CN102527010A

CN102527010A - 铅球训练中铅球运动参数测量系统

Info

Publication number: CN102527010A
Application number: CN2012100278253A
Authority: CN
Inventors: 孙泽坤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明公开了一种铅球训练中铅球运动参数测量系统。该系统由光源部分、传感器阵列、支撑结构、显示模块、无线发射模块及计算机组成。两组光源部分与传感器阵列成对安装在两个支撑结构上，让投掷出的铅球先后穿过前、后端光源部分发出的平行光幕，通过其相对应的传感器阵列获取铅球的运动信息；显示模块和无线发射模块安装在支撑结构上传感器阵列的背面，显示模块将传感器阵列测量得到的数据进行计算，获得投掷出铅球的速度、角度和投掷距离并显示出来，同时将计算获得的铅球运动的速度和角度通过无线发射模块传输到远程计算机，以存储训练过程数据，以便后续的分析和训练指导。

Description

铅球训练中铅球运动参数测量系统

技术领域

本发明涉及一种铅球训练中铅球运动参数测量系统，通过测量投掷出铅球的速度和角度等运动参数为铅球的投掷训练提供指导。

背景技术

2008年北京举办的奥运会上，中国体育健儿奋力拼搏获得很好的成绩，极大的增强了民族自信心。科学的训练方法和训练仪器是取得优异成绩的保证。铅球投掷训练中，铅球运动员成绩的标志为铅球的飞行距离，该距离取决于铅球出手时的速度、角度、风力阻尼等因素。为提高铅球运动员成绩，铅球运动员在每次训练中必须确切知道这些参数，并不断优化自身的投掷方法，才可能获得好的成绩。对于投掷出铅球的速度测量，理论方法很多，如网球比赛中采用多普勒测速仪，马路上使用的感应测速仪等。但多普勒测速仪仅能给出速度，不能同时获得铅球投掷的出射角度；感应测速仪也不能给出角度，而且是接触式的，无法用于铅球的多参数测试。

菲涅尔透镜是由法国物理学家奥古斯汀·菲涅尔发明的,多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，也有玻璃制作的，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆, 它能将焦点上的光源扩展成为平行光。菲涅尔透镜最初应用于灯塔，具有焦距短、材料用量更少、重量与体积更小的特点，与早期的透镜相比，菲涅耳透镜更薄，可传递更多的光。

为了帮助铅球运动员科学训练、快速提高成绩，本系统采用半导体激光器、菲涅尔透镜和光敏二极管阵列实现投掷出铅球的运动参数测量，不仅可以准确地测量飞行铅球的速度，而且可以同时获得投掷出铅球的角度，教练可根据实时获得的铅球地运动参数对运动员的投掷动作给出训练指导。该系统具有结构简单，成本低廉等特点，非常适用于铅球投掷训练。

发明内容

本发明是为了帮助铅球运动员科学训练、快速提高成绩而提出的铅球训练中铅球运动参数测量系统。

本发明所述铅球训练中铅球运动参数测量系统，主要由光源部分、传感器阵列、支撑结构、显示模块、无线发射模块及计算机组成。两组光源部分与传感器阵列成对安装在两个支撑结构上，让投掷出的铅球先后穿过前、后端光源部分发出的平行光幕，通过其相对应的传感器阵列获取铅球的运动信息，显示模块和无线发射模块安装在支撑结构上传感器阵列的背面，显示模块将传感器阵列测量得到的数据进行计算，获得投掷出铅球的速度、角度和投掷距离并显示出来，计算获得的铅球运动的速度、角度和投掷距离同时通过无线发射模块传输到教练办公室的计算机，以存储训练过程数据，以便后续的分析和训练指导。

光源部分由半导体激光器和菲涅尔透镜组成，传感器阵列由光敏二极管构成，光源部分与传感器阵列共有两组，每组包含一个光源部分和一个传感器阵列，两组光源部分及其对应的传感器阵列分别安装在两个支撑结构的前端和后端，两个支撑结构布设在运动员前方的左右两侧。半导体激光器出射的光经过菲涅尔透镜整形为平行光投射到对面的传感器阵列上，当运动投掷出的铅球通过平行光幕时，阻挡了投射到传感器阵列上的光，不同的位置对应的传感器阵列的输出信号不同，据此信息可以获得铅球经过前端、后端平行光幕的位置，同时记录铅球经过前端和后端光幕时的时间。

显示模块由运算电路和液晶显示屏组成，运算电路将传感器阵列采集到的铅球运动信息进行处理计算，得到投掷出铅球飞行的速度、角度和预估投掷距离，并将这些结果显示在液晶显示屏上。

无线发射模块将上述计算所得铅球的运动参数发送到办公室的计算机进行存储，用于以后的数据查询及训练分析和指导。

附图说明

图1是本发明给出的铅球运动参数测量方案示意图

图2是本发明中铅球穿过平行光幕的示意图

图3是本发明中铅球角度计算原理图

图4是本发明中铅球运行轨迹图。

具体实施方式

以下结合附图及本发明人按上述技术方案完成的实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明的方法是将两组光源部分与传感器阵列成对安装在两个支撑结构上，让投掷出的铅球先后穿过前、后端光源部分发出的平行光幕，通过其相对应的传感器阵列获取铅球的运动信息，通过显示模块将传感器阵列测量得到的数据进行计算，获得投掷出铅球的速度、角度和投掷距离并显示出来，同时将计算获得的铅球运动的速度和角度通过无线发射模块传输到教练办公室的计算机，以存储训练过程数据。

1．角度计算

参见图1-图3。光源部分1由半导体激光器9和菲涅尔透镜10组成，传感器阵列4由光敏二极管构成，光源部分1与传感器阵列4成对地安装在两个支撑结构5的前端和后端，半导体激光器9出射的光经过菲涅尔透镜10整形为平行光，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别投射到前端和后端的传感器阵列4上。两个支撑结构5布设在运动员前方的左右两侧，支撑结构5的高度可以根据运动员的身高进行上下调节，以确保运动员投掷的铅球6刚好能穿过前端光幕2和后端光幕3。图2中，下面的铅球6为进入前端光幕2的位置，上面的铅球6为穿过后端光幕3的位置。前端光幕2与后端光幕3的间距为L=300mm，铅球分别经过两个平行光幕的位置时，阻挡了投射到传感器阵列4上的光，不同位置对应的光敏二极管阵列的输出信号不同，传感器阵列4会记录铅球在各自竖直方向上的位置，并将输出信号传输给运算电路，运算电路实现角度、速度和投掷距离的计算。首先，将铅球6入射前端光幕2的位置与出射后端光幕3的位置相减，可以得出铅球飞过两个平行光幕的高度变化值H，则铅球飞行的角度为：

Figure 2012100278253100002DEST_PATH_IMAGE001

（1）

2．速度计算

如图2所示，铅球6在前端平行光幕2和后端平行光幕3间经过的位移可以用近似表达。如果铅球6经过两平行光幕的时间差为

Figure 2012100278253100002DEST_PATH_IMAGE003

，则铅球运动的平均速度为：

Figure 2012100278253100002DEST_PATH_IMAGE004

（2）

3．投掷距离估算

如图4所示，h为一般运动员的高度，s为铅球6的投射距离，铅球6的整个运动过程可以简化为抛物模型。用上述计算所得角度θ和速度V作为运动员投掷出铅球6的角度和速度，则铅球在空中的飞行时间t为：

Figure 2012100278253100002DEST_PATH_IMAGE005

（3）

铅球6的投射距离s为：

Figure 2012100278253100002DEST_PATH_IMAGE006

（4）

将上述计算获得的投掷出铅球6的速度、角度和投掷距离并显示在液晶显示屏上，同时，通过RFM42无线发射模块（240MHz-930MHz）无线发射到远端的计算机上进行存储。

Claims

1.一种铅球训练中铅球运动参数测量系统，其特征在于，该系统由光源部分、传感器阵列、支撑结构、显示模块、无线发射模块及计算机组成，两组光源部分与传感器阵列成对安装在两个支撑结构上，投掷出的铅球先后穿过前端和后端光源部分发出的平行光幕，通过其相对应的传感器阵列获取铅球的运动信息，显示模块将传感器阵列测量得到的数据进行计算，获得投掷出铅球的速度、角度和投掷距离等运动参数并显示出来，同时将计算获得的铅球运动参数通过无线发射模块传输到远端计算机，以存储铅球的运动参数作为后续的分析和训练指导。

2.根据权利要求1所述的铅球训练中铅球运动参数测量系统，其特征在于，光源部分由半导体激光器和菲聂尔透镜组成，传感器阵列由光敏二极管构成，光源部分与传感器阵列共有两组，每组包含一个光源部分和一个传感器阵列，两组光源部分及其对应的传感器阵列分别安装在两个支撑结构的前端和后端，两个支撑结构布设在运动员前方的左右两侧。

3.根据权利要求1所述的铅球训练中铅球运动参数测量系统，其特征在于，显示模块由运算电路和液晶显示屏组成，运算电路将传感器阵列采集到的铅球运动信息进行处理计算，得到投掷出铅球飞行的速度、角度和预估投掷距离，并将这些结果显示在液晶显示屏上。

4.根据权利要求1所述的铅球训练中铅球运动参数测量系统，其特征在于，由运算电路计算获得的铅球运动的速度、角度和投掷距离通过无线发射模块传输到远端计算机，以存储铅球运动参数。