專利名稱：鉛球訓練中鉛球運動參數測量系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鉛球訓練中鉛球運動參數測量系統，通過測量投擲出鉛球的速度和角度等運動參數為鉛球的投擲訓練提供指導。
背景技術：
2008年北京舉辦的奧運會上，中國體育健兒奮力拼搏獲得很好的成績，極大的增強了民族自信心。科學的訓練方法和訓練儀器是取得優異成績的保證。鉛球投擲訓練中，鉛球運動員成績的標志為鉛球的飛行距離，該距離取決于鉛球出手時的速度、角度、風力阻尼等因素。為提高鉛球運動員成績，鉛球運動員在每次訓練中必須確切知道這些參數，并不斷優化自身的投擲方法，才可能獲得好的成績。對于投擲出鉛球的速度測量，理論方法很多， 如網球比賽中采用多普勒測速儀，馬路上使用的感應測速儀等。但多普勒測速儀僅能給出速度，不能同時獲得鉛球投擲的出射角度；感應測速儀也不能給出角度，而且是接觸式的， 無法用于鉛球的多參數測試。
菲涅爾透鏡是由法國物理學家奧古斯汀·菲涅爾發明的，多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片，也有玻璃制作的，鏡片表面一面為光面，另一面刻錄了由小到大的同心圓，它能將焦點上的光源擴展成為平行光。菲涅爾透鏡最初應用于燈塔，具有焦距短、材料用量更少、重量與體積更小的特點，與早期的透鏡相比，菲涅耳透鏡更薄，可傳遞更多的光。
為了幫助鉛球運動員科學訓練、快速提高成績，本系統采用半導體激光器、菲涅爾透鏡和光敏二極管陣列實現投擲出鉛球的運動參數測量，不僅可以準確地測量飛行鉛球的速度，而且可以同時獲得投擲出鉛球的角度，教練可根據實時獲得的鉛球地運動參數對運動員的投擲動作給出訓練指導。該系統具有結構簡單，成本低廉等特點，非常適用于鉛球投擲訓練。發明內容
本發明是為了幫助鉛球運動員科學訓練、快速提高成績而提出的鉛球訓練中鉛球運動參數測量系統。
本發明所述鉛球訓練中鉛球運動參數測量系統，主要由光源部分、傳感器陣列、支撐結構、顯示模塊、無線發射模塊及計算機組成。兩組光源部分與傳感器陣列成對安裝在兩個支撐結構上，讓投擲出的鉛球先后穿過前、后端光源部分發出的平行光幕，通過其相對應的傳感器陣列獲取鉛球的運動信息，顯示模塊和無線發射模塊安裝在支撐結構上傳感器陣列的背面，顯示模塊將傳感器陣列測量得到的數據進行計算，獲得投擲出鉛球的速度、角度和投擲距離并顯示出來，計算獲得的鉛球運動的速度、角度和投擲距離同時通過無線發射模塊傳輸到教練辦公室的計算機，以存儲訓練過程數據，以便后續的分析和訓練指導。
光源部分由半導體激光器和菲涅爾透鏡組成，傳感器陣列由光敏二極管構成，光源部分與傳感器陣列共有兩組，每組包含一個光源部分和一個傳感器陣列，兩組光源部分及其對應的傳感器陣列分別安裝在兩個支撐結構的前端和后端，兩個支撐結構布設在運動員前方的左右兩側。半導體激光器出射的光經過菲涅爾透鏡整形為平行光投射到對面的傳感器陣列上，當運動投擲出的鉛球通過平行光幕時，阻擋了投射到傳感器陣列上的光，不同的位置對應的傳感器陣列的輸出信號不同，據此信息可以獲得鉛球經過前端、后端平行光幕的位置，同時記錄鉛球經過前端和后端光幕時的時間。
顯示模塊由運算電路和液晶顯示屏組成，運算電路將傳感器陣列采集到的鉛球運動信息進行處理計算，得到投擲出鉛球飛行的速度、角度和預估投擲距離，并將這些結果顯示在液晶顯示屏上。
無線發射模塊將上述計算所得鉛球的運動參數發送到辦公室的計算機進行存儲， 用于以后的數據查詢及訓練分析和指導。
圖1是本發明給出的鉛球運動參數測量方案示意2是本發明中鉛球穿過平行光幕的示意3是本發明中鉛球角度計算原理4是本發明中鉛球運行軌跡圖。
具體實施方式
以下結合附圖及本發明人按上述技術方案完成的實施例對本發明作進一步詳細說明。
參見圖1，本發明的方法是將兩組光源部分與傳感器陣列成對安裝在兩個支撐結構上，讓投擲出的鉛球先后穿過前、后端光源部分發出的平行光幕，通過其相對應的傳感器陣列獲取鉛球的運動信息，通過顯示模塊將傳感器陣列測量得到的數據進行計算，獲得投擲出鉛球的速度、角度和投擲距離并顯示出來，同時將計算獲得的鉛球運動的速度和角度通過無線發射模塊傳輸到教練辦公室的計算機，以存儲訓練過程數據。
1. 角度計算參見圖1-圖3。光源部分1由半導體激光器9和菲涅爾透鏡10組成，傳感器陣列4 由光敏二極管構成，光源部分1與傳感器陣列4成對地安裝在兩個支撐結構5的前端和后端，半導體激光器9出射的光經過菲涅爾透鏡10整形為平行光，形成前端平行光幕2和后端平行光幕3，前端和后端的平行光分別投射到前端和后端的傳感器陣列4上。兩個支撐結構5布設在運動員前方的左右兩側，支撐結構5的高度可以根據運動員的身高進行上下調節，以確保運動員投擲的鉛球6剛好能穿過前端光幕2和后端光幕3。圖2中，下面的鉛球6為進入前端光幕2的位置，上面的鉛球6為穿過后端光幕3的位置。前端光幕2與后端光幕3的間距為L=300mm，鉛球分別經過兩個平行光幕的位置時，阻擋了投射到傳感器陣列4上的光，不同位置對應的光敏二極管陣列的輸出信號不同，傳感器陣列4會記錄鉛球在各自豎直方向上的位置，并將輸出信號傳輸給運算電路，運算電路實現角度、速度和投擲距離的計算。首先，將鉛球6入射前端光幕2的位置與出射后端光幕3的位置相減，可以得出鉛球飛過兩個平行光幕的高度變化值//，則鉛球飛行的角度為θ = arcig(H L)(1)2. 速度計算如圖2所示，鉛球6在前端平行光幕2和后端平行光幕3間經過的位移可以用Z/cos5 近似表達。如果鉛球6經過兩平行光幕的時間差為ΔΤ，則鉛球運動的平均速度為
權利要求
1.一種鉛球訓練中鉛球運動參數測量系統，其特征在于，該系統由光源部分、傳感器陣列、支撐結構、顯示模塊、無線發射模塊及計算機組成，兩組光源部分與傳感器陣列成對安裝在兩個支撐結構上，投擲出的鉛球先后穿過前端和后端光源部分發出的平行光幕，通過其相對應的傳感器陣列獲取鉛球的運動信息，顯示模塊將傳感器陣列測量得到的數據進行計算，獲得投擲出鉛球的速度、角度和投擲距離等運動參數并顯示出來，同時將計算獲得的鉛球運動參數通過無線發射模塊傳輸到遠端計算機，以存儲鉛球的運動參數作為后續的分析和訓練指導。
2.根據權利要求1所述的鉛球訓練中鉛球運動參數測量系統，其特征在于，光源部分由半導體激光器和菲聶爾透鏡組成，傳感器陣列由光敏二極管構成，光源部分與傳感器陣列共有兩組，每組包含一個光源部分和一個傳感器陣列，兩組光源部分及其對應的傳感器陣列分別安裝在兩個支撐結構的前端和后端，兩個支撐結構布設在運動員前方的左右兩側。
3.根據權利要求1所述的鉛球訓練中鉛球運動參數測量系統，其特征在于，顯示模塊由運算電路和液晶顯示屏組成，運算電路將傳感器陣列采集到的鉛球運動信息進行處理計算，得到投擲出鉛球飛行的速度、角度和預估投擲距離，并將這些結果顯示在液晶顯示屏上。
4.根據權利要求1所述的鉛球訓練中鉛球運動參數測量系統，其特征在于，由運算電路計算獲得的鉛球運動的速度、角度和投擲距離通過無線發射模塊傳輸到遠端計算機，以存儲鉛球運動參數。
全文摘要
本發明公開了一種鉛球訓練中鉛球運動參數測量系統。該系統由光源部分、傳感器陣列、支撐結構、顯示模塊、無線發射模塊及計算機組成。兩組光源部分與傳感器陣列成對安裝在兩個支撐結構上，讓投擲出的鉛球先后穿過前、后端光源部分發出的平行光幕，通過其相對應的傳感器陣列獲取鉛球的運動信息；顯示模塊和無線發射模塊安裝在支撐結構上傳感器陣列的背面，顯示模塊將傳感器陣列測量得到的數據進行計算，獲得投擲出鉛球的速度、角度和投擲距離并顯示出來，同時將計算獲得的鉛球運動的速度和角度通過無線發射模塊傳輸到遠程計算機，以存儲訓練過程數據，以便后續的分析和訓練指導。
文檔編號A63B69/00GK102527010SQ20121002782
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月9日 優先權日2012年2月9日
發明者孫澤坤 申請人:孫澤坤