EA012020B1 - Устройство обнаружения для ворот для регистрации объекта, пересекающего плоскость ворот - Google Patents

Abstract

Раскрыто устройство для регистрации факта пересечения передвижным объектом, таким как спортивный объект, например футбольный мяч или хоккейная шайба, плоскости ворот. Известно, как окружить плоскость ворот при помощи проводников для создания электромагнитного поля, которое возбуждает генератор сигналов в передвижном объекте, в качестве альтернативы, регистрирует сигнал, выдаваемый генератором. В соответствии с настоящим изобретением эти контуры разделены на множество отдельных контуров, которые обеспечивают повышенное пространственное разрешение устройства, в частности, когда передвижной объект находится рядом с проводниками.

Description

Настоящее изобретение относится к устройству обнаружения для регистрации факта пересечения движущимся объектом, таким как спортивный объект, например футбольный мяч или хоккейная шайба, плоскости в пространстве, такой как плоскость ворот, такую, например, как вертикальная плоскость, проходящая от линии ворот, или горизонтальная плоскость, образованная при помощи верхнего края баскетбольной корзины.

Уровень техники

Обычно судья или судьи спортивного матча решают на основании визуального наблюдения, прошел ли мяч через плоскость ворот или нет. Однако это может быть очень сложным, чтобы правильно оценить ситуации, в которых мяч очень быстро возвращается и только что прошел через плоскость ворот, или не прошел через нее, и это является особенно трудным, если судья находится в неподходящем месте относительно плоскости ворот или вовлечен в другую деятельность матча. Для наблюдения за плоскостями ворот также может использоваться видеокамера, но пространственное и временное разрешения видеокамер часто являются недостаточными для обеспечения необходимой информации в спорных случаях.

Из известного уровня техники известен ряд электронных устройств для определения положения мяча на спортивном поле при помощи устройств позиционирования, которые раскрыты, например, в МО 01/66201, ΕΚ 2753633, ΕΚ 2726370, МО 99/34230, υδ 4675816, υδ 5346210 и МО 98/37932. Эти устройства позиционирования могут использоваться, например, для определения, прошел ли мяч через границу игрового поля и положения игроков, а так же предоставляет судье много полезной информации. Однако определение пересечения плоскости ворот является очень деликатным вопросом, поскольку он может быть решающим для исхода спортивного матча, и расстояния являются небольшими, а скорость объекта часто очень высокой, так что устройство для определения положения для обеспечения достоверного определения, пересек ли объект плоскость ворот, должно быть очень точным в определении положения и одновременно иметь очень высокую скорость обновления определения положения. Объект может, например, перемещаться со скоростью 72 или до 130 км/ч, что равно 20 и 36 м/с, соответственно, что означает, что скорость обновления 1/100 с будет вносить погрешность, соответственно, 20 или до 36 см для определенного положения, что является недопустимым в отношении определения гола в спортивном матче.

Устройства позиционирования с достаточно точным определением положения спортивного объекта и достаточно высокой скоростью обновления для обеспечения достоверных показаний пересечения плоскости ворот являются очень дорогими в отношении установки и обслуживания. Следовательно, необходимо создать альтернативное устройство с достаточным пространственным, а также временным разрешением для обеспечения достоверных показаний.

υδ 5976038 раскрывает устройство для обеспечения выходной индикации, когда объект игры пересекает линию, определяющую поле. Данное устройство содержит направленную приемную антенну, такую как дисковую зеркальную антенну и, в частности, антенну Кассегрена, снабженную двойными горизонтальными смежными питающими линиями, которые соединены для обеспечения суммарных и разностных сигналов. Антенна расположена снаружи игрового поля и направлена вдоль линии, определяющей поле. Для обеспечения достаточно высокого пространственного разрешения вследствие расстояния между антенной и игровым объектом, зеркало антенны должно иметь значительные размеры. Зеркало с шириной 30 дюймов, 76 см, будет обеспечивать зону обнаружения с шириной 4 дюйма, 10 см, которая вместе с другими погрешностями устройства допустима для использования в американском футболе, к которому относится патент, но недопустима для многих других спортивных игр и потребовалось бы гораздо большее зеркало.

υδ 4375289 раскрывает два проводника или катушки излучателя, охватывающие или окружающие плоскость ворот на двух вертикальных уровнях на расстоянии друг от друга в направлении перпендикулярном плоскости ворот и излучающие электромагнитные поля посредством обеспечения двух проводников с переменным током в противофазе, так что электромагнитное поле, воздействующее на объект при пересечении плоскости ворот, равно нулю в средней плоскости между двумя уровнями вследствие ослабляющей интерференции, и пересечение этой средней плоскости определяется на основании измерений напряженности поля датчиком в мяче. Используемым датчиком мяча является пассивный элемент, который принимает энергию от электромагнитного поля в результате индукции электрического тока в катушке или антеннах датчика и, следовательно, выдает сигнал, который регистрируется детекторной катушкой, расположенной между двумя проводниками, и направление прохождения может регистрироваться также посредством сравнения фаз между сигналом, принятым от датчика мячика, и фазами токов в проводниках. Это устройство также может быть выполнено реверсивно относительно катушек излучателя и детекторных катушек, так что одна катушка излучателя располагается в плоскости ворот между двумя детекторными катушками при соответствующей работе устройства, так что мяч, пересекающий плоскость ворот, регистрируется, когда зарегистрированные сигналы в двух детекторных катушках равны.

Однако это расположение имеет недостаток в том, что пространственное разрешение ограничено размером мяча, поскольку катушка датчика, по существу, окружает диаметр мяча, что становится осо

- 1 012020 бенно важным при уменьшении расстояния между мячом и детекторной катушкой. Это не является основной проблемой при регистрации большинства забитых голов, когда мяч, несомненно, пересекает плоскость ворот, но в спорных ситуациях, когда мяч только пересекает или не пересекает полностью плоскость ворот, и мяч находится рядом с катушками, пространственное разрешение не является достаточным, чтобы решить с достаточной точностью, забит ли гол или нет.

Кроме того, автор настоящего изобретения раскрыл, что электромагнитные поля, излучаемые катушками излучателя, окружающими плоскость ворот, искажаются в области рядом с катушками и, в частности, рядом с областью, в которой горизонтальные и вертикальные части катушек пересекаются, и плоскость, на которой ослабляющая интерференция является самой высокой и объединенное поле равно нулю, может отклоняться на несколько сантиметров от плоскости ворот в этих областях.

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание системы для регистрации прохождения объекта, пересекающего плоскость ворот, с повышенной точностью.

В настоящем изобретении описываются некоторые технические отличительные особенности, которые или отдельно или в сочетании обеспечивают такое усовершенствование.

Раскрытие изобретения

Стационарные проводники, раскрытые в И8 4375289, окружающие плоскость ворот и создающие электромагнитное поле, которые используются для регистрации пересечения плоскости ворот, в качестве альтернативы, регистрации сигнала, излучаемого датчиками в мяче, могут в преимущественном варианте осуществления настоящего изобретения быть разделены на множество отдельных контуров. Проблемы, относящиеся к пространственному разрешению системы, когда мяч находится рядом с детекторной катушкой, таким образом, могут быть решены благодаря способности такой системы, разделять данные регистрации, относящиеся к разным частям периметра плоскости ворот, так что данные, относящиеся к секции, расположенной ближе всего к проходящему мячу, могут не учитываться при решении, прошел ли мяч через плоскость ворот. Например, это может быть выполнено посредством обеспечения отдельного электромагнитного поля от каждой из секций, так что выходной сигнал с датчиков в мяче может разделяться в средстве обработки сигналов устройства на выходные сигналы по полям от отдельных секций. В данном варианте осуществления, в котором секции используются в качестве устройств обнаружения, каждая секция может, например, обеспечивать отдельный выходной сигнал в средство обработки сигналов устройства и, таким образом, анализировать, где могут быть устранены проблемы ближнего поля. Кроме того, устройство может быть установлено без выполнения замкнутого электрического контура, окружающего полностью плоскость ворот, изображенного в И8 4375289, т.е., что секционное устройство проводников может быть предназначено для работы без наличия проводников в земле под линией ворот, которые неудобно устанавливать и соединять с проводниками над землей, в частности, если сами ворота, к которым обычно прикрепляются соединители над землей, необходимо перемещать. Кроме того, точное положение движущегося объекта при пересечении плоскости ворот может быть установлено на основании выходного сигнала, что является очень полезным, когда анимации забитого (или не забитого) гола производятся для непосредственной телевизионной передачи спортивной игры.

Таким образом, настоящее изобретение относится к системе, содержащей движущийся объект, например ручной мяч, футбольный мяч или хоккейную шайбу;

излучатель радиоволн, расположенный в движущемся объекте, предпочтительно, в виде ряда настроенных контуров;

стационарный задающий генератор, приспособленный для возбуждения указанного излучателя, например, посредством излучения электромагнитных волн с длиной волны, соответствующей настроенным контурам излучателя радиоволн;

стационарное радиоприемное устройство для приема радиоволн с излучателя радиоволн и, следовательно, формирования выходного сигнала;

множество, по существу, замкнутых первых антенных контуров, расположенных вдоль периферии заданной плоскости, причем каждый первый антенный контур содержит два, по существу, параллельных проводника, проходящих, по существу, параллельно указанной периферии заданной плоскости, причем указанные параллельные проводники расположены на расстоянии друг от друга в направлении, перпендикулярном заданной плоскости, в котором указанное множество первых антенных контуров образует либо указанный стационарный задающий генератор, либо указанное стационарное радиоприемное устройство;

причем система дополнительно содержит средства обработки для приема и обработки указанного выходного сигнала вместе с заранее установленным набором условий и формирования результирующего выходного сигнала, при выполнении набора условий для того, чтобы определить, пересекает ли движущийся объект заданную плоскость.

Под термином первый антенный контур понимают замкнутую петлю одного или более проводников, расположенных вдоль траектории, образующей плоскость, так что данная петля окружает площадь. В особенно предпочтительном варианте осуществления каждый из первых антенных контуров расположен на отдельной жесткой конструкции, такой как пластина.

При использовании термина «по периферии заданной плоскости» понятно, что антенные контуры

- 2 012020 расположены около или рядом с периферией, например, в пределах 50 см, предпочтительно в пределах 20 см от периферии при измерении в плоскости заданной плоскости и на расстоянии от заданной плоскости.

Обычно заданной плоскостью является плоскость, которую должна пересечь середина движущегося объекта, или, более конкретно, излучатель радиоволн, в сущности, рассматриваемое как пересечение заданной плоскости, т.е., что гол забит.

По существу, параллельные проводники каждого первого антенного контура, предпочтительно, расположены на каждой стороне заданной плоскости, по существу, на одном и том же расстоянии перпендикулярно к заданной плоскости.

Взаимное расстояние в направлении перпендикулярном заданной плоскости между, по существу, параллельными проводниками каждого первого антенного контура, предпочтительно, находится в диапазоне от 15 до 50 см, и расстояние между параллельными проводниками каждого антенного контура предпочтительно является одним и тем же для всего множества антенных контуров системы.

Длина, по существу, параллельных проводников каждого первого антенного контура по периферии указанной заданной плоскости предпочтительно находится в диапазоне от 0,5 до 3 м, более предпочтительно в диапазоне от 1 до 2 м.

По меньшей мере, некоторые из первых антенных контуров, например, в количестве от 4 до 16, предпочтительно в количестве от 6 до 12, которые входят в предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, расположены последовательно вдоль, по существу, горизонтальной линии заданной плоскости, в частности, вдоль горизонтальной поперечины ворот, определяющей границы заданной плоскости. Первые антенные контуры, предпочтительно, расположены, по существу, на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль горизонтальной линии заданной плоскости.

Также предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, некоторые из первых антенных контуров были расположены последовательно, по существу, вдоль вертикальных линий заданной плоскости, в частности, вертикальных стоек ворот, определяющих границы заданной плоскости. Количество первых антенных контуров вдоль каждой вертикальной линии предпочтительно находится в диапазоне от 2 до 8, наиболее предпочтительно в диапазоне от 3 до 6. Первые антенные контуры предпочтительно расположены, по существу, на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль вертикальных линий заданной плоскости.

Система может дополнительно содержать второй антенный контур, проходящий, по существу, по периферии заданной плоскости и образующий другое устройство из указанного стационарного задающего генератора и указанного стационарного радиоприемного устройства, т.е., расположенный там, где сигнал от движущегося объекта является наиболее важным для определения возможного пересечения заданной плоскости. Второй антенный контур может проходить отчасти снаружи периферии в направлении, параллельном заданной плоскости, если он проходит, по существу, в той же самой плоскости в качестве заданной плоскости.

В особенно предпочтительном варианте осуществления первые антенные контуры образуют стационарное радиоприемное устройство, а второй антенный контур образует стационарный задающий генератор. В этом случае выходной сигнал в средстве обработки данных представляет напряжение или ток, создаваемые в каждом из первых антенных контуров. В особенно предпочтительном варианте осуществления система содержит компенсационное средство для каждого из первых антенных контуров для компенсации возможного смещения первого антенного контура и второго антенного контура во время работы системы. Данное смещение стало бы причиной того, что второй антенный контур будет создавать напряжение или ток в первом антенном контуре, ложный сигнал, и целью компенсационного средства является уменьшение или исключение такого ложного сигнала в первом антенном контуре, благодаря чему увеличивается отношение сигнал-шум первого антенного контура относительно излучателя радиоволн в движущемся объекте. Кроме того, если данный ложный сигнал исключается после поверки компенсационного средства, то сигнал, зарегистрированный первым антенным контуром и не возникающий из излучателя радиоволн в движущемся объекте, может быть использован для регистрации возможной ошибки при совмещении плоскости первого антенного контура с плоскостью, перпендикулярной заданной плоскости, в которой такой сигнал возник бы или с противоположной части второго антенного контура, проходящего параллельно части второго антенного контура, расположенного рядом с первым антенным контуром, или с третьей эталонной антенны, проходящей в той же самой плоскости в качестве заданной плоскости, но на расстоянии относительно первого антенного контура от периферии заданной плоскости, так что может быть уменьшено угловое несоответствие. Такое зарегистрированное угловое несоответствие между плоскостью первого антенного конура и плоскостью, перпендикулярной заданной плоскости может быть использовано для компенсации выходного сигнала из первого антенного контура, о котором идет речь, при определении, пересекает ли движущийся объект заданную плоскость или нет.

Сигнал, зарегистрированный первым антенным контуром, может при анализе быть определен, как образованный из электромагнитных волн из излучателя радиоволн, расположенного в движущемся объекте, если этот излучатель содержит настроенный контур, в котором фазовый угол напряжения или тока, образованный волнами от такого контура, будет смещен приблизительно на 90° относительно переменного тока задающего генератора.

- 3 012020

Компенсационное средство может быть выполнено в средстве обработки сигналов устройства или быть образовано при помощи контура, соединенного с первым антенным контуром, о котором идет речь, и подавать уравнительный встречный ток в него. Однако в предпочтительном варианте осуществления первое компенсационное средство содержит цепь ввода коррекций по замерам, расположенную, по существу, в плоскости первого антенного контура и смещенный от периферии ровной заданной плоскости по направлению к одному из параллельных проводников. Соответствующий ток срабатывания, подаваемый в цепь ввода коррекций по замерам, будет приводить к погашению части электромагнитного поля, созданного вторым антенным контуром и, таким образом, обеспечивать коррекцию первого антенного контура, который не является перпендикулярным ровной заданной плоскости.

Регистрация пересечения плоскости ворот должна выполняться с высокой степенью точности, что требует высокого пространственного разрешения устройства обнаружения, что, с другой стороны, требует высокого временного разрешения, поскольку мяч часто движется с высокой скоростью, порядка 20 м/с или даже выше, например 36 м/с.

В соответствии с другим аспектом, мяч, используемый в настоящем изобретении, может быть оснащен запоминающим устройством, отдельным беспроводным передающим средством и средством управления для управления запоминающим устройством и передающим средством. Средство управления приспособлено для выборки напряженности поля, измеренной датчиком при заданной частоте выборки, например, от 500 до 1000 Гц, такой как 4000 Гц, и все выборочные значения передаются в запоминающее устройство, работающее в качестве запоминающего устройства ΡΙΡΟ (обратного магазинного типа), так что самая последняя выборка замещает предыдущую, хранящуюся в запоминающем устройстве, благодаря чему самые новые выборки, например, за последние 0,5 с, хранятся в запоминающем устройстве в любое время, в течение которого датчик приводится в действие при помощи аккумулятора или в результате индукции электромагнитного поля проводников.

Только при регистрации показания пересечения плоскости ворот средство управления приспособлено для выполнения передачи всего набора выборок, хранящихся в запоминающем устройстве. Такое показание могло бы быть выполнено на основании предварительного анализа выборок, выполненных отдельным датчиком, на основании сравнения регистрации, выполненных множеством датчиков, расположенных в том же самом мяче, или более грубой системой с резервированием, такой как система, раскрытая в И8 4375289. Переданные данные принимаются стационарным радиоприемным устройством и анализируются для определения, пересекал ли мяч плоскость ворот. По выбору, средство управления, кроме того, приспособлено для передачи только доли измеренных выборок напряженностей поля, например 1/10 или 1/15 выборок в качестве стандарта, непрерывно во время выборки напряженностей поля.

Таким образом, более подробный набор данных, отображающих напряженность поля, зарегистрированную датчиком, может быть передан в стационарное устройство управления для анализа, поскольку частота выборки напряженности поля, зарегистрированной датчиком во время возможного пересечения плоскости ворот, может быть во много раз выше скорости передачи данных. Скорость передачи данных зависит от выбранной частоты передачи данных и имеющейся энергии для передачи данных, и для пассивного датчика, имеющаяся энергия пропорциональна площади, окруженной проводником датчика, в которой энергия индуцируется электромагнитным полем. В соответствии с настоящим вариантом осуществления датчика интенсивность надежной передачи, приводящая к соответствующему отношению сигнал-шум в радиоприемном устройстве, может быть осуществлена, возможно, для высокой частоты выборки данных, например, с коэффициентом в 10 раз выше скорости надежной передачи данных, и небольшой площади, окруженной проводником датчика, благодаря чему физическое увеличение датчика предусматривает установку множества датчиков, например, четыре, шесть, восемь или даже больше датчиков в стандартном футбольном мяче или других стандартных мячах, используемых для игр с мячом.

В конкретном варианте осуществления средство управления датчиком приспособлено для последовательной передачи данных, хранящихся в запоминающем устройстве, в которой наиболее релевантные данные передаются первыми, т. е. данные, наиболее соответствующие определенному вероятному пересечению плоскости ворот, например, первая выборка после пересечения, за которой следует первая выборка до пересечения, затем, вторая выборка после пересечения и т. д. Во втором варианте осуществления выборка более низкой частоты, например каждая пятая или каждая десятая выборка, передается первой, после которой передаются остальные данные, хранящиеся в запоминающем устройстве. Таким образом, повышается вероятность приема и обработки стационарным устройством наиболее важных данных.

Предпочтительно, данные передаются с датчика в цифровой форме для дополнительного увеличения отношения сигнал-шум принятого сигнала данных, и преимущественной частотой передачи является 27-35 МГц, а также могут использоваться другие подходящие частоты, такие как 433, 868 МГц или 2,4 ГГц. Предпочтительные используемые частоты находятся в диапазонах, для которых не требуется общественная лицензия на использование.

В большинстве игр, таких как футбол (также известный как «американский футбол»), весь мяч должен пройти через плоскость ворот, чтобы гол считался засчитанным, и, таким образом, необходимо высокое пространственное разрешение регистрации мяча, пересекающего плоскость ворот. Что касается

- 4 012020 известных датчиков, показанных в И8 4375289, мяч окружен тремя проводниками, расположенными в пересекающихся перпендикулярных плоскостях, проходящих через центр мяча. В каждом проводнике ток индуцируется пропорционально общему электромагнитному потоку через площадь, окруженную проводником. Общий электромагнитный поток через площадь зависит от плотности потока и угла между направлением вектора электромагнитного потока и площадью, но изменения угла обычно компенсируются посредством объединения индуцированных токов в трех перпендикулярных проводниках. Однако плотность потока интегрируется по площади, которая определена размером площади поперечного сечения мяча, и, таким образом, объединенный индуцированный ток является мерой общего потока, проходящего через мяч. Пространственное разрешение датчика, следовательно, ограничено размером мяча.

Для увеличения пространственного разрешения в мяче может быть установлено множество датчиков, предпочтительно, между внутренним резиновым баллоном мяча и его наружной оболочкой, но в качестве альтернативы, оно может быть расположено на внутренней стороне резинового баллона. В одном варианте осуществления каждый из датчиков или по меньшей мере часть датчиков являются пассивными датчиками, содержащими антенный контур или катушку, соединенную с конденсатором или ему подобным для образования настроенного контура, соответствующего длине волны излучаемого электромагнитного поля. Во втором варианте осуществления данные напряженности поля, измеренной отдельными датчиками, передаются в стационарное устройство обработки данных для определения пересечения плоскости ворот каждого отдельного датчика. Компенсация угла между индукционной антенной отдельного датчика и вектором электромагнитного потока может, затем, выполняться в стационарном устройстве обработки данных на основании полного набора данных, полученных от множества датчиков посредством решения системы уравнений относительно положения в пространстве и углового положения мяча. Важно определить, пересекают ли все датчики плоскость ворот, которая необязательно физически совпадает со средней плоскостью между проводниками, окружающими плоскость ворот.

Для данной обработки данных является преимущественным то, что отдельные датчики в мяче синхронизированы относительно выборки данных напряженности поля при помощи синхронного устройства, которое, например, может быть выполнено посредством соединения датчиков и обеспечения общего сигнала синхронизации или, в качестве альтернативы, посредством обеспечения сигнала синхронизации в датчиках при помощи тока в проводниках, создающего электромагнитное поле. Это также было бы преимуществом, чтобы передача данных с отдельных датчиков была согласована, для того чтобы передача данных не создавала бы помехи, что может быть обеспечено посредством взаимного соединения датчиков для того, чтобы можно было синхронизировать передачи отдельных данных, или посредством установки одного общего средства передачи данных в мяче, при помощи которого все данные передаются в стационарное устройство обработки данных. В качестве альтернативы, каждый датчик может содержать средства передачи данных, приспособленных для передачи данных в стационарное устройство обработки данных на отдельных частотах. Другой преимущественной отличительной особенностью было бы то, чтобы пассивные датчики соединялись бы с источниками электропитания отдельных датчиков, так что каждый датчик будет иметь достаточную энергию для получения и передачи измеренных данных напряженности поля независимо от угла между площадью, охваченной индукционными антеннами отдельного датчика и направлением вектора электромагнитного потока.

Мяч может дополнительно содержать средство опознавания для выдачи единственного сигнала опознавания в стационарное устройство обработки данных для обеспечения того, что мяч, используемый в игре, разрешен для использования с устройством в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, могут передаваться калибровочные данные и детали связи для отдельного мяча.

Напряженность электромагнитного поля от двух катушек, описанных в ϋδ 4375289, с токами в противофазе является самой низкой на площади, на которой очень важно, чтобы регистрация включала наиболее точное определение положения датчика мяча.

Таким образом, сигнал, который регистрируется, а также энергия, обеспечиваемая для пассивных датчиков электромагнитным полем, являются самыми низкими на этой площади и равны нулю в средней плоскости, которая расположена на плоскости ворот или рядом с ней.

Одним решением в соответствии с аспектом настоящего изобретения является создание источника тока одного из проводников с быстродействующим фазосдвигающим устройством, так что фаза проводника может переключаться с противофазы на фазу, совпадающую с другим проводником, со скоростью переключения, порядка величины частоты выборки интенсивности сигнала, зарегистрированной на мяче, т.е. между 200 и 10000 Гц, предпочтительно, в диапазоне от 500 до 6000 Гц, так что, например, каждая вторая или третья выборка выполняется, когда электромагнитные поля совпадают по фазе, и два поля на средней плоскости между двумя проводниками находятся в усиливающей интерференции, и напряженность поля имеет максимум на той плоскости из-за конфигурации отдельных напряженностей поля и расстояния между двумя проводниками.

Таким образом, обеспечение высокой напряженности поля в положении средней плоскости является преимуществом при использовании пассивных датчиков мяча, т.е. датчиков, которые приводятся в действие электромагнитным полем, обеспеченным проводниками, поскольку имеющаяся энергия для регистрации напряженности поля, и, таким образом, передача данных являются высокой также для реги

- 5 012020 страции небольших напряженностей поля электромагнитных полей в противофазе.

Кроме того, положение датчика мяча относительно средней плоскости может быть зарегистрировано двумя способами, на основании определения пересечения нулевой напряженности поля, как в известном уровне технике, когда токи находятся в противофазе, а также на основании определения максимальной напряженности, когда токи совпадают по фазе. Первый способ обеспечивает отличное общее показание пересечения средней плоскости и, возможно, направление пересечения, но имеет недостаток относительно деталей, связанных с фактическим пересечением, когда зарегистрированная напряженность поля является очень низкой на той площади, тогда как второй способ включает самую высокую напряженность поля вокруг пересечения средней плоскости и, таким образом, большую часть деталей, но второй способ, в котором регистрируется максимальное значение напряженности поля, использование которого само по себе имеет высокий риск ошибочных регистраций пересечения, поскольку могут возникнуть максимальные значения в других положениях датчиков мяча, чем в средней плоскости в результате, например, взаимного влияния тел игроков и внешних источников электромагнитных полей. Пороговая величина для максимальной напряженности может быть использована для фильтрации зарегистрированных напряженностей, но это имеет только ограниченный эффект из-за изменения напряженности поля по плоскости ворот, по меньшей мере, на порядок величины (т.е. коэффициент 10).

Однако посредством объединения второго способа с первым способом риск ошибочных регистраций пересечения практически исключается, поскольку оценка правильного положения пересечения обеспечивается первым способом, и объединенный способ достигает высокого пространственного разрешения второго способа.

Вторым решением является создание излучающих катушек с перекрывающимися токами разных частот, так что ток на первой частоте для подачи энергии совпадает по фазе на двух катушках, так что электромагнитные поля данной частоты находятся в усиливающей интерференции, а ток второй частоты для обеспечения сигнала подается в противофазе. Электромагнитное поле первой частоты может использоваться для обеспечения датчика или датчиков энергией во всех положениях во время пересечения плоскости ворот. В этом случае, в датчике мяча необходимо использовать устройства для разделения влияния двух частот, например, использование отдельных резонансных контуров для этих частот.

Еще одним решением является создание излучающих катушек с токами, незначительно отличающихся частот, так что интерференция будет создавать напряженность, изменяющуюся в средней плоскости между нулевой напряженностью и максимальной напряженностью с частотой, равной разности частот между двумя токами. Разность частот, предпочтительно, равна нечетному кратному частоты выборки датчика, например, однократному или трехкратному частоты выборки, так что энергия индуцируется в катушке датчика во всех положениях датчика, и частота напряженности может быть использована для синхронизации частоты выборки для того, чтобы датчик или датчики в мяче регистрировали правильно наличие нулевой напряженности.

Кроме того, настоящее изобретение относится к множеству датчиков, расположенных в одном и том же мяче, с излучением энергии на разных перекрывающихся частотах для передачи энергии и/или сигналов отдельному датчику, так что излучающие катушки, например, могут быть использованы для выбора подгруппы датчиков в мяче для измерения, или к отдельным датчикам, расположенным последовательно.

Частота электромагнитного поля, создаваемого двумя проводниками, предпочтительно, находится в диапазоне от 10 до 1000 кГц, например, от 50 до 500 кГц и, наиболее предпочтительно, в диапазоне 100 до 200 кГц, поскольку электромагнитные поля в этом диапазоне практически не взаимодействуют с молекулами воды и, следовательно, не оказывают значительное влияние на тела людей, находящихся на поле, и возмущения поля, вызванные телами людей на поле, соответственно, уменьшаются.

Краткое описание чертежей

Варианты осуществления настоящего изобретения изображены на прилагаемых чертежах, на которых:

фиг. 1 изображает три секции первого варианта осуществления настоящего изобретения, расположенные вдоль поперечной балки ворот;

фиг. 2 изображает ворота с секциями в соответствии с первым или вторым вариантом осуществления, расположенными по периметру плоскости ворот; и фиг. 3 изображает две секции второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Данные чертежи являются иллюстрациями вариантов осуществления настоящего изобретения и не рассматриваются в качестве ограничения объема настоящего изобретения, представленного здесь.

Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения

На фиг. 1 схематически изображены три секции поперечной балки футбольных ворот, которые видны сверху. Каждая секция содержит проводник 1 в первой плоскости и параллельный проводник 2 во второй плоскости и два промежуточных проводника 3, 4, соединяющие другие проводники 1, 2 для образования контура, по которому может проходить ток, который обозначен стрелками. Каждая секция содержит отдельное устройство 5 управления для подачи тока в контур секции и возможного получения данных, относящихся к объектам, в которых индуцируется энергия при помощи секции. Расстояние Ό

- 6 012020 между параллельными проводниками 1, 2 в горизонтальном направлении, перпендикулярном плоскости ворот, предпочтительно выбирается приблизительно равным диаметру стандартного футбольного мяча в соответствии с нормами, установленными ФИФА (Международной федерацией футбольных ассоциаций), вообще говоря, от 15 до 50 см. В конкретном варианте осуществления параллельные проводники 1, в одной и той же плоскости соседних секций могут электрически соединяться, так что передний проводник 1 одной секции соединяется с передним проводником 1 соседней секции и т.д. На фиг. 2 изображены ворота, если смотреть сверху, с семью секциями 6, размещенными вдоль поперечной балки 8, и пятью секциями 7 вдоль каждой боковой стойки 9 ворот.

Количество секций, например, может быть от 2 до 20 вдоль поперечной балки ворот, например от 4 до 16 и предпочтительно от 6 до 12, и от 2 до 8 секций вдоль каждой боковой стойки ворот, например от до 6 секций. Длина каждой секции в предпочтительном варианте осуществления находится в диапазоне от 0,5 до 3 м, например от 1 до 2 м.

Каждой секцией можно легко и быстро управлять, например, для быстрого переключения фазы или наложения токов разной частоты, как описано в предыдущей части. Кроме того, отдельной секцией можно управлять автономно при помощи общего или отдельного средства управления, так что можно получать более подробную информацию о местоположении проходящего мяча или со средства управления секциями, электромагнитные поля которых находятся под влиянием проходящего мяча, или посредством изменения излучаемых электромагнитных полей из отдельных секций, так что данные, полученные датчиком или датчиками в мяче, могут содержать такую информацию о положении. Электромагнитное поле каждой секции может содержать индивидуальную отличительную особенность, которая, например, определяется наложением тока с отличной частотой, так что данные, возвращаемые с датчика или датчиков мяча, могут содержать информацию об их положениях относительно секций, так что положение датчика может быть определено при помощи стационарного средства обработки данных для определения пересечения плоскости ворот с поправкой на возможное искажение электромагнитного поля, как описывалось ранее. Также или в качестве альтернативы, отдельные секции можно быстро включать или отключать для определения, какая секция или какие секции являются источником электромагнитного поля, зарегистрированного датчиком или датчиками. Кроме того, секции можно использовать для проверки, правильно ли работает система, посредством излучения электромагнитного поля снаружи диапазона, зарегистрированного датчиком или датчиками, а также записи и оценки возможного выходного сигнала из системы. Возможный выходной сигнал может быть использован для регулировки алгоритма корректировки в средстве обработки данных системы.

Второй вариант осуществления секции изображен на фиг. 3, в котором первые антенные контуры образуют стационарное радиоприемное устройство, а второй антенный контур 10, расположенный на периферии плоскости ворот образует стационарный задающий генератор, который создает электромагнитное поле с частотой, приблизительно, 125 кГц, которая соответствует частоте, на которою настроены пассивный датчик и излучатель радиоволн в мяче. Параллельные проводники 1, 2 каждой секции расположены, по существу, на одном и том же расстоянии Ό/2 в направлении, перпендикулярном плоскости ворот от второго антенного контура 10, так что общий ток, созданный в контуре проводников 1, 2, 3, 4 секции в идеале равен нулю, когда мяч не находится около секции. Однако совмещение параллельных проводников 1, 2 и второго антенного контура 10 необязательно является идеальным, так что создается в проводниках 1, 2, 3, 4 секции «ложный» ток. Для компенсации этого каждая секция снабжена схемой 11 компенсации, расположенной несимметрично в контуре секции относительно второго антенного контура 10, и средство управления (не показано) схемы 11 компенсации регулируется для обеспечения тока в схеме 11 во время работы системы, так что ток в проводниках секции равен нулю, когда мяч не оказывает воздействия. Каждая секция содержит датчик 12, расположенный около второго антенного контура, для облегчения калибровки отдельной секции независимо от других параметров устройства.

Каждая секция содержит выходное устройство (не показано) для выдачи измерения электромагнитного поля с мяча, при регистрации током, созданным в контуре секции проводников 1, 2, 3, 4, в средство управления (не показано) системы. На основании входного сигнала со всех секций возможное пересечение мяча плоскости ворот может быть определено с высокой точностью, поскольку разрушенный выходной сигнал с одной секции, например, в результате прохождения мяча рядом с секцией или в результате сбоя секции, может быть проигнорирован средством управления. Благодаря тому факту, что возможное смещение между проводниками 1, 2, 3, 4 секции и вторым антенным контуром 10 измеряется и компенсируется, создание поля в проводниках секции может быть сигналом угловой ошибки секции, т.е., что секция ориентирована не перпендикулярно плоскости ворот. Такой созданный ток легко отделяется от токов, созданных датчиками в мяче, когда они настроены, и их фаза смещена на 90° относительно тока во втором антенном контуре 10, тогда как ток, созданный в проводниках секции непосредственно вторым антенным контуром 10, расположенным вдоль противоположной стороны плоскости ворот будет совпадать по фазе с током во втором антенном контуре 10. Таким образом, регистрация, обеспеченная секцией, может быть откорректирована вследствие угловой ошибки.

Частота электромагнитного поля, созданного секцией, предпочтительно находится в диапазоне от 10 до 100 кГц, например от 50 до 500 кГц и, наиболее предпочтительно в диапазоне от 100 до 200 кГц,

- 7 012020 поскольку электромагнитные поля в данном диапазоне практически не взаимодействуют с молекулами воды и, следовательно, не оказывают существенного воздействия на тела людей, находящихся на поле, и возмущения поля, вызванные телами людей в пределах поля, соответственно, уменьшаются.

Claims (28)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Система, предназначенная для установления факта пересечения заданной плоскости подвижным объектом, содержащая передвижной объект, излучатель радиоволн, расположенный в передвижном объекте, стационарный задающий генератор, приспособленный для возбуждения указанного излучателя радиоволн, стационарное радиоприемное устройство для приема радиоволн с излучателя радиоволн и, соответственно, формирования выходного сигнала, множество, по существу, замкнутых первых антенных контуров, расположенных вдоль периферии заданной плоскости, причем каждый первый антенный контур содержит два, по существу, параллельных проводника, проходящих, по существу, параллельно указанной периферии заданной плоскости, причем указанные параллельные проводники расположены на расстоянии друг от друга в направлении, перпендикулярном заданной плоскости, в котором указанное множество первых антенных контуров образует либо указанный стационарный задающий генератор, либо указанное стационарное радиоприемное устройство, причем устройство дополнительно содержит устройство обработки данных для приема и обработки указанного выходного сигнала вместе с заранее установленным набором условий и формирования результирующего выходного сигнала при выполнении набора условий для того, чтобы определить, пересекает ли движущийся объект заданную плоскость.
2. 2. Система по п.1, в которой, по существу, параллельные проводники каждого первого антенного контура расположены на каждой стороне заданной плоскости, по существу, на одном и том же расстоянии, перпендикулярном заданной плоскости.
3. 3. Система по п.1 или 2, в которой взаимное расстояние в направлении, перпендикулярном заданной плоскости, между, по существу, параллельными проводниками каждого первого антенного контура находится в диапазоне от 15 до 50 см.
4. 4. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой указанные, по существу, параллельные проводники каждого первого антенного контура проходят в диапазоне от 0,5 до 3 м, предпочтительно в диапазоне от 1 до 2 м вдоль периферии указанной заданной плоскости.
5. 5. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой, по меньшей мере, некоторые из первых антенных контуров расположены последовательно вдоль, по существу, горизонтальной линии заданной плоскости.
6. 6. Система по п.5, в которой в количестве от 4 до 16, предпочтительно в количестве от 6 до 12 указанные первые антенные контуры расположены вдоль горизонтальной линии заданной плоскости.
7. 7. Система по п.6, в которой указанные первые антенные контуры расположены, по существу, на равном расстоянии друг от друга вдоль горизонтальной линии заданной плоскости.
8. 8. Система по любому из пп.5-7, в которой горизонтальная линия соответствует горизонтальной поперечной балке ворот, устанавливающей границы заданной плоскости.
9. 9. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой, по меньшей мере, некоторые из первых антенных контуров расположены последовательно вдоль, по существу, вертикальных линий заданной плоскости.
10. 10. Система по п.9, в которой в количестве от 2 до 8, предпочтительно в количестве от 3 до 6 указанные первые антенные контуры расположены вдоль каждой из указанных вертикальных линий заданной плоскости.
11. 11. Система по п.10, в которой указанные первые антенные контуры расположены, по существу, на равном расстоянии друг от друга вдоль вертикальных линий заданной плоскости.
12. 12. Система по любому из пп.9-11, в которой вертикальные линии соответствуют вертикальным боковым стойкам ворот, устанавливающим границы заданной плоскости.
13. 13. Система по любому из предыдущих пунктов, содержащая средство управления для автономного управления работой каждого из первых антенных контуров.
14. 14. Система по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащая второй антенный контур, проходящий, по существу, по периферии заданной плоскости и образующий другое устройство из указанного стационарного задающего генератора и указанного стационарного радиоприемного устройства.
15. 15. Система по п.14, в которой первые антенные контуры образуют стационарное радиоприемное устройство, а второй антенный контур образует стационарный задающий генератор.
16. 16. Система по п.15, дополнительно содержащая первые компенсационные средства для каждого из

    - 8 012020 первых антенных контуров, которые приспособлены для компенсации во время работы устройства вследствие возможного смещения первого антенного контура и второго антенного контура.
17. 17. Система по п.16, в которой первое компенсационное средство содержит цепь ввода коррекций по замерам, расположенную, по существу, в плоскости первого антенного контура и смещенного от периферии заданной плоскости по направлению к одному из параллельных проводников.
18. 18. Подвижный объект для использования в системе, содержащей средства для определения, пересекает ли подвижный объект заданную плоскость, причем подвижный объект содержит датчик для измерения электромагнитного поля, излучатель радиоволн, расположенный в передвижном объекте, запоминающее устройство и средство управления для управления работой запоминающего устройства и излучателя радиоволн, причем средство управления приспособлено для выборки напряженности электромагнитного поля, измеренной датчиком при заданной частоте выборки и хранения всех выбранных значений в запоминающем устройстве, причем средство управления дополнительно приспособлено после приведения в действие для выведения хранящихся выборочных значений из запоминающего устройства и передачи указанных выведенных значений при помощи излучателя радиоволн.
19. 19. Подвижный объект по п.18, в котором указанное запоминающее устройство приспособлено для работы в качестве запоминающего устройства обратного магазинного типа (ΤΊΕΌ), так что самая последняя выборка замещает самую старую хранящуюся выборку в запоминающем устройстве.
20. 20. Подвижный объект по п.19, в котором запоминающее устройство во время перемещения объекта способно сохранять значения, выбранные при заданной частоте выборки в течение периода времени по меньшей мере 0,2 с, предпочтительно в диапазоне от 0,35 до 1,2 с.
21. 21. Подвижный объект по любому из пп.18-20, в котором заданная частота выборки находится в диапазоне от 500 до 10000 Гц, например от 2000 до 6000 Гц.
22. 22. Подвижный объект для использования в системе, содержащей средства для определения, пересекает ли подвижный объект заданную плоскость, причем подвижный объект содержит множество датчиков для измерения электромагнитного поля, излучатель радиоволн, расположенный в передвижном объекте, запоминающее устройство и средство управления для управления работой запоминающего устройства и излучателя радиоволн, причем средство управления приспособлено для выборки напряженности электромагнитного поля, измеренной датчиком, и передачи данных, относящихся к напряженности поля, измеренного отдельными датчиками при помощи указанного излучателя радиоволн, причем переданные данные позволяют однозначно определить, какой именно датчик из указанного множества датчиков измерил переданные данные.
23. 23. Подвижный объект по п.22, содержащий средство синхронизации для синхронизации выборки отдельного датчика.
24. 24. Подвижный объект по п.22 или 23, в котором каждый датчик содержит отдельный излучатель радиоволн.
25. 25. Подвижный объект по любому из пп.22-24, в котором количество датчиков по меньшей мере равно 6 и предпочтительно в диапазоне от 8 до 24.
26. 26. Система, предназначенная для установления факта пересечения заданной плоскости подвижным объектом, содержащая передвижной объект, излучатель радиоволн, расположенный в передвижном объекте, стационарное радиоприемное устройство для приема радиоволн от излучателя радиоволн и, соответственно, формирования выходного сигнала, стационарный задающий генератор, приспособленный для возбуждения указанного излучателя радиоволн, причем задающий генератор содержит первый антенный контур и второй антенный контур, расположенные вдоль периферии заданной плоскости, причем первый антенный контур и второй антенный контур содержат два, по существу, параллельных проводника, проходящих, по существу, параллельно указанной периферии заданной плоскости, причем указанные параллельные проводники расположены на расстоянии друг от друга в направлении, перпендикулярном заданной плоскости, причем задающий генератор дополнительно содержит источник тока для приведения в действие задающего генератора, причем источник тока содержит быстродействующее фазосдвигающее устройство, так что фаза тока, проходящего через один из проводников, может быть переключена с противофазы на фазу, совпадающую с фазой тока, проходящего через другой проводник при скорости переключения в диапазоне от 200 до 10000 Гц, предпочтительно в диапазоне от 500 до 6000 Гц, причем устройство дополнительно содержит средство обработки данных для приема и обработки указанного выходного сигнала вместе с заранее установленным набором условий и формирования результирующего выходного сигнала при выполнении набора условий для определения, пересекает ли пе

    - 9 012020 редвижной объект заданную плоскость.
27. 27. Система, предназначенная для установления факта пересечения заданной плоскости подвижным объектом, содержащая передвижной объект, излучатель радиоволн, расположенный в передвижном объекте, стационарное радиоприемное устройство для приема радиоволн от излучателя радиоволн и, соответственно, формирования выходного сигнала, стационарный задающий генератор, приспособленный для возбуждения указанного излучателя радиоволн, причем задающий генератор содержит первый антенный контур и второй антенный контур, расположенные вдоль периферии заданной плоскости, причем первый антенный контур и второй антенный контур содержат два, по существу, параллельных проводника, проходящих, по существу, параллельно указанной периферии заданной плоскости, причем указанные параллельные проводники расположены на расстоянии друг от друга в направлении, перпендикулярном заданной плоскости, причем задающий генератор дополнительно содержит источник тока для приведения в действие задающего генератора, причем источник тока приспособлен для обеспечения излучающих катушек перекрывающими токами разных частот, так что ток на первой частоте для подачи энергии совпадает по фазе на двух катушках, и так что электромагнитные поля данной частоты находятся в усиливающей интерференции, и ток второй частоты для формирования сигнала подается в противофазе, причем устройство дополнительно содержит средство обработки данных для приема и обработки указанного выходного сигнала вместе с заранее установленным набором условий и формирования результирующего выходного сигнала при выполнении набора условий для определения, пересекает ли передвижной объект заданную плоскость.
28. 28. Система, предназначенная для установления факта пересечения заданной плоскости подвижным объектом, содержащая передвижной объект, излучатель радиоволн, расположенный в передвижном объекте, стационарное радиоприемное устройство для приема радиоволн от излучателя радиоволн и, соответственно, формирования выходного сигнала, стационарный задающий генератор, приспособленный для возбуждения указанного излучателя радиоволн, причем задающий генератор содержит первый антенный контур и второй антенный контур, расположенные вдоль периферии заданной плоскости, причем первый антенный контур и второй антенный контур содержат два, по существу, параллельных проводника, проходящих, по существу, параллельно указанной периферии заданной плоскости, причем указанные параллельные проводники расположены на расстоянии друг от друга в направлении, перпендикулярном заданной плоскости, причем задающий генератор дополнительно содержит источник тока для приведения в действие задающего генератора, причем источник тока приспособлен для обеспечения параллельных проводников токами только с незначительно отличающимися частотами, так что интерференция будет создавать напряженность, изменяющуюся в средней плоскости от нулевой напряженности до максимальной напряженности с частотой, равной разности частот между двумя токами, причем устройство дополнительно содержит средство обработки данных для приема и обработки указанного выходного сигнала вместе с заранее установленным набором условий и формирования результирующего выходного сигнала при выполнении набора условий для определения, пересекает ли передвижной объект заданную плоскость.