Радіотелеметрічеcкая і тензометрична апаратура в наукових дослідженнях і спортивній практиці.
Серед приладів, вживаних в даний час для дослідження техніки
спортивних рухів, реакції організму спортсменів на певне навантаження, добре зарекомендували себе тензометричні і радиотелеметрические пристрої ... В рамках цього огляду ми розповімо Вам про них, а також про інші цікаві розробки ВІСТІ і наших зарубіжних дослідників ...Науково-дослідний інститут ВІСТІ.
Звичайно ж, плануючи цю статтю, ми не могли не розповісти Вам про цю організацію, бо її внесок в нашу вітчизняну, спортивну науку просто величезний. ФГУП «Науково-дослідний інститут спортивно технічних виробів» ВІСТІ фактично є першим і єдиним в Росії вузьконаправленим державним науковим центром, мають акредитацію Міністерства освіти і науки РФ по розробці спортивного обладнання, техніки та інвентарю, а також судово-інформаційних пристроїв і спеціалізованих спортивних приладів. З моменту появи цієї структури в нашій країні, а це сталося більше 65 років тому, спорт і наука - тепер єдині і нерозлучні. Це науково-дослідна установа по суті є флагманом не лише вітчизняної, а й світової спортивної індустрії. Левова частка інновацій, описаних в цьому розділі, належить авторам і розробникам цього інституту ...
Електротензометрія.
Великий досвід, накопичений вченими щодо застосування електротензометріі в техніці, використовується дослідниками в галузі спорту для вивчення динаміки і структури спортивних рухів, величини розвиваються зусиль в статичних положеннях і в русі. Крім того, за допомогою електротензометрічеських методів вивчається величина і особливості розподілу зусиль, яких докладають в точках опори на гімнастичних снарядах, на борцівському килимі, в момент виконання кидків шайби хокеїстами. Електричні тензометри в залежності від роду чутливого елемента, що сприймає і перетворює вимірювану деформацію, підрозділяються на:
- тензометри активного опору,
- тензометри п`єзоелектричні,
- індуктивні,
- ємнісні,
- фотоелектричні,
- та інші.
У спортивних дослідженнях найбільше застосування знайшли тензорезистори, у яких змінюється електричний опір чутливого елемента під дією вимірюваної деформації. Тензорезистори зарекомендували себе як точні і надійні датчики. Наклеївши їх на тверду основу, можна протягом року провести багаторазові зміни.
Вимірювання також здійснюються за допомогою тензодатчиков, зібраних по бруківці або по полумостовой схемою. Електричний сигнал при цьому посилюється і подається на вхід приймає реєструючого приладу - світлопроменевих осцилографа, мілівольтметра або миллиамперметра, електронного осцилографа.
особливістю електротензоізмереній в спорті є те, що в залежності від завдань дослідження необхідно вибрати основу, на яку наклеюються датчики. Основою можуть бути металеві пластини, стрижні, балки, кільця.
Методи і засоби електротензометріі з кожним роком удосконалюються і дозволяють вивчати найскладніші і недоступні звичайному візуальному спостереженню елементи спортивної техніки і динаміки м`язових скорочень. Поєднання вимірювального ланцюга з пристроями обчислювальної техніки та введення даних на комп`ютер забезпечують високу якість досліджень і управління навчально-тренувальним процесом спортсменів.
В даний час немає спеціальних посібників із застосування електротензометріі в спортивних дослідженнях. У цьому плані велику користь може принести книга В. А. Шушкевича. У ній докладно освячуються основи теорії і практики електротензометріі, вагоме місце відводиться техніці роботи з тензорезисторами, даються практичні рецепти по догляду за тензоаппаратурой.
У спортивній літературі наводяться схеми і методи застосування електротензометріі в різних видах спорту. Електротензометрія широко використовується в наукових дослідженнях в області спорту, проте в практиці роботи тренерів він ще не знайшов належного застосування. Цей метод найбільшого поширення набув при вимірюванні зусиль, що розвиваються спортсменом в момент виконання спортивних вправ. У воднолижного спорту для реєстрації сумарних динамічних характеристик рухів спортсмена розроблено тензометричне пристрій з використанням промислової апаратури. Пристрій складається з наступних елементів: силовимірювача, пружного сталевого кільця з наклеєними на нього тензорезисторами. Запис від силовимірювальний елемента через підсилювач проводиться на комп`ютерному самописці. Силовимірювача кріпиться шарнірно одним кінцем до штанги, а другим - до буксирувальний фалу і орієнтований на горизонтальні деформації. Такий пристрій дозволяє отримати об`єктивні характеристики динамічних зусиль (в діапазоні від 0 до 300 кг) воднолижників - стрибунів з трампліна, слалому і фігуристів.
Спортивна тензометрична апаратура.
У ВІСТІ розроблена двокомпонентна тензометрична платформа із застосуванням напівпровідникових тензорезисторів, що дозволяє отримувати напругу вихідного сигналу 1 В. В цьому випадку запис дінамограмми можна виробляти без підсилювачів постійного струму. Платформа являє собою розбірну конструкцію, що складається з внутрішньої і зовнішньої рам, між якими закріплені чотири тензодатчика. Вертикальну складову вимірюють напівпровідникові тензорезистори, наклеєні на горизонтальні площини, а горизонтальну - датчики, наклеєні на вертикальні площини.
Тензодінамометріческая установка реєстрації зусиль складається з тензостенда, що вимірює зусилля по трьох координатах в просторі, пульта управління, світлопроменевих осцилографа, джерела постійного струму (6 ... 9 В). Установка зібрана на фольгових тензодатчиках з підвищеним коефіцієнтом чутливості, що дозволило отримати струм у вимірювальній діагоналі моста до 50 ... 200 мкА (зазвичай отримують струм до 15 мкА). Значення струму вище 50 мкА досить для розкачки шлейфу (гальванометра) світлопроменевих осцилографа.
Радіотелеметрія в спорті застосовується для вивчення діяльності серцево-судинної системи, органів дихання, біострумів мозку, скелетних м`язів. В останні роки цей метод піобрёл широке поширення в дослідженні техніки спортивних рухів, ритмовий структури в циклічних і ациклічних локомоціях.
Для запису радіотелеметричних даних застосовують різного класу осцилографи з фотопріспособленіямі, а також магнітопісци і стрілочні самописці. Для отримання термінової інформації в процесі проведення радіотелеізмереній використовують прилади, що дають можливість візуально стежити за характером зміни досліджуваних величин. Записані результати вимірювань дешифрируются і обробляються. Результати проведеної обробки оформляються у вигляді таблиць і графіків, що характеризують залежності вимірюваних величин від часу.
Значне місце в наукових дослідженнях, а в останні роки і безпосередньо в навчально-тренувальному процесі займає метод радіотелеметричної реєстрації фізіологічних показників і характеристик спортивної техніки.
У тренувальному процесі широко використовуються радіокардіолідери. Застосування новітніх електронних елементів дозволяє виконати такі прилади в мініатюрному вигляді, що відповідає специфічним вимогам спортивних досліджень та тренувань (невеликі вага і розміри, автономність електроживлення). У Петербурзькому Університеті нашими розробниками сконструйований мініатюрний автокардіолідер з дистанційним контролем. Прилад дозволяє програмувати ЧСС в межах 130 ... 180 уд / хв і телеметричної контролювати фізичне навантаження на цій частоті.
Автокардіолідер відрізняється високою електричної і механічної надійністю, помехоустойчивостью і термостабильностью. У схемі приладу використані інтегральні і гибридно-плівкові елементи, що дозволило створити пристрій з мінімальними розмірами. Автокардіолідер застосовується для оптимізації тренувального процесу спортсменів у легкій атлетиці, велоспорті, плаванні та т. Д.
На даний момент в ході проведених наукових досліджень набули поширення системи, що реєструють одночасно різні функції організму і опорно-рухового апарату. В інституті біологічного приладобудування Росії розроблена чотирьохканальна радіотелеметрична система для медико-біологічних досліджень спортсменів. Апаратура призначена для передачі електрокардіограм, електроміограму, частоти дихання, а при використанні узгоджувальних пристроїв для передачі сфігмограми і пульсограмми. Практично прилади систем, укріплені на тілі спортсмена, дозволяють передавати чотири будь-яких сигналу у всіх доступних частотних діапазонах (Wi-Fi, Bluetoth та інші).
Для реєстрації основних параметрів зовнішнього дихання і ЕКГ в лабораторії ергономіки Свердловського інституту народного господарства розроблена двухканальная радіотелеметрична система. Як датчик використовувався мініатюрний крильчасті анемометр. Лічильник являє собою електромагнітний перетворювач з постійним підмагнічуванням. У пристрої використовується комбінована модуляція несучої. Сигнал ЕКГ передається за системою подвійного частотної модуляції, а інформація дихального комплексу накладається на поднесущую, модулюючи її по амплітуді. У блоці «дихання» реєструються хвилинний обсяг і частота дихання, в блоці «пульс» - ЧСС і сумарне значення пульсу.
Можливість дослідження і управління тренувальним процесом в природних умовах за допомогою радіотелеметричної апаратури істотно доповнює комплексні дослідження працездатності спортсменів в лабораторних умовах. Так, радиотелеметрические дослідження, проведені на велосипедистів в умовах гонок, показали, що під час гонки ЧСС коливається від 140 до 220 уд / хв при частоті педалювання 60 ... 120 об / хв. Під час зниження частоти педалювання до 50 ... 80 об / хв незалежно від профілю траси (рівнина, спуск, підйом) і співвідношення передачі ЧСС падає до 150 ... 160 уд / хв. Встановлено, що для висококваліфікованих гонщиків оптимальний темп педалювання велосипедистів знаходиться в межах 90 ... 120 об / хв при різних співвідношеннях передач.
За допомогою радіотелеметричних приладів досліджувався вплив вправ на тренажерах на організм бігунів-спринтерів. Розроблено класифікацію цих вправ на основі вивчення діяльності серцево-судинної системи по пульсовим характеристикам. Виявлено, що виконання регламентованих за структурою вправ локального характеру високої інтенсивності на тренажерних пристроях не викликає значних зрушень в діяльності серцево-судинної системи. На підставі вищевказаних досліджень сформовані комплекси вправ на тренажерних пристроях.
У бігу важливими характеристиками є співвідношення опорних і польотних фаз. З ростом кваліфікації час опори зменшується до 0,08 ... 0,1 с, що красномовно говорить про високий рівень швидкісно-силових якостей атлета. Вивчення ритмовий структури бігу на основі співвідношення опорно-польотних фаз можливо також за допомогою радіотелеметрії. Особливий інтерес представляє реєстрація опорно-польотних фаз в бігу з одночасним записом опорних реакцій. Такий метод, зокрема, застосовує в дослідженнях В. К Бальсевіч. В основу методу покладено застосування тензометричної системи і телеелектрокардіографа. В цьому випадку передавальний пристрій являє собою односторонню лінію зв`язку. Виникаючі в результаті разбаланса моста електричні імпульси, що відображають величину, характер і тривалість опорних реакцій в бігу, подаються на вхід модулятора частоти імпульсного генератора передавального пристрою. Потім сигнали з передавача надходять на приймач, посилюються і реєструються на осцилографі. Така радіотелеметрична система дозволяє оцінити:
- характер, величину і тривалість вертикальної складової зусиль в відштовхуванні;
- час польотних і опорних інтервалів;
- темп, швидкість бігу;
- ритм локомоторних рухів.
Для реєстрації опорно-польотних фаз в бігу можна використовувати апаратуру, створену на основі серійно випускається системи «Спорт-4» з підключенням цифрових вимірювачів часових інтервалів з подальшою обробкою даних на швидкодіючому цифровому пристрої.
Слід сказати, що в останні роки питання розробки і застосування технічних засобів в спорті все більше цікавлять фахівців і працівників, задіяних у сфері фізичного виховання і спорту. При цьому в той же час значна частина пристроїв поки ще створена в єдиних екземплярах, що, безсумнівно, ускладнює їх широке впровадження в спортивну практику. Крім того, відомості про створені технічні засоби і методи їх застосування не систематизовані і часто недоступні для практичних працівників. Все це в значній мірі гальмує якісне поліпшення та вдосконалення навчально-тренувального процесу і фізичного виховання.
У цьому циклі статей авторами сайту «фітнес та бодібілдинг по-російськи»Ставиться завдання заповнити і компенсувати в якійсь мірі цей прикрий пробіл. У наших статтях наводяться конструкції тренажерів, приладів і тренувальних пристроїв, які можуть використовуватися не тільки в фітнесі і бодібілдингу, але і інших різноманітних спортивних дисциплінах, причому як в підготовці кваліфікованих спортсменів, так і широким колом любителів фізичної культури і спорту.
