KR100570940B1

KR100570940B1 - 물체의 순간 속도 측정 장치

Info

Publication number: KR100570940B1
Application number: KR1020030036301A
Authority: KR
Inventors: 김성일
Original assignee: 김성일
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2006-04-13
Also published as: KR20040107568A

Abstract

본 발명은 물체의 순간 속도 측정 장치에 관한 것으로서, 물체의 이동 경로를 가로지르는 빔을 발생시키는 빔 발생기, 상기 빔을 감지하고 빔이 차단되는 순간 신호를 발생시키는 감지 센서, 상기 감지 센서로부터 받은 신호로 상기 물체가 빔을 차단하는 시간을 측정하는 시간 측정기 및 상기 측정된 시간을 이용 물체의 속도를 계산하는 계산기를 포함하여 구성된다.

본원발명에 따른 구성에 의하면, 하나의 빔 발생기 및 감지 센서로 구성되므로 장치의 구성이 간단하고, 두 지점 사이의 평균 속도가 아닌 순간 속도를 측정하는 것이 가능하게 된다.

빔, 레이저, 발광 다이오드(LED), 계수기, 감지 센서

Description

물체의 순간 속도 측정 장치 {INSTANTANEOUS SPEED MEASUREMENT APPARATUS}

도 1은 종래 기술에 따른 골프 스윙 속도 측정 장치를 도시하고 있다.

도 2(a) 내지 도 2(e)는 물체가 빔을 뚫고 지나가는 순간을 일정 시간 간격으로 도시하고 있다.

도 3은 물체가 빔을 지나는 순간, 물체에 의해 가려지는 빔의 양을 도시하고 있다.

도 4는 시간 측정을 위한 구성의 실시예를 도시하고 있다.

도 5a는 확산형 빔을 이용한 경우의 실시예를 도시하고 있다.

도 5b는 빔 차단 막이 설치된 감지 센서를 도시하고 있다.

도 6a는 본원 발명에 따른 물체의 순간 속도 측정 장치를 골프의 스윙 속도 측정에 이용한 예를 도시하고 있다.

도 6b는 도 6a의 A부분의 확대도이다.

도 7a는 반사경을 사용한 실시예에 따른 구성의 측면을 도시하고 있다.

도 7b는 도 7a에 도시된 구성의 평면을 도시하고 있다.

도 8은 물체에 반사된 빔을 감지하는 형태의 실시예를 도시하고 있다.

< 참조 번호 >

101, 301, 401, 501, 601: 빔 발생기

102, 201, 302, 402, 502, 602: 감지 센서

104, 504, 604: 운동하는 물체 103, 303, 403, 503, 603: 빔

202: 발진기 203: AND 게이트

204: 계수기 205, 206, 207: 신호

304: 광 차단 막 405: 골프공

505: 반사경

본 발명은 운동하는 물체의 속도를 측정하는 장치로서, 보다 자세하게는 레이저 또는 발광 다이오드 (LED) 등의 발생 장치 및 감지 센서를 이용하여 운동하는 물체의 순간 속도를 측정하는 장치에 관한 것이다.

스포츠, 특히 골프와 같은 구기 종목에 있어서, 정확한 스윙 속도의 측정은 선수의 기량 향상을 위해서 필요하다. 이러한 요구에 부응하여, 스윙 또는 볼의 속도를 측정하는 스포츠 기구들이 개발되어 왔는데, 특히 레이저를 이용한 장치들에 대한 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

일본공개특허공보 제2003-38701호 내지 미국등록특허 제4,583,733에는 골프 클럽 또는 야구 배트의 스윙 속도를 측정하는 장치가 개시되어 있는데, 이들은 모두 일정한 간격을 두고 떨어진 위치에서 발사된 레이저가 차단되는 시간 간격을 측정하여 평균 속도를 계산하는 방식을 이용하고 있다.

도 1은 일본공개특허공보 제2003-38701호에 개시된 골프 스윙 속도 측정 장치를 도시하고 있다. 일정 간격을 두고 떨어진 레이저 발생부(8, 10) 및 레이저 감지부(9,7) 사이를 골프 클럽(6)이 지나가는 순간, 시간차를 두고 레이저 감지부(9,7)에 감지되는 레이저가 차단된다. 상기 시간 차이를 이용해 상기 레이저 사이에서 골프 클럽의 평균 속도를 계산하게 되는 것이다.

이러한 종래 방식을 이용할 경우, 운동하는 물체가 두 지점을 통과하는 평균속도를 측정하는 것이기 때문에, 순간 속도를 계산하는데 있어서 한계가 있었다. 특히, 골프 스윙 속도 측정에 있어서, 골프 클럽이 골프공을 타격하는 순간의 순간적인 속도를 측정하는 것이 중요한데, 두 쌍의 레이저 발사 및 감지 장치를 이용한 종래 기술로는 순간 속도를 측정하는데 한계가 있었다.

상술한 것과 같은 종래기술의 문제점을 극복하기 위하여, 본 발명에서는 운동하는 물체의 순간적인 속도를 효과적으로 측정할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이와 더불어, 한 쌍의 빔 발생기 및 감지 센서만을 사용함으로써, 종래의 속도 측정 장치에 비해 간단한 구성을 가지는 순간 속도 측정 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본원발명은 물체의 순간 속도 측정 장치로서, 물체의 크기에 대한 데이터를 입력하는 데이터 입력기; 물체의 이동 경로를 가로지르는 빔을 발생시키는 빔 발생기; 빔을 감지하며, 이동하는 물체에 가려져 빔의 차단이 지속되는 시간에 관한 신호를 발생시키는 감지 센서; 감지 센서로부터 받은 신호로 물체에 의해 빔이 완전히 차단되는 시간을 측정하는 시간 측정기; 및 물체의 크기와 측정된 시간을 이용하여 물체의 순간 속도를 계산하는 계산기로 구성되고, 시간 측정기는 클럭 신호를 발생시키는 발진기와, 발진기에서 발생한 클럭 신호와 감지 센서로부터 받은 신호를 논리곱시키는 AND 게이트, 및 AND 게이트의 출력 신호에 포함된 클럭 신호의 주기수를 계산하여 시간을 계산하는 계수기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 감지 센서에서 발생된 신호가 계수기로 직접 전달되어 계수기에서 클럭 신호의 주기수를 계산하는 시점 및 종점으로 이용되는 것이 가능하다.

삭제

상기 빔으로서는 레이저 또는 발광 다이오드에서 발생한 빔을 이용하는 것이 가능하다. 또한, 상기 감지 센서의 측면에는 잡음 방지를 위하여 광 차단막을 설치할 수 있다.

바람직하게는, 상기 빔은 특정 주파수로 광변조되고, 상기 감지 센서는 감지된 빔 중, 상기 특정 주파수로 광변조된 빔만을 감지하여 신호를 발생시킬 수 있다.

또한 본원 발명에 따른 물체의 순간 속도 측정 장치는 상기 빔을 반사시킬 수 있는 반사경을 더 포함하는데, 상기 빔 발생기 및 상기 감지 센서는, 상기 빔 발생기에서 발사된 빔이 반사경에 반사되어 상기 감지 센서에 도달할 수 있도록 배치될 수 있다.

또한 빔이 차단되는 시간을 측정하는 대신, 이동하는 물체에 빔을 발사하고, 반사된 빔이 감지되는 시간을 측정하여 물체의 속도를 계산하도록 하는 구성하는 것이 가능하다.

도 2 내지 도 8을 참조하여 본원발명의 구성 및 실시예를 설명하고자 한다.

도 2 (a) 내지 도 2(e)는 운동하는 물체(104)가 빔 발생기(101) 및 감지 센서(102)의 사이에 형성된 빔(103)을 통과하기 직전의 상태부터 완전히 통과한 후까지의 상태를 일정 시간 간격에 따라 도시하고 있다. 그리고 도 3은 상기 운동하는 물체(104)에 의해 가려지는 빔의 량을 시간에 따라 도시하고 있다. 빔(103)은 일반적인 레이저 빔, 팬 빔, 또는 광 다이오드(LED)에서 생성되는 빛일 수 있다.

도 2(a) 및 도 2(e)는 물체(104)가 빔(104)을 가리지 않은 상태를 도시하고 있으며, 도 3에서는 시각 a 및 b로 표시되어 있다. 도 2(b) 및 도 2(d)는 물체(104)가 빔(103)의 일부를 차단하는 순간을 도시하고 있으며, 도 3에서는 시각 b 및 d로 표시되어 있다. 또한 도 2(c)는 물체(104)에 의해 빔이 완전히 가려진 상태를 도시하고 있으며, 도 3에서는 시각 c로 표시되어 있다.

본원 발명에 있어서, 순간 속도를 측정하기 위해서는 상기 빔(103)이 가려진 상태의 지속 시간을 측정해야한다. 이때 빔이 차단된 시간(t1∼t2) 동안에 감지 센서(102)에 도달하는 빔(103)은 완전히 차단되고, 빔의 차단이 지속되는 시간과 관련한 신호가 발생하게 된다. 이 때, 시간(P1∼t1) 및 시간(t2∼P2)는 빔(103)의 일부가 차단된 시간으로서 빔의 폭 또는 감지 센서의 감지 폭에 따라 달라지며, 이 시기 동안 감지 센서(102)에는 빔이 도달하는 것으로 감지된다.

도 4는 본원발명의 실시예에 있어서, 물체에 의해 빔이 차단되는 순간의 시간을 계산할 수 있는 시간 측정기의 구조를 도시하고 있다.

물체가 빔을 가리고 지나가는 동안 감지 센서에 전달되는 빔이 차단되게 된다. 이 때, 신호(205)가 감지 센서(201)에서 발생하게 되고, 발진기(202)에서 발생하는 일정 주기의 클럭 신호(206)와 AND 게이트(203)를 통해 결합되어 신호(207)을 발생시킨다. 이 때, 클럭 신호(206)의 주파수가 높을수록 정밀한 측정이 가능하며, 수 MHz 단위의 신호를 쓸 경우 비교적 정밀한 계측이 가능하다.

계수기(204)는 신호(207)에 포함된 클럭 신호의 주기수와 클럭 신호의 주파수를 이용해 물체에 의해 빔이 차단된 순간(t1∼t2)의 시간을 계산하는 것이 가능하게 된다.

예를 들어 1 MHz의 주파수를 가지는 발진기를 이용하여 시간을 측정하는 경우를 상정해보면, 지름 10mm의 물체가 180km/h의 속력으로 지나는 순간 발생되는 신호(207)에는 200 주기의 클럭 신호가 포함되어 있게 된다. 이 때, 빔 폭 또는 감지 센서의 감지 폭은 물체의 지름에 비해 충분히 작다. 신호(207)에 1MHz 클럭 신호가 200 주기 포함되어 있을 경우 빔이 가려지는 시간이 0.0002초라는 것을 계산해 낼 수 있고, 물체의 지름(10 mm)을 알고 있으면, 물체의 속력이 180 km/h라는 것을 산술적인 계산을 통하여 얻어 낼 수 있는 것이다.

또한, 감지 센서(201)에서 발생된 신호를 계수기에 직접 전달함으로써, 계수기가 클럭 신호의 주기수를 계산하는 시점 및 종점을 파악할 수 있도록 할 수 있 다. 즉 감지 센서(201)의 상태가 변화하는 시각 t1 및 t2에서 발생된 신호를 계수기에서 사용할 수 있는 것이다.

도 5a는 팬 빔 레이저 또는 발광 다이오드(LED)등과 같은 확산형 빔을 사용하여 구성된 실시예를 도시하고 있다. 빔 발생기(301)에서 빔이 방사상으로 방출되는 확산형 빔(303)이 발생하더라도 감지 센서(302)의 감지 폭을 좁게 한다면, 도 2에 개시된 형태의 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 바람직하게는 감지 센서(302)의 측면에 도 5b에 도시된 것과 같은 광 차단 막(304)을 설치함으로써, 잡음을 방지할 수 있다.

더 나아가, 상기 레이저 발사 장치 또는 광다이오드에서 방출되는 빔을 특정 주파수로 변조하고, 빔 검출 센서에서 검출된 빔 중에서 상기 특정 주파수에 해당하는 신호만을 속도 계산에 사용함으로써, 외부 조명에 의한 잡음을 효과적으로 제거할 수 있다.

도 6a는 상술한 속도 측정 장치를 골프의 스윙 속도 측정에 적용한 실시예를 도시하고 있다. 본원 발명에 있어서 골프 스윙의 순간 속도를 측정하기 위한 장치는 하나의 빔 발생기(401)와 하나의 감지 장치(402)로 이루어져 있으며, 골프 클럽(404)이 골프공(405)를 타격하는 순간의 순간 속도 측정을 위해 빔(403)이 골프공(405) 바로 앞을 지나도록 구성되어 있다.

이 때 스윙의 순간 속도를 계산하기 위해서 빔을 차단하는 부분의 지름이 키보드 등의 입력 장치를 통해 입력된다. 골프 클럽의 헤드 부분의 크기는 다양하지만 샤프트 부분의 지름은 비교적 큰 차이가 없으므로, 도 6b에 도시된 것과 같이 빔이 골프 클럽의 샤프트 부분(W)을 지나도록 한다면, 골프 클럽에 따라 지름을 별도로 입력해주지 않더라도 비교적 정확한 스윙 속도를 측정하는 것이 가능하다.

또한 복수의 위치에 상기 속도 측정 장치를 배치함으로써, 골프 스윙의 순간 속도 프로파일을 얻어내는 것도 가능하다.

도 7a 내지 도 7b는 반사경을 사용한 실시예에 따른 구성을 도시하고 있다. 빔 발생기(501)에서 발사된 빔은 반사경(505)에서 반사되어 감지 센서(502)에 도달하게 된다. 이 때, 빔 발생기(501)에서 발사된 빔(503)이 반사경에 반사되어 감지 센서(502)에 도달할 수 있도록 도 7a에 도시된 것과 같이 빔 발생기(501) 및 감지 센서(502)는 수직면 기준으로 약간의 각도를 가지고 설치된다.

도 7b는 상기 실시예에 따른 구성을 평면으로 도시한 것으로서, 반사경을 사용하는 구성만 다를 뿐 속도 측정 원리는 반사경을 사용하지 않은 실시예와 동일하다.

도 8은 본원발명의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 8에 따르면, 빔 발생기 (601)에서 발사된 빔(603)은 이동하는 물체(604)의 측면에서 반사되고, 반사된 빔(603)은 감지 센서(602)에 의해 감지된다. 본 실시예에서는, 빔이 차단되는 시간을 측정하는 이전의 실시예와는 다르게, 물체(604)에 반사된 빔(203)이 감지되는 동안의 시간을 측정하여, 속도 계산에 이용하게 된다.

본원발명에서 제시된 물체의 순간 속도 측정 장치는 평균 속도가 아닌 순간 속도를 측정하는 것을 가능하게 한다. 또한, 평균 속도를 측정하고자 하는 구간에서 일정 간격을 두고 배치된 복수개의 빔 발생기 및 감지 센서로 구성되는 종래의 속도 측정 장치와는 다르게, 하나의 빔 발생기 및 감지 센서만으로 구성되므로 장치의 구성이 단순하다.

Claims

물체의 크기에 대한 데이터를 입력하는 데이터 입력기;

상기 물체의 이동 경로를 가로지르는 빔을 발생시키는 빔 발생기;

상기 빔을 감지하며, 상기 이동하는 물체에 가려져 상기 빔의 차단이 지속되는 시간에 관한 신호를 발생시키는 감지 센서;

상기 감지 센서로부터 받은 신호로 상기 물체에 의해 상기 빔이 완전히 차단되는 시간을 측정하는 시간 측정기; 및

상기 물체의 크기와 상기 측정된 시간을 이용하여 상기 물체의 순간 속도를 계산하는 계산기로 구성되고,

상기 시간 측정기는 클럭 신호를 발생시키는 발진기와, 상기 발진기에서 발생한 클럭 신호와 상기 감지 센서로부터 받은 신호를 논리곱시키는 AND 게이트, 및 상기 AND 게이트의 출력 신호에 포함된 클럭 신호의 주기수를 계산하여 상기 시간을 계산하는 계수기를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 순간 속도 측정 장치.
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제1항에 있어서, 상기 감지 센서에서 발생된 신호는 상기 계수기로 직접 전달되어, 상기 계수기에서 상기 클럭 신호의 주기수를 계산하는 시점 및 종점으로 이용되는 것을 특징으로 하는 물체의 순간 속도 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 빔은 레이저인 것을 특징으로 하는 물체의 순간 속도 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 빔은 발광다이오드(LED)에서 발생하는 확산형 빔인 것을 특징으로 하는 물체의 순간 속도 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 감지 센서의 측면에는 잡음 방지용 광 차단막이 설치된 것을 특징으로 하는 물체의 순간 속도 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 빔은 특정 주파수로 광변조되고, 상기 감지 센서는 감지된 빔 중, 상기 특정 주파수로 광변조된 빔만을 사용하여 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 물체의 순간 속도 측정 장치.
제1항에 있어서, 상기 물체의 순간 속도 측정 장치는 상기 빔을 반사시킬 수 있는 반사경을 더 포함하는데,

상기 빔 발생기 및 상기 감지 센서는, 상기 빔 발생기에서 발사된 빔이 반사경에 반사되어 상기 감지 센서에 도달할 수 있도록 배치되는 것을 특징으로 하는 물체의 순간 속도 측정 장치.
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