SU1140803A1 - Устройство фиксации положени спортсмена - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ФИКСАЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ СПОРТСМЕНА, содержащее петлевые приемные антенны, св занные через приемные устройства, и блок измерени  с блоком индикации и передатчик со средством креплени  на спортсмене , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности фиксации, оно имеет пороговые элементы и блоки оценки амплитуды , выходы которых подключены к дополнительным входам блоков измерени , а входы через пороговые элементы - к выходам приемных устройств, а петлевые приемные антенны выполнены в виде двух последовательно соединенных и разнесенных в плоскости петель. 2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что блок измерени  содержит электронные схемы, кажда  из которых имеет компаратор, дифференциатор, нуль-компаратор , тактовый генератор, схему И. триггер, реверсивный счетчик и регистр, входы которого соединены с разр дными входами реверсивного счетчика, вход R которого соединен с выходом триггера, вход счета на сложение соединен с выходом схемы И, один из входов которой соединен с входом триггера и выходом компаратора , другой ее- вход подключен к i выходу тактового генератора, а вход счета на вычитание реверсивного счетчика че (Л рез нуль-компаратор соединен с выходом дифференциатора, вход которого соединен с одним из в.ходов компаратора, причем первые входы компараторов электронных схем  вл ютс  основными входами блоков измерени , а вторые их входы подключены к блокам оценки амплитуды.

Description

Изобретение относитс  к устройствам измерени  параметров движени  спортсменов и может быть использовано дл  определени  положени  спортсмена или некоторых спортивных снар дов относительно р да контрольных точек траектории движени , а также дл  измерени  средней скорости движени  спортсмена на контрольных отрезках дистанции. Известно устройство фиксации положени  спортсмена, содержащее петлевые приемные антенны, св занные через приемные устройства, и блок измерени  с блоком индикации и передатчик со средством креплени  на спортсмене 1. Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность измерени  при неконтролируемом изменении ориентации оси передающей рамочной антенны, на которую работает передатчик, закрепленный на спортсмене. Цель изобретени  - повыщение точности фиксации положени . Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство фиксации положени  спортсмена , содержащее петлевые приемные антенны , св занные через приемные устройства , и блок измерени  с блоком индикации и передатчик со средством креплени  на спортсмене, имеет пороговые элементы и блоки оценки амплитуды, выходы которых подключены к дополнительным входам блоков измерени , а входы через пороговые элементы - к выходам приемных устройств, а петлевые приемные антенны выполнены в виде двух последовательно соединенных и разнесенны.х в плоскости петель. Кроме того, блок измерени  содержит электронные схемы, кажда  из которых имеет компаратор, дифференциатор, нулькомпаратор , тактовый генератор, схему И, триггер, реверсивный- счетчик и регистр , входы которого соединены с разр дными входами реверсивного счетчика, вход R которого соединен с выходом триггера , вход счета на сложение соединен с выходом схемы И, один из входов которой соединен с входом триггера и выходом компаратора, а другой ее вход подключен к выходу тактового генератора, а вход счета на вычитание реверсивного счетчика через нуль-компаратор соединен с выходом дифференциатора, вход которого соединен с одним из входов компаратора, причем первые входы компараторов электронных схем  вл ютс  основными входами блоков измерени , а вторые их входы подключены к блокам оценки амплитуды. На фиг. 1 представлена .структурна  схема устройства фиксации положени ; на фиг. 2 - форма сигнала в приемных антеннах при равномерном перемещении относительно них объекта, несущего передатчик , работающий на рамочную передающую антенну, ось которой отклонена на некоторый угол У от нормали к плоскости приемной антенны. Крива  1 на фиг. 2 соответствует вертикальной оси передающей рамки (Г 0). Такое положение передающей антенны, в указанных случа х по сной и корпусной передающих антенн  вл етс  наиболее веро тным. Кривые 2 и 3 соответствуют некоторым углам TTj и Уг причем Tj TI ; на фиг. 3 - функциональна  схема части блока измерени , осуществл юща  выделение сиг налов от основной и дополнительной приемных антенн и вычисление характеристи ки асимметрии сигнала основной приемной антенны, на фиг. 4 - временные диаграммы работы схемы. В состав устройства вход т разнесенные в горизонтальной плоскости основные 1 и дополнительные 2 петлевые антенны , последовательно подключенные к входам соответствующих приемных устройств 3. Выходы приемных устройств 3 соединены с блоками 4 оценки амплитуды и блоком 5 измерени . Выходы б.токов 4 оценки амплитуды соединены с пороговыми элементами 6, подключенны.ми, в свою очередь, к блоку 5 измерени , св занному с блоком 7 индикации. Спортсмен 8 с размещенным на нем передатчиком 9, работающим на передающую ра.мочную. антенну, перемещаетс  относительно проводов приемных антенн 1 и 2. Устройство работает следующим образом . Нри вертикальной ориентации оси передающей антенны (крива  1 на фиг. 2) сигнал в приемных антеннах 1 или 2 при .перемещении относительно них спортсмена 8 представл ет собой четную функцию времени при равномерном движении объекта, т.е.  вл етс  симметричным относительно точки , соответствующей положению передающей антенны над центром соответствующей приемной антенны, где достигаетс  максимум амплитуды сигнала . Указанное предположение о равномерности движени  объекта, как правило, соответствует реальности, поскольку рассматриваетс  лищь небольщой интервал времени, когда спортсмен находитс  в окрестности приемной антенны, и скорость его на этом- интервале не может существенно изменитьс . Поскольку положение максимума сигнала в приемной антенне в этом случае всегда соответствует положению спортсмена над центром приемной антенны, то

измер   положение максимума сигнала, можно зафиксировать положение спортсмена относительно центра приемной антенны .

Если ось передающей рамочной антенны при движении объекта в районе какой-либо из приемных антенн нак 1онена по отношению к нормали на некоторый .угол Т , то форма сигнала искажаетс . Это про вл етс  в смещении положени  максиму.ма сигнала относительно точки t Со, соответствующей положению передающей антенны над центро.м приемной. Смещение составл ет некоторую величину дС завис щую от-угла Т. Расчеты показывают , что уже при угле наклона оси передающей антенны максимум сигнала наблюдаетс  в точке, отсто щей от центра приемной антенны на величину , 0,14h(h - высота передающей антенны над плоскостью приемной), что представл ет собой весьма существенную ощибку при фиксации положени  объекта по максимуму сигнала в приемной антенне .

Кроме того, при наличии угла У по вл етс  аси.мметри  формы сигнала относительно максимума (фиг. 2). Эта асимметри  используетс  в предлагаемо.м устройстве дл  коррекции результатов фиксации положени  объекта по максимуму сигнала в приемной антенне. Осуществл етс  это следующим образом.

Провода приемны.х антенн 1 и 2 уложены таким образом, что при своем перемещении спортсмен 8 проходит вначале над проводами дополнительной приемной антенны 2, а затем основной 1. Центр основной антенны 1 совпадает с соответствующей контрольной точкой беговой дистанции спортсмена 8, а дополнительна  антенна 2 располагаетс  в непосредственной близости от основной, но на некотором удалении от нее, достаточном дл  различи  сигналов в обеих антеннах. Требование близости расположени  антенн вытекает из необходимости получени  идентичных параметров сигналов в них, что может не выполн тьс  при значительном отличии свойств полупровод щей поверхности, на которую укладываютс  провода антенн.

Сигнал дополнительной приемной антенны 2 усиливаетс  приемным устройством 3, выходной сигнал которого поступает на блок 4 оценки амплитуды и блок 5 измерени . По измеренной в блоке 4 оценки амплитуды амплитуде сигнала в пороговом элементе 6 устанавливаетс  некоторый пороговый уровень Un по отноцгению к .максимальному значению сигнала . Этот пороговый уровень Un далее

используетс  в блоке 5 измерени  дл  вычислени  характеристик асимметрии сигнала , принимаемого основной приемной антенной 1, который, по вл етс  на выходе приемного устройства 3 вслед за сигналом дополнительной антенны 2.

Блок 5 измерени  осуществл ет следующие операции: измерение временного положени  максимума сигнала в основной приемной антенне 1; измерение характеристики асимметрии этого сигнала MZ, определ емой как разность временных интервалов между -моментами пересечени  порогового уровн  Un ( t на фиг. 2) и положением максимума сиг5 нала; коррекцию временного положени  максимума сигнала. Коррекци  положени  максимума сигнала предполагает вычитание из значени , соответствующего положению максимума, поправки йТ, равной смещению максимума относительно

0 точки СЬ , представл ющей собой момент истинного положени  объекта над центром приемной антенны 1.

При известном пороговом уровне Un асимметри  сигнала в приемной антенне 1,

5 равна  Д t-i- Atj, зависит только от угла наклона Т оси передающей антенны. Таким образом, измерив Atj-ui, тем самым можно оценить величину. угла У. С другой стороны, смещение максимума сигнала Д при каждом значении угла У

0 известно из соответствующих расчетов. Таким образом, существует однозначное соответствие между характеристикой Д tj Д t и смешением д , представл ющее собой некоторую функцию (,дtl -

5 )

В блоке 5 измерени  по измеренному значению dtt-MZ может быть вычислена поправка Af. Как показывает анализ , функци  дТ (Д11-Д1г.) весьма

близка к линейной, поэтому вычисление без существенных потерь в точности может быть осуществлено путем умножени  величины MI -д на соответствующий коэффициент пропорциональности. Другой

5 возможный путь определени  поправки А заключаетс  в составлении таблицы значений At в зависимости от и записи данных этой таблицы в посто нное запоминающее устройство (ПЗУ). Далее при подаче на вход ПЗУ значени  &it- Д tx на выходе его получаем соответствующую поправку д Вычисленна  поправка Л вычитаетс  в блоке измерени  5 из числа, соответствующего временному положению максимума сигнала. Знак ДС определ етс  направлением оси передающей антенны относительно нормали к плоскости приемной антенны, и поэтому в зависимости от этого направлени  поправка д вводитс  авто1матически с нужным знаком. Таким образом определ етс  значение о , представл ющее собой момент нахождени  объекта над центром приемной антенны 1, независимо от угла наклона оси передающей рамочной антенны. Значение отображаетс  на блоке 7 индикации. Часть блока 5 измерени , осуществл юща  разделение сигналов от основной I и до толнительной 2 приемных антенн и вычисление характеристики асимметрии сигнала t - t , может быть выполнена в соответствии с функциональной схемой, представленной на фиг. 3. Блок измерени  содержит электронные схемы, кажда  из которых имеет (фиг. 3) компаратор А1, дифференциатор А2, нулькомпаратор A3, тактовый генератор G1, схему И D2, триггер D1, реверсивный счетчик D3 и регистр D4. Приведенна  схема представл ет собой миллисекундомер , выполненный на реверсивном двоичном счетчике D3, подсчитывающем импульсы тактового генератора G1 следующие с периодом 1 мс, и содержащий цепи управлени  от сигналов приемного устройства 3 и порогового элемента 6 (фиг. 1). Счетчик D3 через выходной буферный регистр Р4 св зан с микро-ЭВМ, котора  вычисл ет поправку д€ в соответствии с приводимым алгоритмом. Схема работает следующим образом. От приемного устройства на схему поступают сигналы основной 1 и дополнительной 2 приемных антенн, разделенные во времени. Эти сигналы подаютс  на ком паратор А1 и дифференциатор А2. (фор .ма сигналов иллюстрируетс  на фиг. 4а). Компаратор А1 вырабатывает сигнал (фиг. 4г) при достижении этими сигналами порогового уровн  Ufi, устанавливаемого в прогово.м элементе 6. Сигнал с выхода компаратора А1 поступает на счетный вход С триггера D1 и на схему И D2. При включении устройства триггер D1 всегда устаналиваетс  в исходное состо ние сигналом «Установка в «О. При поступлении с приемного устройства первого из сигналов (это всегда сигнал дополнительной приемной антенны) триггер D1 вырабатывает сигнал «Сброс на реверсивный счетчик- D3. Этим сигналом обнул етс  показание счетчика (результат предыдущего измерени  или случайное число возцикщее при включении питани ). При наличии сигнала «Сброс сигналы на остальных входах счетчика не мен ют его состо ни . При поступлении с приемного устройства 3 второго сигнала (от основной приемной антенны) компаратор А1 вырабатывает сигнал, мен ющий состо ние триггера D1, при этом сигнал «Сброс с реверсивного счетчика D3 снимаетс . Одновременно компаратор А1 подает сигнал на схему «И D2, и через нее на счетчик D3 поступают тактовые импульсы от тактового генератора G1. Сигнал приемного устройства 3 подаетс  одновременно на дифференциатор А2, вырабатывающий сигнал, показанный на фиг. 46. Этот сигнал поступает на нулькомпаратор A3, вырабатывающий сигнал реверса дл  реверсивного счетчика D3 (фиг. 40). Пока сигнал на выходе нулькомпаратора A3 больще нул , счетчик D3 работает как суммирующий, если сигнал на выходе A3 меньше нул , счетчик D3 начинает работать на вычитание. Как следует из приведенных на фиг. 4 временных диаграмм, направление счета счетчика D3 мен етс  в момент, когда сигнал на выходе приемного устройства 3 достигает максимума (его производна  на выходе дифференциатора .А2 мен ет знак Таким образо.м, к мо.менту окончани  сигнала на выходе компаратора А1 (фиг. 4г) в счетчике D3 оказываетс  подсчитанным числом , определ ющее асимметрию сигнала основной приемной антенны. По окончании сигнала с компаратора А1 схема ИО2 закрываетс , а поступление тактовых импульсов на счетчик прекращаетс . Число, накопленное в счетчике D3, через буферный регистр D4 поступает на вход микро-ЭВМ. При дальнейшем перемещении спортсмена , когда он проходит над проводами следующих дополнительной 2 и основной 1 приемной антенн, схема работает аналогично . По сигналу дополнительной антенны триггера D1 запрепдает счет в счетчик D3. По сигналу основной антенны запрет счета снимаетс  и реверсивный счетчик подсчитывает характеристику асимметрии сигнала При этом к началу счета пороговый элемент 6 по результатам измерени  амплитуды сигнала дополнительной приемной антенны вырабатывает пороговый уровень Un. Расчетные и экспериментальные данные, полученные при анализе предлагаемого устройства, показывают, что ощибка фиксации положени  составл ет величину пор дка 3-5 см независимо от ориентации оси передающей антенны. В известном устройстве точность фиксации значительно ниже из-за наличи  неконтролируемого смещени  результата измерени  при неизвестной ориентации оси передающей антенны . Как отмечалось, при незначительном отклонении оси передающей антенны от расчетного значени  (2Г 10°) и при высоте подвеса передающей антенны м неконтролируемое с.мещение составит 0,14 м, что представл ет собой значительную ошибку фиксации положени  спортсмена.

и it)

Фиг. 2 Таким образом, предлагаемое устройство позвол ет существенно повысить точность фиксации положени  спортсмена.

От BJJ.S

ti

u

Л

п

Уст,,, О

д

/

Фиг.з

 ; :.n

)

Фиг.

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ФИКСАЦИИ

ПОЛОЖЕНИЯ СПОРТСМЕНА, содержащее петлевые приемные антенны, связанные через приемные устройства, и блок измерения с блоком индикации и передатчик со средством крепления на спортсмене, отличающееся тем, что, с целью повышения точности фиксации, оно имеет пороговые элементы и блоки оценки амплитуды, выходы которых подключены к дополнительным входам блоков измерения, а входы через пороговые элементы — к выходам приемных устройств, а петле вые приемные антенны выполнены в виде двух последовательно соединенных и разнесенных в плоскости петель.

2. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что блок измерения содержит электронные схемы, каждая из которых имеет компаратор, дифференциатор, нуль-компаратор, тактовый генератор, схему И. триггер, реверсивный счетчик и регистр, входы которого соединены с разрядными входами реверсивного счетчика, вход R которого соединен с выходом триггера, вход счета на сложение соединен с выходом схемы И, один из входов которой соединен с входом триггера и выходом компаратора, другой ее- вход подключен к выходу тактового генератора, а вход счета на вычитание реверсивного счетчика через нуль-компаратор соединен с выходом дифференциатора, вход которого соединен с одним из входов компаратора, причем первые входы компараторов электронных схем являются основными входами блоков измерения, а вторые их входы подключены к блокам оценки амплитуды.

фиг-1