專利名稱:測量物體運動速度的裝置的制作方法
本發(fā)明涉及測量物體運動速度的裝置，具體涉及測量運動物體，例如測量在起始點和落地點之間預定距離上運動的網(wǎng)球的速度的裝置。
運動物體的運動速度測量裝置在技術上是為人所知的，例如對運動物體發(fā)射預定頻率的電磁波(例如激光束)或超聲波，測量從運動物體反射的反射波頻率，以利用多普勒效應測定物體運動的速度。
這種現(xiàn)有技術的運動速度測量裝置可以精確地測量運動物體的瞬時速度。但是它的缺點在于，因為必須對運動物體發(fā)射預定頻率的電磁波或超聲波，就需要另一個人操作發(fā)射裝置。例如在網(wǎng)球發(fā)球訓練中，為了使發(fā)球者自己知道他發(fā)球的球速，就必須請另一個人幫助。所以這是不方便的，而且使這種運動速度測量裝置本身體積變大，價格昂貴。
鑒于現(xiàn)有技術所存在的問題做出了本發(fā)明，其目的是提供一種不需要其他人的幫助就能容易地測量物體運動的平均速度的測量裝置，該物體分別在運動的起始時間和落地時間發(fā)射振動波(例如聲波)。
為了實現(xiàn)這個目的，在測量物體運動速度的運動速度測量裝置中(該物體在運動起始時間和通過一段預定距離之后的運動終結時間分別發(fā)射振動波，例如聲波)，本發(fā)明的特征在于用于檢測物體在運動起始時間所發(fā)振動波的運動起始檢測裝置;用于檢測物體在運動終結時所發(fā)振動波的運動終結檢測裝置;用于測量運動起始檢測裝置檢測到振動波的時間點和運動終結檢測裝置檢測到振動波的時間點之間的時間間隔的測量裝置;根據(jù)所測時間間隔和預定距離計算該物體運動速度的速度計算裝置;用于顯示計算裝置所得計算結果的顯示單元。這時，運動終結檢測裝置不僅在物體碰撞包括地面、墻壁等在內(nèi)的固定物體時，而且在物體碰撞包括水、油等在內(nèi)的流體時都能檢測到物體發(fā)射的振動波。關于這方面進一步要說明，運動終結時間不只意味著物體停止運動，而且意味著物體改變運動方向。
在本發(fā)明中，當測量分別在運動起始時間和落地時間發(fā)射振動波(例如聲波)，并運動一段預定距離的物體的運動速度時，由包括振動檢測器、麥克風等的運動起始檢測裝置檢測物體在運動起始時間發(fā)射的振動波;時間測量裝置對時間的測量在檢測運動起始時間時開始。然后，當物體運動一段預定距離之后到達運動終結位置，發(fā)射包括聲波或類似波的振動波時，由包括采集聲波的麥克風或類似裝置的運動終結檢測裝置檢測該振動波，與此同時，時間測量裝置停止時間測量。該物體的運動速度由速度計算裝置根據(jù)時間測量結果和該預定距離進行計算，計算結果顯示在顯示單元上。由此可以直觀、方便、自動地得知該物體運動的速度。
因此，本發(fā)明不需要象利用多普勒效應的、現(xiàn)有技術的運動速度測量裝置那樣對運動物體發(fā)射電磁波或超聲波，就可以無需其他人的幫助測量物體的運動速度。因此，本發(fā)明的優(yōu)點是能提供一種整體結構簡單、體積小、價格便宜的運動速度測量裝置。
圖1是本發(fā)明的基本結構框圖。
圖2是本發(fā)明一個實施例的透視圖，其中運動物體是網(wǎng)球。
圖3是顯示運動速度測量裝置主體實例外觀的透視圖。
圖4是可以用于本發(fā)明的處理電路的實例的框圖。
圖5是微機執(zhí)行的處理程序的實例的流程圖。
圖6是為說明本發(fā)明的工作過程，顯示處理電路各部分波形的信號波形圖。
下面參考附圖敘述本發(fā)明的實施例。
在圖1中，標號30代表在運動物體的運動起始時間檢測振動波的運動起始檢測裝置，例如振動波檢測器等或類似的裝置，標號31代表運動物體在離開運動起始位置一段預定距離的運動終結位置撞擊地面或類似物體時檢測運動物體所發(fā)射的振動波的運動終結檢測裝置，例如采集聲波的麥克風或類似的裝置，標號32代表時間測量裝置，它響應運動起始檢測裝置30的檢測信號開始時間測量，響應運動終結檢測裝置31的檢測信號停止時間測量，標號33代表速度計算裝置，它根據(jù)時間測量裝置的時間測量結果和運動物體的預定運動距離計算運動物體的運動速度，標號34代表顯示速度計算裝置計算結果的顯示單元。
接下去結合圖2敘述上述運動速度測量裝置設置的具體例子，在該圖中，本發(fā)明用來測量發(fā)球時網(wǎng)球的運動速度。
在圖2中，標號1代表安裝在網(wǎng)球拍2上的運動速度測量裝置的主體，標號3代表運動終結檢測裝置，它包括位于網(wǎng)球4落地位置(運動終結位置)附近的采集聲波的麥克風3a。
運動速度測量裝置主體具有一個由合成樹脂或類似材料制造的、重量較輕的外殼5，外殼5的外表面上裝有電源開關6，作為顯示運動速度的顯示單元的液晶顯示7和清除液晶顯示7上的顯示的清除按鈕8。具有立絨緊固扣9的帶子10a和10b分別固定在外殼5的上部和下部，運動速度檢測裝置主體1由它們固定在網(wǎng)球拍2的拍桿2a上。
外殼5的內(nèi)部有一個由壓電陶瓷板或類似裝置構成的振動檢測器11，作為運動起始檢測裝置，檢測網(wǎng)球4碰撞到球拍2時發(fā)出的振動波，還有一個構成時間測量裝置、速度計算裝置及其它裝置的處理電路12。
圖4是處理電路12的一個實例。來自于振動檢測器11的振動檢測信號通過放大器13和由集成電路計時器或類似電路組成的電平轉(zhuǎn)換電路14輸送到微機15的輸入口15a。由落地檢測裝置3發(fā)射并由接收天線16接收的發(fā)射信號，通過接收電路17和電平轉(zhuǎn)換器18輸送到微機15的輸入口15a。
微機15至少具有輸入口15a，輸出口15b，根據(jù)施加到輸入口15a上的輸入信號執(zhí)行預定計算和處理的處理單元15c，存儲常數(shù)以及存儲處理單元15c執(zhí)行計算和處理所需程序的存儲器15d。當振動檢測器11的振動檢測信號施加到輸入口15a時，處理單元15c開始時間測量，當落地檢測裝置發(fā)射的信號施加到輸入口15a時，處理單元15c停止時間測量。處理單元15c按公式V＝l/T計算，根據(jù)所測時間間隔T，網(wǎng)球場的一個預定端線和另一個發(fā)球線之間的距離l確定網(wǎng)球4的運動速度V。被確定的運動速度V作為顯示數(shù)據(jù)從輸出口15b輸出送至液晶顯示7。
如圖4所示，運動終結檢測裝置3包括一個聲波采集麥克風3a，它位于與落地位置對應的發(fā)球線的附近，例如裝在網(wǎng)的下部邊緣;一個用于放大聲波采集麥克風3a輸出信號的放大器3b;一個用于轉(zhuǎn)換被放大的輸出信號電平的電平轉(zhuǎn)換器3c;一個由電平轉(zhuǎn)換輸出信號的前沿觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器3d;一個接收單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器3d的輸出信號并以此作為發(fā)射信號的發(fā)射電路3e;一個用于發(fā)射由發(fā)射電路3e提供的發(fā)射信號的發(fā)射天線3f。
下面結合流程圖5敘述上述實施例的工作情況。
當電源開關6一接通，微型計算機15中的處理單元15c就開始進行圖5所示的處理工作。
在步驟(1)實現(xiàn)初始化，清除存儲器15d里的預定存儲區(qū)中存貯的顯示數(shù)據(jù)，使液晶顯示單元7上的顯示為零。然后執(zhí)行步驟(2)，判斷等于或高于預定電平的振動檢測信號VD是否已經(jīng)從振動檢測器11輸入。此時如果未輸入振動檢測輸出信號VD，則程序等待振動檢測信號VD的輸入。如果有振動檢測信號VD輸入，則執(zhí)行步驟3。當打網(wǎng)球的人站在發(fā)球位置，拿著裝有運動速度檢測裝置主體1的球拍2，在t1時刻發(fā)球時，由于球拍2打擊網(wǎng)球4，因此球和球拍產(chǎn)生振動波。該振動波通過網(wǎng)球拍2的網(wǎng)線和拍框傳送到速度測量裝置主體1，并如圖6(a)所示被安裝在主體1內(nèi)部的振動檢測器11檢測。振動檢測器11輸出的振動檢測信號VD由放大器12放大，并被電平轉(zhuǎn)換器13轉(zhuǎn)換成具有預定電平的電平信號LS(圖6(b)所示)。然后輸入到微機15的輸入口15a。
當振動檢測信號VD輸入到微機15的輸入口15a時，程序由步驟(2)進行到步驟(8)，通過起動一個時間計數(shù)器按預定期間計數(shù)開始時間測量。
然后進行步驟(4)，判斷預定時間△t(例如0.1秒)是否已經(jīng)過去。若在時刻t2預定時間過去，則進行步驟(5)，等待讀取由輸入口15a提供的接收信號RS(RS是在運動終結檢測信號RD的基礎上產(chǎn)生的)，如圖6(c)所示。按照這種方式，從振動檢測信號VD被輸出的時刻起經(jīng)過預定時間△t以后，第一次開始讀取接收信號RS，有可能防止由球拍打擊網(wǎng)球4所產(chǎn)生的，并被麥克風3a檢測到打擊聲被誤判為網(wǎng)球的落地聲。
然后進行步驟(6)，判斷運動終結檢測信號RD是否已經(jīng)從運動終結檢測裝置3輸入。如果未輸入，則進行步驟(7)，判斷在開始讀取接收信號RS之后預定的時間Ts是否已經(jīng)過去。如果還未過去，則返回到步驟(6);如果已經(jīng)過去，也就是網(wǎng)球4被球網(wǎng)攔住而不能到達預定的落地位置，則進行步驟(8)，停止讀取接收信號RS。然后進行步驟(8)a，將時間測量計數(shù)器清零，程序返回到步驟(2)。
另一方面，如果在預定時間Ts內(nèi)輸入了運動終結檢測信號RD，則進行步驟(9)。換句話說，例如當網(wǎng)球4在時刻t3落在對方場內(nèi)發(fā)球線附近位置時，球撞擊地面產(chǎn)生撞擊聲，該撞擊聲作為運動終結檢測信號RD被聲波采集麥克風3a檢測，如圖6(d)所示。運動終結檢測信號由放大器3放大，由電平轉(zhuǎn)換器3c進行電平轉(zhuǎn)換，電平轉(zhuǎn)換器3c輸出信號的前沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器3d，如圖6(e)所示。在單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器3d的輸出信號MS保持ON狀態(tài)期間，發(fā)射電路3e的發(fā)射信號送到發(fā)射天線3f。因此，發(fā)射電磁波S被發(fā)射到運動速度測量裝置主體1的接收天線16上。當發(fā)射電磁波S通過接收天線16被接收電路17接收時，由電平轉(zhuǎn)換器18得到圖6(g)中所示的接收信號RS，其后，信號RS輸出到微機15的輸入口15(a)。
在運動終結信號RD的接收信號RS輸出到輸入口15a的時刻t3，處理單元15c由程序步驟(6)執(zhí)行至步驟(9)，時間測量計數(shù)器停止計數(shù)從而停止時間測量。然后進行步驟(10)，在停止讀取接收信號RS之后，進行步驟(11)。
在步驟(11)中，以時間測量計數(shù)器的計數(shù)值作為被測時間間隔T，根據(jù)這個被測時間間隔T和預先存儲在存儲器15d中的預定距離l，按公式l/T計算，得到網(wǎng)球4的運動速度V，計算結果作為速度顯示數(shù)據(jù)存儲在存儲器15d的預定區(qū)域。
然后進行步驟(12)，在步驟(11)存儲的速度顯示數(shù)據(jù)輸出給液晶顯示器7，顯示網(wǎng)球4的運動速度。接著進行步驟(13)，判斷清除開關8是否按下。如果未按下，程序返回到步驟(12);如果已按下，則進行步驟(14)，將存儲在存儲器15d中的速度顯示數(shù)據(jù)清零，同時，在時間測量計算器清零之后，程序返回到上述的步驟(2)。
在圖5所示的處理過程中，步驟(2)-(9)對應于由時間測量裝置32完成的程序，步驟(11)對應于由計算裝置33完成的程序。
因此，不需要他人的幫助，網(wǎng)球4的發(fā)球者通過觀看安裝在球拍2上的運動速度測量裝置主體1上的液晶顯示7就能立刻直觀地知道網(wǎng)球4從運動起始時間至落地時間的平均運動速度。
另外，通過提高運動終結檢測裝置3的聲波采集麥克風3a的方向性，并且同時提高電平轉(zhuǎn)換器3c的檢測電平，可以精確地分辨在其它鄰近場地產(chǎn)生的打球聲或球落地聲和在打球者自己場地所產(chǎn)生的球落地聲，從而避免誤測。
另外，在前述實施例中，雖然時間測量裝置和計算裝置是由微機15構成的，但本發(fā)明并不限制于此?？梢赃x用另一種結構，其中，觸發(fā)器由電平轉(zhuǎn)換器13的輸出置位，由另一個電平轉(zhuǎn)換器18的輸出復位，觸發(fā)器的正輸出作為門控信號提供給門電路，該門電路控制著時鐘脈沖進入時間測量計數(shù)器的通路。時間測量計數(shù)器的計數(shù)值作為被測時間間隔T加到除法電路的除數(shù)端，預定距離l加到除法電路的被除數(shù)端，進行除法運算(l/T)，求得運動速度V。運動速度V提供給液晶顯示器7。
另外，在前述實施例中，雖然用振動檢測器11作為運動起始檢測裝置，檢測在網(wǎng)球4的運動起始時間的振動波，但本發(fā)明并不限制于此，可以用麥克風檢測擊球時產(chǎn)生的撞擊聲。
另外，在前述實施例中，雖然用液晶顯示7作為運動速度的顯示單元，但本發(fā)明并不限制于此，也可以使用發(fā)光二極管、熒光顯示管等作為數(shù)字顯示元件。
另外，在前述實施例中，雖然運動速度測量裝置主體1被固定在網(wǎng)球拍2上，但本發(fā)明并不限制于此，只是振動檢測器11和類似于運動終結檢測裝置3的無線電發(fā)射裝置可以固定在網(wǎng)球拍2上，以便運動起始檢測信號可以通過無線電波發(fā)射給具有時間測量裝置、計算裝置和置于他處的顯示單元的運動速度測量裝置主體1。
另外，在前述實施例中，本發(fā)明用于網(wǎng)球發(fā)球時網(wǎng)球運動速度的測量。不過本發(fā)明并不限制于此，例如它可以用于測量高爾夫球的運動速度，或者用于測量任何物體的運動速度，這些物體在運動起始和終結時產(chǎn)生振動波(例如聲波或類似波)，并運動一段預定距離。
權利要求
1.一種運動物體的運動速度測量裝置，其中所說的運動物體分別在運動起始時間和運動一段預定距離之后的終結時間產(chǎn)生諸如聲波的第一和第二振動波，其特征在于該裝置包括用于檢測由所說運動物體在運動起始時產(chǎn)生的第一振動波的運動起始檢測裝置；用于檢測由所說運動物體在運動終結時產(chǎn)生的第二振動波的運動終結檢測裝置；用于測量在所說運動起始檢測裝置檢測第一振動波的時刻和所說運動終結檢測裝置檢測第二振動波的間刻之間的時間間隔的時間測量裝置；根據(jù)所說的時間測量裝置測得的時間測量結果和預定距離計算所說運動物體的運動速度的速度計算裝置；顯示由所說速度計算裝置得到的計算結果的顯示單元。
2.根據(jù)權利要求
1的一種裝置，其中所說的運動起始檢測裝置、所說的時間測量裝置、所說的速度計算裝置和所說的顯示單元安裝在一個共同的盒子內(nèi)，并且由所說的運動終結檢測裝置測得的檢測結果通過無線電波提供給所說的時間測量裝置。
3.根據(jù)權利要求
1的一種裝置，其中所說的運動起始檢測裝置包括附裝在用來碰擊所說的運動物體，使其產(chǎn)生初始速度的碰擊裝置上的振動波檢測器。
4.根據(jù)權利要求
3的一種裝置，其中所說的運動物體是網(wǎng)球，所說的碰擊裝置是球拍。
5.根據(jù)權利要求
4的一種裝置，其中所說的運動終結檢測裝置是具有一定方向性的聲波采集麥克風。
專利摘要
通過測量發(fā)球者的球拍打擊網(wǎng)球時產(chǎn)生的振動波的第一次檢測和網(wǎng)球碰擊場地地面時產(chǎn)生的另一振動波的第二次檢測之間的時間間隔，可以確定運動一段預定距離的運動物體(例如網(wǎng)球)的運動速度。完成第一次檢測的振動檢測器、計算網(wǎng)球運動速度的微機和顯示運動速度的液晶顯示安裝在網(wǎng)球拍上的一個盒內(nèi)。完成第二次檢測的聲波采集麥克風附裝在場地落球位置附近的球網(wǎng)下部邊緣，其檢測信號通過無線電波發(fā)射到置于盒內(nèi)的接收器上。
文檔編號A63B69/38GK87107996SQ87107996
公開日1988年6月8日 申請日期1987年11月26日
發(fā)明者小池榮師 申請人:株式會社阿真導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan