CN87107996A - 测量物体运动速度的装置 - Google Patents

Abstract

通过测量发球者的球拍打击网球时产生的振动波的第一次检测和网球碰击场地地面时产生的另一振动波的第二次检测之间的时间间隔，可以确定运动一段预定距离的运动物体(例如网球)的运动速度。完成第一次检测的振动检测器、计算网球运动速度的微机和显示运动速度的液晶显示安装在网球拍上的一个盒内。完成第二次检测的声波采集麦克风附装在场地落球位置附近的球网下部边缘，其检测信号通过无线电波发射到置于盒内的接收器上。

Description

本发明涉及测量物体运动速度的装置，具体涉及测量运动物体，例如测量在起始点和落地点之间预定距离上运动的网球的速度的装置。

运动物体的运动速度测量装置在技术上是为人所知的，例如对运动物体发射预定频率的电磁波（例如激光束）或超声波，测量从运动物体反射的反射波频率，以利用多普勒效应测定物体运动的速度。

这种现有技术的运动速度测量装置可以精确地测量运动物体的瞬时速度。但是它的缺点在于，因为必须对运动物体发射预定频率的电磁波或超声波，就需要另一个人操作发射装置。例如在网球发球训练中，为了使发球者自己知道他发球的球速，就必须请另一个人帮助。所以这是不方便的，而且使这种运动速度测量装置本身体积变大，价格昂贵。

鉴于现有技术所存在的问题做出了本发明，其目的是提供一种不需要其他人的帮助就能容易地测量物体运动的平均速度的测量装置，该物体分别在运动的起始时间和落地时间发射振动波（例如声波）。

为了实现这个目的，在测量物体运动速度的运动速度测量装置中（该物体在运动起始时间和通过一段预定距离之后的运动终结时间分别发射振动波，例如声波），本发明的特征在于：用于检测物体在运动起始时间所发振动波的运动起始检测装置;用于检测物体在运动终结时所发振动波的运动终结检测装置;用于测量运动起始检测装置检测到振动波的时间点和运动终结检测装置检测到振动波的时间点之间的时间间隔的测量装置;根据所测时间间隔和预定距离计算该物体运动速度的速度计算装置;用于显示计算装置所得计算结果的显示单元。这时，运动终结检测装置不仅在物体碰撞包括地面、墙壁等在内的固定物体时，而且在物体碰撞包括水、油等在内的流体时都能检测到物体发射的振动波。关于这方面进一步要说明，运动终结时间不只意味着物体停止运动，而且意味着物体改变运动方向。

在本发明中，当测量分别在运动起始时间和落地时间发射振动波（例如声波），并运动一段预定距离的物体的运动速度时，由包括振动检测器、麦克风等的运动起始检测装置检测物体在运动起始时间发射的振动波;时间测量装置对时间的测量在检测运动起始时间时开始。然后，当物体运动一段预定距离之后到达运动终结位置，发射包括声波或类似波的振动波时，由包括采集声波的麦克风或类似装置的运动终结检测装置检测该振动波，与此同时，时间测量装置停止时间测量。该物体的运动速度由速度计算装置根据时间测量结果和该预定距离进行计算，计算结果显示在显示单元上。由此可以直观、方便、自动地得知该物体运动的速度。

因此，本发明不需要象利用多普勒效应的、现有技术的运动速度测量装置那样对运动物体发射电磁波或超声波，就可以无需其他人的帮助测量物体的运动速度。因此，本发明的优点是能提供一种整体结构简单、体积小、价格便宜的运动速度测量装置。

图1是本发明的基本结构框图。

图2是本发明一个实施例的透视图，其中运动物体是网球。

图3是显示运动速度测量装置主体实例外观的透视图。

图4是可以用于本发明的处理电路的实例的框图。

图5是微机执行的处理程序的实例的流程图。

图6是为说明本发明的工作过程，显示处理电路各部分波形的信号波形图。

下面参考附图叙述本发明的实施例。

在图1中，标号30代表在运动物体的运动起始时间检测振动波的运动起始检测装置，例如振动波检测器等或类似的装置，标号31代表运动物体在离开运动起始位置一段预定距离的运动终结位置撞击地面或类似物体时检测运动物体所发射的振动波的运动终结检测装置，例如采集声波的麦克风或类似的装置，标号32代表时间测量装置，它响应运动起始检测装置30的检测信号开始时间测量，响应运动终结检测装置31的检测信号停止时间测量，标号33代表速度计算装置，它根据时间测量装置的时间测量结果和运动物体的预定运动距离计算运动物体的运动速度，标号34代表显示速度计算装置计算结果的显示单元。

接下去结合图2叙述上述运动速度测量装置设置的具体例子，在该图中，本发明用来测量发球时网球的运动速度。

在图2中，标号1代表安装在网球拍2上的运动速度测量装置的主体，标号3代表运动终结检测装置，它包括位于网球4落地位置（运动终结位置）附近的采集声波的麦克风3a。

运动速度测量装置主体具有一个由合成树脂或类似材料制造的、重量较轻的外壳5，外壳5的外表面上装有电源开关6，作为显示运动速度的显示单元的液晶显示7和清除液晶显示7上的显示的清除按钮8。具有立绒紧固扣9的带子10a和10b分别固定在外壳5的上部和下部，运动速度检测装置主体1由它们固定在网球拍2的拍杆2a上。

外壳5的内部有一个由压电陶瓷板或类似装置构成的振动检测器11，作为运动起始检测装置，检测网球4碰撞到球拍2时发出的振动波，还有一个构成时间测量装置、速度计算装置及其它装置的处理电路12。

图4是处理电路12的一个实例。来自于振动检测器11的振动检测信号通过放大器13和由集成电路计时器或类似电路组成的电平转换电路14输送到微机15的输入口15a。由落地检测装置3发射并由接收天线16接收的发射信号，通过接收电路17和电平转换器18输送到微机15的输入口15a。

微机15至少具有输入口15a，输出口15b，根据施加到输入口15a上的输入信号执行预定计算和处理的处理单元15c，存储常数以及存储处理单元15c执行计算和处理所需程序的存储器15d。当振动检测器11的振动检测信号施加到输入口15a时，处理单元15c开始时间测量，当落地检测装置发射的信号施加到输入口15a时，处理单元15c停止时间测量。处理单元15c按公式V＝l/T计算，根据所测时间间隔T，网球场的一个预定端线和另一个发球线之间的距离l确定网球4的运动速度V。被确定的运动速度V作为显示数据从输出口15b输出送至液晶显示7。

如图4所示，运动终结检测装置3包括一个声波采集麦克风3a，它位于与落地位置对应的发球线的附近，例如装在网的下部边缘;一个用于放大声波采集麦克风3a输出信号的放大器3b;一个用于转换被放大的输出信号电平的电平转换器3c;一个由电平转换输出信号的前沿触发的单稳态多谐振荡器3d;一个接收单稳态多谐振荡器3d的输出信号并以此作为发射信号的发射电路3e;一个用于发射由发射电路3e提供的发射信号的发射天线3f。

下面结合流程图5叙述上述实施例的工作情况。

当电源开关6一接通，微型计算机15中的处理单元15c就开始进行图5所示的处理工作。

在步骤（1）实现初始化，清除存储器15d里的预定存储区中存贮的显示数据，使液晶显示单元7上的显示为零。然后执行步骤（2），判断等于或高于预定电平的振动检测信号VD是否已经从振动检测器11输入。此时如果未输入振动检测输出信号VD，则程序等待振动检测信号VD的输入。如果有振动检测信号VD输入，则执行步骤3。当打网球的人站在发球位置，拿着装有运动速度检测装置主体1的球拍2，在t₁时刻发球时，由于球拍2打击网球4，因此球和球拍产生振动波。该振动波通过网球拍2的网线和拍框传送到速度测量装置主体1，并如图6（a）所示被安装在主体1内部的振动检测器11检测。振动检测器11输出的振动检测信号VD由放大器12放大，并被电平转换器13转换成具有预定电平的电平信号LS（图6（b）所示）。然后输入到微机15的输入口15a。

当振动检测信号VD输入到微机15的输入口15a时，程序由步骤（2）进行到步骤（8），通过起动一个时间计数器按预定期间计数开始时间测量。

然后进行步骤（4），判断预定时间△t（例如0.1秒）是否已经过去。若在时刻t₂预定时间过去，则进行步骤（5），等待读取由输入口15a提供的接收信号RS（RS是在运动终结检测信号RD的基础上产生的），如图6（c）所示。按照这种方式，从振动检测信号VD被输出的时刻起经过预定时间△t以后，第一次开始读取接收信号RS，有可能防止由球拍打击网球4所产生的，并被麦克风3a检测到打击声被误判为网球的落地声。

然后进行步骤（6），判断运动终结检测信号RD是否已经从运动终结检测装置3输入。如果未输入，则进行步骤（7），判断在开始读取接收信号RS之后预定的时间Ts是否已经过去。如果还未过去，则返回到步骤（6）;如果已经过去，也就是网球4被球网拦住而不能到达预定的落地位置，则进行步骤（8），停止读取接收信号RS。然后进行步骤（8）a，将时间测量计数器清零，程序返回到步骤（2）。

另一方面，如果在预定时间Ts内输入了运动终结检测信号RD，则进行步骤（9）。换句话说，例如当网球4在时刻t₃落在对方场内发球线附近位置时，球撞击地面产生撞击声，该撞击声作为运动终结检测信号RD被声波采集麦克风3a检测，如图6（d）所示。运动终结检测信号由放大器3放大，由电平转换器3c进行电平转换，电平转换器3c输出信号的前沿触发单稳态多谐振荡器3d，如图6（e）所示。在单稳态多谐振荡器3d的输出信号MS保持ON状态期间，发射电路3e的发射信号送到发射天线3f。因此，发射电磁波S被发射到运动速度测量装置主体1的接收天线16上。当发射电磁波S通过接收天线16被接收电路17接收时，由电平转换器18得到图6（g）中所示的接收信号RS，其后，信号RS输出到微机15的输入口15（a）。

在运动终结信号RD的接收信号RS输出到输入口15a的时刻t₃，处理单元15c由程序步骤（6）执行至步骤（9），时间测量计数器停止计数从而停止时间测量。然后进行步骤（10），在停止读取接收信号RS之后，进行步骤（11）。

在步骤（11）中，以时间测量计数器的计数值作为被测时间间隔T，根据这个被测时间间隔T和预先存储在存储器15d中的预定距离l，按公式l/T计算，得到网球4的运动速度V，计算结果作为速度显示数据存储在存储器15d的预定区域。

然后进行步骤（12），在步骤（11）存储的速度显示数据输出给液晶显示器7，显示网球4的运动速度。接着进行步骤（13），判断清除开关8是否按下。如果未按下，程序返回到步骤（12）;如果已按下，则进行步骤（14），将存储在存储器15d中的速度显示数据清零，同时，在时间测量计算器清零之后，程序返回到上述的步骤（2）。

在图5所示的处理过程中，步骤（2）-（9）对应于由时间测量装置32完成的程序，步骤（11）对应于由计算装置33完成的程序。

因此，不需要他人的帮助，网球4的发球者通过观看安装在球拍2上的运动速度测量装置主体1上的液晶显示7就能立刻直观地知道网球4从运动起始时间至落地时间的平均运动速度。

另外，通过提高运动终结检测装置3的声波采集麦克风3a的方向性，并且同时提高电平转换器3c的检测电平，可以精确地分辨在其它邻近场地产生的打球声或球落地声和在打球者自己场地所产生的球落地声，从而避免误测。

另外，在前述实施例中，虽然时间测量装置和计算装置是由微机15构成的，但本发明并不限制于此。可以选用另一种结构，其中，触发器由电平转换器13的输出置位，由另一个电平转换器18的输出复位，触发器的正输出作为门控信号提供给门电路，该门电路控制着时钟脉冲进入时间测量计数器的通路。时间测量计数器的计数值作为被测时间间隔T加到除法电路的除数端，预定距离l加到除法电路的被除数端，进行除法运算（l/T），求得运动速度V。运动速度V提供给液晶显示器7。

另外，在前述实施例中，虽然用振动检测器11作为运动起始检测装置，检测在网球4的运动起始时间的振动波，但本发明并不限制于此，可以用麦克风检测击球时产生的撞击声。

另外，在前述实施例中，虽然用液晶显示7作为运动速度的显示单元，但本发明并不限制于此，也可以使用发光二极管、荧光显示管等作为数字显示元件。

另外，在前述实施例中，虽然运动速度测量装置主体1被固定在网球拍2上，但本发明并不限制于此，只是振动检测器11和类似于运动终结检测装置3的无线电发射装置可以固定在网球拍2上，以便运动起始检测信号可以通过无线电波发射给具有时间测量装置、计算装置和置于他处的显示单元的运动速度测量装置主体1。

另外，在前述实施例中，本发明用于网球发球时网球运动速度的测量。不过本发明并不限制于此，例如它可以用于测量高尔夫球的运动速度，或者用于测量任何物体的运动速度，这些物体在运动起始和终结时产生振动波（例如声波或类似波），并运动一段预定距离。

Claims (5)

1、一种运动物体的运动速度测量装置，其中所说的运动物体分别在运动起始时间和运动一段预定距离之后的终结时间产生诸如声波的第一和第二振动波，其特征在于该装置包括：

用于检测由所说运动物体在运动起始时产生的第一振动波的运动起始检测装置；

用于检测由所说运动物体在运动终结时产生的第二振动波的运动终结检测装置；

用于测量在所说运动起始检测装置检测第一振动波的时刻和所说运动终结检测装置检测第二振动波的间刻之间的时间间隔的时间测量装置；

根据所说的时间测量装置测得的时间测量结果和预定距离计算所说运动物体的运动速度的速度计算装置；

显示由所说速度计算装置得到的计算结果的显示单元。

2、根据权利要求1的一种装置，其中所说的运动起始检测装置、所说的时间测量装置、所说的速度计算装置和所说的显示单元安装在一个共同的盒子内，并且由所说的运动终结检测装置测得的检测结果通过无线电波提供给所说的时间测量装置。

3、根据权利要求1的一种装置，其中所说的运动起始检测装置包括附装在用来碰击所说的运动物体，使其产生初始速度的碰击装置上的振动波检测器。

4、根据权利要求3的一种装置，其中所说的运动物体是网球，所说的碰击装置是球拍。

5、根据权利要求4的一种装置，其中所说的运动终结检测装置是具有一定方向性的声波采集麦克风。

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