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