亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：一种用于铅球三维测力仪的测试方法
技术领域：
本发明涉及传感器应用领域，特别涉及一种具有标准男子铅球的外形尺寸和重量，能够实时测试铅球运动员投掷过程中发力状态的电阻应变式三维测力仪的方法。
背景技术：
目前，随着体育运动竞技水平的不断提高，体育科研与科学训练的重要性日益突出。对于田径运动的铅球投掷项目来说，准确获得投掷过程中运动员的运动学数据和动力学数据，研究运动员发力状态与运动成绩的关系，具有重要意义。各级教练员和体育科研人员借助具体的数据分析不但可以直接用于指导教学，及时纠正错误技术动作，而且还可以对高水平运动员进行技术分析诊断，尽快提高运动成绩，提高训练的技术含量，摆脱以往完全经验主义的做法。
与现今国际上十分发达先进的体育运动学影像采集仪器相比，相应的动力学数据采集仪器显得落后和不足。若要采集铅球运动员投掷过程中的动力学数据，目前还没有理想的专用仪器设备，严重制约了体育科研工作的开展。

发明内容
为了解决针对铅球投掷项目的动力学数据采集手段和设备的匮乏问题，本发明目的是提供一种用于铅球三维测力仪的测试方法，将铅球制成和标准铅球一样的大小和重量，运动员用这种球形传感器的铅球三维力测力仪替代普通铅球进行投掷训练和测试，能够方便准确地采集到运动员投掷过程中人手对铅球的作用力，即能够实时检测运动员投掷过程中发力状态。
实现本发明目的所采用的技术方案是一种用于铅球三维测力仪的测试方法，该测试方法包括(a).将三组金属应变片按一定的方向粘贴安装在弹性体E型平膜片的表面，构成三组自动解耦的惠斯通全桥；(b).将有三组惠斯通全桥的弹性体E型平膜片与上壳、下壳的连接安装成铅球三维测力仪；(c).运动员对铅球三维测力仪发力，上下壳加速度差使弹性体E型平膜片变形、三组金属应变片变形；(d).三组金属应变片变形中，x、y、z方向阻值变化使惠斯通全桥x、y、z方向桥压发生变化；(e).经测量电路将x、y、z方向电压放大、滤波、A/D转换并由单片机处理、存储在RAM中，随时备上位机通过USB接口进行动力学分析。
所述的弹性体E型平膜片，是一个有柱型硬中心的平膜片。
所述的铅球三维测力仪安装是在全钢上下壳内，将弹性体E型平膜片、上重力补偿块、电路板、下重力补偿块和电池夹，组成一个与标准铅球一样外形尺寸和重量的三维力传感器；其中上壳与弹性体E型平膜片柱型硬中心的头部通过螺纹旋合连接，弹性体E型平膜片嵌入下壳圆腔，上重力补偿块、电路板、下重力补偿块三者依次叠加在上壳和弹性体E型平膜片的中间，E型平膜片的柱型硬中心从三者圆孔穿过，电池夹位于弹性体E型平膜片的下方，通过螺钉连接并固定在下壳的台阶面上；传感器的上壳与下壳由弹性体E型平膜片通过螺纹和紧固螺钉连接成一个外径130mm的钢球，上壳与下壳之间留出1mm的空隙，并嵌入一个O型密封圈来防尘和避免测试过程中上壳与下壳的接触。
本发明的有益效果是该发明方法可以保证运动员在接近真实训练比赛环境下进行测试，动力学数据采集方便可靠。


图1是金属应变片在弹性体E型平膜片上的安装分布图。
图2是用于铅球三维测力仪测试的方法步骤图。
图1是金属应变片在弹性体E型平膜片上的安装分布图。在图1中，三组金属应变片按图示的方向粘贴安装在弹性体E型平膜片表面，检测x方向应变的应变片组沿x轴粘贴安装，检测y方向应变的应变片组沿y轴粘贴安装，检测z方向应变的应变片组沿x轴和y轴的角平分线粘贴安装。
图2是用于铅球三维测力仪测试的方法步骤图。当进行测试时，运动员手握铅球三维测力仪的下壳，发力按正常动作进行预摆、滑步和推球出手，在这个过程中，运动员手指对铅球的作用力不断增大，形成一个变加速过程。这时，通过螺纹连接在弹性体E型平膜片圆中心的上壳相当于一个质量块，它相对于下壳产生一个加速度的变化，上下壳体加速度差以外力的形式通过硬中心传递到弹性体的E型平膜片上，使弹性体E型平膜片变形、应变片变形。产生应变同时引起X、Y、Z方向应变片阻值变化，X、Y、Z方向惠斯通全桥桥压变化，再经测量电路使X、Y、Z方向电压放大、滤波和A/D转换等，最后由单片机处理并以一定的格式存储在RAM中，随时备上位机通过USB接口调用进行动力学分析。
具体实施例方式
铅球三维测力仪安装是在全钢上下壳内，将弹性体E型平膜片、上重力补偿块、电路板、下重力补偿块和电池夹，安装组成一个与标准铅球一样外形尺寸和重量的三维力传感器。
上壳与弹性体E型平膜片柱型硬中心的头部通过螺纹旋合连接，下壳有一个与弹性体底座配合的圆腔，弹性体E型平膜片嵌入其中定位并用6个M5×10的十字槽盘头螺钉紧固。
弹性体E型平膜片是一个有柱型硬中心的平膜片，三组金属应变片按一定的方向粘贴安装在弹性体E型平膜片的表面。检测x方向应变的应变片组沿x轴粘贴安装，检测y方向应变的应变片组沿y轴粘贴安装，检测z方向应变的应变片组沿x轴和y轴的角平分线粘贴安装。构成三组自动解耦的惠斯通全桥，可分别检测弹性体E型平膜片上x、y、z三个方向的应变。
上重力补偿块、电路板、下重力补偿块三者依次叠加在上壳和弹性体E型平膜片的中间，电路板、上重力补偿块和下重力补偿块三者都通过下壳的圆腔定位并用6个M3×10的十字槽盘头螺钉紧固连接，而且三者中心都有圆孔，E型膜片弹性体柱型硬中心从圆孔穿过。
电池夹位于弹性体E型平膜片下方，通过两个M3×5的十字槽盘头螺钉连接并紧固在下壳的台阶面上。
传感器的上壳与下壳由弹性体E型平膜片通过螺纹和紧固螺钉连接成一个外径130mm的钢球，上壳与下壳之间留出1mm的空隙，并嵌入一个O型密封圈来防尘和避免测试过程中与下壳的接触。
测试时，运动员手握数字铅球的下壳，按正常动作进行预摆、滑步和推球出手，在这个过程中，运动员手指对铅球的作用力不断增大，形成一个变加速过程。这时通过螺纹连接的弹性体E型平膜片圆中心上壳相当于一个质量块，它相对于下壳产生一个加速度的变化，这个变化以外力的形式通过柱型硬中心传递到弹性体E型平膜片上，产生应变同时引起三个桥路输出电压的变化，再经测量电路的放大、滤波和A/D转换等，最后由单片机系统处理并以一定的格式存储在RAM中，随时备上位机通过USB接口调用进行动力学分析。
权利要求
1.一种用于铅球三维测力仪的测试方法，其特征在于该测试方法包括(a).将三组金属应变片按一定的方向粘贴安装在弹性体E型平膜片的表面，构成三组自动解耦的惠斯通全桥；(b).将有三组惠斯通全桥的弹性体E型平膜片与上壳、下壳的连接安装成铅球三维测力仪；(c).运动员对铅球三维测力仪发力，上下壳加速度差使弹性体E型平膜片变形、三组金属应变片变形；(d).三组金属应变片变形中，x、y、z方向阻值变化使惠斯通全桥x、y、z方向桥压发生变化；(e).经测量电路将x、y、z方向电压放大、滤波、A/D转换并由单片机处理、存储在RAM中，随时备上位机通过USB接口进行动力学分析。
2.根据权利要求1所述的一种用于铅球三维测力仪的测试方法，其中所述的弹性体E型平膜片，是一个有柱型硬中心的平膜片。
3.根据权利要求1所述的一种用于铅球三维测力仪的测试方法，其中所述的铅球三维测力仪安装是在全钢上下壳内，将弹性体E型平膜片、上重力补偿块、电路板、下重力补偿块和电池夹，组成一个与标准铅球一样外形尺寸和重量的三维力传感器；其中上壳与弹性体E型平膜片柱型硬中心的头部通过螺纹旋合连接，弹性体E型平膜片嵌入下壳圆腔，上重力补偿块、电路板、下重力补偿块三者依次叠加在上壳和弹性体E型平膜片的中间，E型平膜片的柱型硬中心从三者圆孔穿过，电池夹位于弹性体E型平膜片的下方，通过螺钉连接并固定在下壳的台阶面上；传感器的上壳与下壳由弹性体E型平膜片通过螺纹和紧固螺钉连接成一个外径130mm的钢球，上壳与下壳之间留出1mm的空隙，并嵌入一个O型密封圈来防尘和避免测试过程中上壳与下壳的接触。
全文摘要
一种能够实时测试铅球运动员投掷过程中三维测力仪发力状态的方法。在全钢上下壳内，安装弹性体E型平膜片、上重力补偿块、电路板、下重力补偿块和电池夹，组成一个具有与标准铅球一样外形尺寸和重量的三维测力传感器。测试时，通过运动员对铅球三维测力仪发力，上下壳加速度差使弹性体E型平膜片变形、三组金属应变片变形，x、y、z方向阻值变化使惠斯通全桥x、y、z方向桥压发生变化，经测量电路将x、y、z方向电压放大、滤波、A/D转换并由单片机处理、存储在RAM中，上位机通过USB接口进行动力学分析。该方法可以保证运动员在接近真实训练比赛环境下进行测试，动力学数据采集方便可靠。
文档编号G01L1/20GK1445517SQ0311336
公开日2003年10月1日 申请日期2003年4月28日 优先权日2003年4月28日
发明者宋光明, 刘建国, 唐毅, 宋全军, 袁红艳, 葛运建 申请人:中国科学院合肥智能机械研究所