(shù)通過無線發(fā)射模塊傳輸?shù)竭h(yuǎn)端計(jì)算機(jī)，以存儲(chǔ)鉛球的運(yùn)動(dòng)參數(shù)作為后續(xù)的分析和訓(xùn)練指導(dǎo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛球訓(xùn)練中鉛球運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，光源部分由半導(dǎo)體激光器和菲聶爾透鏡組成，傳感器陣列由光敏二極管構(gòu)成，光源部分與傳感器陣列共有兩組，每組包含一個(gè)光源部分和一個(gè)傳感器陣列，兩組光源部分及其對(duì)應(yīng)的傳感器陣列分別安裝在兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)的前端和后端，兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)布設(shè)在運(yùn)動(dòng)員前方的左右兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛球訓(xùn)練中鉛球運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，顯示模塊由運(yùn)算電路和液晶顯示屏組成，運(yùn)算電路將傳感器陣列采集到的鉛球運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行處理計(jì)算，得到投擲出鉛球飛行的速度、角度和預(yù)估投擲距離，并將這些結(jié)果顯示在液晶顯示屏上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉛球訓(xùn)練中鉛球運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，由運(yùn)算電路計(jì)算獲得的鉛球運(yùn)動(dòng)的速度、角度和投擲距離通過無線發(fā)射模塊傳輸?shù)竭h(yuǎn)端計(jì)算機(jī)，以存儲(chǔ)鉛球運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鉛球訓(xùn)練中鉛球運(yùn)動(dòng)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)由光源部分、傳感器陣列、支撐結(jié)構(gòu)、顯示模塊、無線發(fā)射模塊及計(jì)算機(jī)組成。兩組光源部分與傳感器陣列成對(duì)安裝在兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上，讓投擲出的鉛球先后穿過前、后端光源部分發(fā)出的平行光幕，通過其相對(duì)應(yīng)的傳感器陣列獲取鉛球的運(yùn)動(dòng)信息；顯示模塊和無線發(fā)射模塊安裝在支撐結(jié)構(gòu)上傳感器陣列的背面，顯示模塊將傳感器陣列測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，獲得投擲出鉛球的速度、角度和投擲距離并顯示出來，同時(shí)將計(jì)算獲得的鉛球運(yùn)動(dòng)的速度和角度通過無線發(fā)射模塊傳輸?shù)竭h(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，以存儲(chǔ)訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)，以便后續(xù)的分析和訓(xùn)練指導(dǎo)。
文檔編號(hào)A63B69/00GK102527010SQ20121002782
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者孫澤坤 申請(qǐng)人:孫澤坤