DE19533635A1 - Vorrichtung zum Messen und Anzeigen von Netzfehlern bei Sportarten mit fliegenden Bällen, insbesondere Tennis - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und Anzei­ gen von Netzfehlern bei Sportarten mit fliegenden Bällen, insbesondere Tennis, mit mindestens einer Sensoreinheit, die im Bereich der Netzkante eines Netzes angeordnet ist, die auf die durch Berührung mit dem Ball -Netz-Kontakt- hervorgeru­ fenen mechanischen Schwingungen und Beanspruchungen reagiert und die entsprechende Signale abgibt, einer Auswerteinrich­ tung zum Auswerten dieser Signale und einer Anzeigeeinrich­ tung zur optischen und/oder akustischen Anzeige eines Netz­ fehlers.

Derartige Meßvorrichtungen sollen die verschiedenen Platzver­ hältnisse, wie die unterschiedlichen Gegebenheiten im Einzel und im Doppel der Sportart berücksichtigen und zuverlässig einen Netzfehler anzeigen. Entsprechend den geltenden Spiel­ regeln im Tennis ist eine Netzberührung während des Aufschla­ ges ein Fehler, wogegen eine Netzberührung des Balles während des laufenden Spiels erlaubt ist.

Stand der Technik

Es ist bekannt, zum Erkennen von Netzfehlern Netzrichter ein­ zusetzen. Der für die Erkennung derartiger Fehler notwendige Netzrichter wird aber nur in wichtigen Spielen eingesetzt. In den Qualifikationsrunden übernimmt der Stuhlschiedsrichter diese schwierige Aufgabe mit. Während letzterer sich aus­ schließlich auf sein Gehör verlassen muß, versucht der Netz­ richter einen derartigen Fehler mit seinen auf die Netzkante gepreßten Fingern zu erkennen. Beide Varianten sind nicht op­ timal. Während es für den Stuhlschiedsrichter unmöglich ist, alle Netzfehler zweifelsfrei zu erkennen, ist der Netzrichter der Gefahr ausgesetzt, von einem Ball getroffen zu werden. Außerdem ist in beiden Fällen die Entscheidung sehr subjek­ tiv.

Das Dokument US 44 70 292 beschreibt eine rein mechanische Vorrichtung, deren Funktion nicht zufriedenstellend ist.

Das Dokument DE 32 41 468 A1 beschreibt sehr allgemein die Verwendung von Drucksensoren, ohne eine nähre oder mögliche Realisierung aufzuzeigen.

Das Dokument DE 38 43 266 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erkennung von Netzfehlern basierend auf sogenannten Glas­ bruchmelder. Derartig ausgebildete Sensoren sind für diese Aufgabe denkbar ungeeignet, da sie speziell für die Auswer­ tung von hochfrequenten Schwingungen mit großer Amplitude, wie sie bei zerberstenden Scheiben auftreten, konzipiert wur­ den und somit weder den Frequenz- noch den Empfindlichkeits­ bereich eines Netzfehlers entsprechen. Diese Sensoren stellen auf Grund ihrer Produktionstoleranzen keinen Meßwertaufnehmer im herkömmlichen Sinne dar, so daß eine Reproduzierbarkeit der Empfindlichkeit nicht gegeben ist. Weiterhin ist die ge­ zeigte Parallelschaltung von mehreren Sensoren nicht vorteil­ haft, da sich die verschiedenen Signale je nach Anordnung der Sensoren negativ beeinflussen können, was im schlechtesten Fall zur Auslöschung des Eingangssignals führen würde.

Das Dokument DE 39 42 255 A1 beschreibt eine Vorrichtung, de­ ren gravierender Nachteil ist, daß die Befestigung der Senso­ ren eine umfangreiche Änderung der Netzanlage erfordern. Wei­ terhin ist die Verwendung von Sensoren, die auf eine Änderung der Dehnung beruhen, nicht vorteilhaft, da jede thermische Veränderung ein Ausgangssignal zur Folge hat. Desweiteren müssen die Sensoren einerseits die starken Zugkräfte von ei­ nigen Tonnen aufnehmen und andererseits auf eine Veränderung von wenigen Gramm reagieren, welches mit derzeitig verfügba­ ren Sensoren nicht möglich ist. Die Verwendung eines Multi­ plexers zur Umschaltung zwischen mehreren Sensoren ergibt Totzeiten in der Meßwertaufnahme, d. h. ein während der Abfra­ ge von Sensor 1 in Sensor 2 generiertes Signal wird nicht ausgewertet.

Das Dokument GB 22 54 694 A beschreibt eine Vorrichtung zur kompletten Überwachung von Tennisplätzen. Je nach Anzahl von Sensoren sollen Netz- und Ausfehler erkannt werden. Mit meh­ reren Mikrofonen werden die verschiedenen Laufzeiten vom Ge­ räusch des Balles gemessen und daraus wird die Position des Balles berechnet. Zur Erkennung eines Netzfehlers wird die Verwendung von nur einem Mikrofon vorgeschlagen, das die auf­ genommenen Schallwellen des Abspannungsdrahtseils einer Aus­ wertelektronik zuführt, die dieses Signal mit einem gespei­ cherten Referenzsignal vergleicht. Wie man dort selbst be­ schreibt, ist ein derartiges Geräusch ein sehr komplexes Signal und erfordert einen großen Aufwand an Signalverarbei­ tung. Man schlägt zur Unterdrückung von Störgeräuschen ein Bandpaßfilter zwischen 120 Hz und 250 Hz vor. In diesem Be­ reich liegen aber auch die Geräusche der Zuschauer. Das würde bedeuten, Applaus oder ein Zuruf würden eine Messung unmög­ lich machen. Weiterhin besteht die Auswertelektronik aus ei­ nem Gleichrichter und einer Schaltung, die die gewonnene pul­ sierende Gleichspannung glättet. Damit wird die Ansprechzeit durch die Ladezeitkonstante dieser Schaltung bestimmt, das bedeutet, daß das Eingangssignal eine gewisse Zeitlang einen bestimmten Wert überschreiten muß, um eine Fehleranzeige her­ vorzurufen. Somit sind die sehr schnell abklingenden Impulse einer Ball-Netz-Berührung nicht zuverlässig zu erfassen.

Das DE-Gebrauchsmuster G 93 11 170.3 zeigt eine Realisierung mittels eines dreidimensionalen Beschleunigungssensors. Durch die Auswertung aller drei Freiheitgrade besitzt dieses System eine sehr hohe Empfindlichkeit, aber ist damit auch sehr emp­ findlich gegenüber dem Wind. Andererseits wird die bei den vorgeschlagenen Beschleunigungssensoren physikalisch bedingte Resonanzüberhöhung nicht im geringsten herausgefiltert. Somit ist eine exakte und vor allen Dingen reproduzierbare Messung unmöglich, da der Komparator immer von den Ereignissen im Be­ reich der Resonanzfrequenz getriggert wird, denn die Reso­ nanzüberhöhung gegenüber dem normalen Nutzsignal ist ca. 40 dB, das entspricht einem Faktor von 100. Ein solches System kann eine Netzberührung anzeigen, reagiert aber auch auf Trittschall und Umgebungsgeräusche.

Ein erfolgreiches Meßsystem zur Netzfehlererkennung sollte also folgende Eigenschaften aufweisen:

• 1. Das System sollte nur während des Aufschlages aktiviert sein, um eine Belästigung während des Spiels zu vermeiden.
• 2. Das System sollte den Netzrichter vollständig ersetzen.
• 3. Das System sollte den verschiedenen Gegebenheiten angepaßt werden können.
• 4. Das System sollte eine sehr kurze Ansprechzeit haben, denn durch die starke mechanische Spannung des Netzes klingt eine Schwingungsanregung sehr schnell ab.
• 5. Das System sollte weder einen Eingriff noch eine Änderung der bestehenden Netzanlagen erfordern, denn dieses wird von den Spielern und den Turnierverantwortlichen abge­ lehnt.
• 6. Das System sollte alle nicht von einer Ball-Netz-Berührung herrührenden Signale unterdrücken.
• 7. Das System sollte neben der hohen Empfindlichkeit robust gegen anderweitige Beanspruchungen, z. B. Schläge mit dem Racket auf die Netzkante, sein.
• 8. Neben der technischen Umsetzung spielt aber auch der Ko­ stenfaktor bzw. die Wirtschaftlichkeit des Meßsystems eine bedeutende Rolle. Das bedeutet, Lösungsansätze, die bedeu­ tend teurer sind als ein Netzrichter, scheiden von vorn­ herein aus.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein System zu realisieren, wel­ ches den vorher beschriebenen Anforderungen gerecht wird, oh­ ne die Nachteile der bisher veröffentlichten Lösungsvorschlä­ ge zu besitzen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben. Sie zeichnet sich demgemäß dadurch aus, daß mindestens zwei spiegelsymmetrisch zur Netzmitte oder zu einem Netzregulierband angeordnete Sensoren, jeder Sensor mindestens einen Schock-Sensor und eine Elektronikbaugruppe aufweist, die das Signal im Sensor in eine elektrische Größe umwandelt, verstärkt und niederohmig weiterleitet, und die Schocksensoren ihre größte Empfindlichkeit in einem Inklina­ tionswinkelbereich von 25° bis 60°, insbesondere 45° (Alt­ grad) zur Primärachse Y besitzen, wobei die Achse Y im we­ sentlichen senkrecht zur Netzebene angeordnet ist. Eine hin­ sichtliche optimale Signalauswertung besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß jedem Sensor eine eigene Signalverarbei­ tungselektronik innerhalb der Auswerteinrichtung zugeordnet ist, deren Ausgangssignale über eine ODER-Verknüpfung eine gemeinsame Anzeigeelektronik ansteuern.

Eine weitere erfindungsgemäße Meßvorrichtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 2 gegeben. Diese zeichnet sich dadurch aus, daß die Auswerteinrichtung einen Integrator, insbesonde­ re Doppelintegrator enthält, der aus dem vom Sensor gewonne­ nen Signal die Auslenkung berechnet.

Der Einsatz von zwei Sensoren ist besonders vorteilhaft, da die mittlere Netzabspannung eine Anregung auf der dem Sensor abgewandten Seite stark bedämpft und somit das Meßergebnis verfälschen würde. Diese Maßnahme bringt eine technische Ver­ besserung gegenüber einem Netzrichter mit sich, für den es unmöglich ist, beide Seiten mit der gleichen Empfindlichkeit zu überwachen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die Auswerteinrichtung eine Vorfilterung beinhaltet, die Signale, die nicht durch einen Ball-Netz-Kontakt hervorgeru­ fen werden, unterdrückt.

Eine variable Einstellung der Ansprechstelle wird durch Ein­ satz eines Fensterkomparators mit veränderbarer Schwellspan­ nung ermöglicht, so daß die Vorrichtung auf die gleiche Emp­ findlichkeit für unterschiedliche Netze oder bei Einzel und Doppel eingesetzt werden kann.

Um das unterschiedliche Schwingungsverhalten optimal aus­ weiten zu können, wird bevorzugt ein Integrator eingesetzt, der in seinem Frequenzbereich begrenzt ist.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmale sowie durch die nachstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Weise mitein­ ander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensicht­ lich gegenseitig ausschließen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Wei­ terbildungen derselben werden im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher beschrieben und er­ läutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen­ den Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in be­ liebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

Fig. 1 schematische Ansicht eines Tennisnetzes mit zwei Sen­ soreinheiten, die an eine Auswerteinrichtung ange­ schlossen sind,

Fig. 2 schematische Blockdarstellung der Sensoreinheiten in Verbindung mit der Auswerteinrichtung und

Fig. 3 schematische Darstellung des verwendeten Schock-Sen­ sors und seine Anordnung im Raum.

Wege zum Ausführen der Erfindung

In Fig. 1 wird ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung an­ gegeben, welche gekennzeichnet ist durch mindestens zwei Sen­ soren 1 und 3, die entweder an dem durch die Netztasche lau­ fenden Drahtseil 8 oder direkt auf der Netztasche 9 eines Netzes 12 spiegelsymmetrisch zum Netzregulierband 2 des Net­ zes 12 angeordnet sind. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß jede Berührung des Balles mit der Netzkante ein auswert­ bares Signal in den Sensoren 1, 3 generiert. Die aktiven Sen­ soren 1, 3 bestehen aus mindestens einem Schock-Sensor, der neben einer hohen Empfindlichkeit sehr robust gegenüber me­ chanischer Beanspruchung ist, der die translatorischen und vertikalen Schwingungen in eine elektrische Ladung oder Span­ nung umsetzt und einer elektronischen Schaltung, die das Signal der Sensoren 1, 3 umwandelt, verstärkt und niederohmig über das Verbindungskabel 5 an die Signalverarbeitungselek­ tronik (Auswerteinrichtung 6) weiterleitet. Die Verbindungs­ kabel 5 werden mit einem Klettband 7 an der Befestigungssäule 4 des Netzes 12 fixiert. Durch diese Maßnahmen wird sicherge­ stellt, daß mechanische Beeinflussungen auf die Verbindungs­ kabel 5, z. B. Ziehen, Drauftreten oder die Länge des Kabels selbst, keine Auswirkungen auf das Meßergebnis haben. Da beim Aufschlag Netzbälle unter einem bestimmten Winkel auf die Netzkante treffen, ist es sehr vorteilhaft, wenn der Inklina­ tionswinkel des Schock-Sensors darauf abgestimmt ist. Ein In­ klinationswinkel von 45° (Altgrad) ist vorteilhaft.

Fig. 3 zeigt den Schock-Sensor, der so am Netz 12 befestigt ist, daß die X-Richtung die Parallele zur Netzkante ist. Y ist die Horizontale und Z die Vertikale. In Richtung des In­ klinationswinkels 10, der in diesem Fall 45° ist, besitzt der Sensor 1, 3 seine größte Empfindlichkeit. Anregungen unter ei­ nem anderen Winkel generieren eine um den Kosinus des Winkels abgeschwächte Ausgangsspannung. Das bedeutet, daß eine durch den Wind hervorgerufene Anregung in Y-Richtung um den Faktor 0,7 abgeschwächt wird. Bei einer Ball-Netz-Berührung wird das zum Abspannen verwendete Drahtseil 5 nicht nur in der Y-Rich­ tung angeregt. Je nach der Art und Stärke der Berührung tre­ ten auch translatorische Schwingungen auf, die sich in der Amplitude und der Frequenz von der vertikaler Schwingungen unterscheiden. Es hat sich gezeigt, daß Sensoren 1, 3 mit ei­ nem Inklinationswinkel von 45° bestens geeignet sind, auch diese translatorischen Schwingungen mit der erforderlichen Genauigkeit aufzunehmen. Auf Grund der exzentrischen Befesti­ gung des Sensors 1, 3 am Drahtseil 5 ist die Ausgangsamplitu­ de bei einer translatorischen Anregung mit vom Inklinations­ winkel abhängig.

Ein Sensor mit einem Inklinationswinkel von 25° generiert bei gleicher Anregung ein um die Hälfte kleineres Ausgangssignal und würde somit die gesamte Empfindlichkeit um 6 dB verrin­ gern.

Beide Sensoren 1, 3 besitzen eine eigene identische Signal­ verarbeitungselektronik innerhalb einer Auswerteinrichtung 6, die über eine ODER-Verknüpfung mit der Anzeigeelektronik ver­ bunden ist, was in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Damit ist sichergestellt, daß keiner der Sensoren 1, 3 den anderen beeinflußt und es gibt keine Totzeiten bei der Meßwerterfas­ sung. Um den anderen vorher genannten Anforderungen gerecht zu werden, besteht diese Signalverarbeitungselektronik aus einer Vorfilterung, einem Doppelintegrator und einem symme­ trischen Fensterkomparator mit einstellbarer Schwellspannung.

Die Vorfilterung unterdrückt einerseits die durch HF-Ein­ streuungen auf das Verbindungskabel hervorgerufenen Fehler­ spannungen und filtert andererseits die durch den Wind her­ vorgerufenen tieffrequenten Störungen heraus.

Der wichtigste Teil ist der Doppelintegrator, der aus dem Eingangssignal die Auslenkung des Drahtseils berechnet und durch seinen Amplitudenverlauf gleichzeitig die störenden hö­ heren Frequenzen unterdrückt. Es hat sich gezeigt, daß reine Schock- und Beschleunigungssensoren, obwohl sie in einem her­ metisch dichten Gehäuse untergebracht waren, auch auf starke akustische Signale reagieren. Das heißt, beim Treffen des Balles auf den Schläger generierten diese Sensoren ein Aus­ gangssignal, das je nach Bespannung des Schlägers und der Aufschlagkraft in der Frequenz und Amplitude variierte. Die Tatsache, daß es sich aber bei der Ball-Netz-Berührung um ei­ ne bedämpfte sinusförmige Anregung handelt, ermöglicht es, aus dem Ausgangssignal A der Sensoren mittels eines Doppelin­ tegrators die mechanische Auslenkung D zu berechnen und die unerwünschte akustische Empfindlichkeit zu unterdrücken.

Die entsprechende Formel lautet

= 4π² f²Dsin 2πft (Gleichung 1)

Für den Phasenwinkel 2π wird sin 2πft = 1 und x = A.

Gleichung 2 zeigt, daß die so berechnete Auslenkung von der Frequenz E abhängig ist, d. h. je nach verwendetem Drahtseil, der Abspannkraft und der Länge des Seils, Einzel oder Doppel, variiert das Ausgangssignal geringfügig. Um dieses auszuglei­ chen und die Empfindlichkeit einstellbar zu machen, wurde der dem Doppelintegrator folgende symmetrische Fensterkomparator mit einer einstellbaren Schwellspannung ausgerüstet. Wenn die Ausgangsspannung des Doppelintegrators die am Fensterkompara­ tor eingestellte Referenzspannung überschreitet, wird die An­ zeigeelektronik aktiviert, die wiederum ein zeitlich begrenz­ tes akustisches und optisches Signal als Fehlermeldung er­ zeugt. Diese Art der Signalverarbeitung ermöglicht es auch, kurze und stark bedämpfte Signale exakt und reproduzierbar auszuwerten. Da es sich bei der Vorrichtung um ein batterie­ betriebenes System handelt, ist es weiterhin notwendig, die Batteriespannung zu überwachen, und wenn die zur Verfügung stehende Nennkapazität einen gewissen Wert unterschreitet, dieses zur Anzeige zu bringen. Da beim Ein- und Ausschalten für kurze Zeit nicht definierte Bedingungen herrschen, ist die Auswertelektronik in dieser Zeit zu sperren.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Messen und Anzeigen von Netzfehlern bei Sportarten mit fliegenden Bällen, insbesondere Tennis, mit

• - mindestens einer Sensoreinheit (1, 3),
• - die im Bereich der Netzkante eines Netzes (12) ange­ ordnet ist,
• - die auf die durch Berührung mit dem Ball - Netz-Kon­ takt - hervorgerufenen mechanischen Schwingungen und Be­ anspruchungen reagiert und
• - die entsprechende Signale abgibt,
• - einer Auswerteinrichtung (6) zum Auswerten dieser Signale und
• - einer Anzeigeeinrichtung (20) zur optischen und/oder akustischen Anzeige eines Netzfehlers,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - mindestens zwei spiegelsymmetrisch zur Netzmitte oder zu einem Netzregulierband (2) angeordnete Sensoren (1, 3),
• - jeder Sensor (1, 3) mindestens einen Schock-Sensor und eine Elektronikbaugruppe aufweist, die das Signal im Sen­ sor in eine elektrische Größe umwandelt, verstärkt und niederohmig weiterleitet, und
• - jedem Sensor eine eigene Signalverarbeitungselektronik innerhalb der Auswerteinrichtung (6) zugeordnet ist, de­ ren Ausgangssignale über eine ODER-Verknüpfung eine ge­ meinsame Anzeigeelektronik ansteuern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder dem Oberbegriff von An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Auswerteinrichtung (6) einen Integrator, insbeson­ dere Doppelintegrator, enthält, der aus dem vom Sensor (1, 3) gewonnenen Signal die Auslenkung berechnet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Auswerteinrichtung (6) eine Vorfilterung beinhal­ tet, die Signale, die nicht durch einen Ball-Netz-Kontakt hervorgerufen wurden, unterdrückt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein Fensterkomparator mit veränderbarer Schwellspannung zur Auswertung benutzt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Auslenkung gemäß folgender Formeln berechnet wird: = 4π² f²Dsin 2πftmit
  x = Weg
  = 2. Ableitung des Weges
  f = Frequenz, empirisch ermittelt
  t = Zeit
  D = Auslenkungund für den Phasenwinkel 2π und sin 2πft = 1 und X = A mit A = Ausgangssignal, woraus für die Auslenkung folgt

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Integrator in seinem Frequenzbereich begrenzt ist.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Schock-Sensoren ihre größte Empfindlichkeit in einem Inklinationswinkelbereich von 25° bis 60°, insbe­ sondere 45° (Altgrad) zur Primärachse Y besitzen, wobei die Achse Y im wesentlichen senkrecht zur Netzebene ange­ ordnet ist.