專利名稱：游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)，特別涉及一種游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)平臺(tái)。
背景技術(shù)：
游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)是采用水流速度控制被測運(yùn)動(dòng)員的游進(jìn)速度，使之在特定運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度下，在游泳水槽的槽體內(nèi)做相對靜止運(yùn)動(dòng)，可同步測定運(yùn)動(dòng)生理生化和運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的各項(xiàng)指標(biāo)，并進(jìn)行綜合的評定，從而能更真實(shí)、更全面地反映游泳運(yùn)動(dòng)員在游進(jìn)過程中的身體和技術(shù)狀況，對提高游泳運(yùn)動(dòng)員測試評價(jià)系統(tǒng)的水平和實(shí)用性有很高價(jià)值。建造的游泳水槽不僅為游泳的測試提供一個(gè)穩(wěn)定、精確的測試條件，而且為游泳運(yùn)動(dòng)員的專項(xiàng)素質(zhì)訓(xùn)練提供一個(gè)得天獨(dú)厚的訓(xùn)練環(huán)境。
近些年來，競技游泳水平得到了前所未有的發(fā)展。這不僅表現(xiàn)在絕大多數(shù)項(xiàng)目的世界紀(jì)錄被不斷地刷新，而且在除了美國，俄羅斯和澳大利亞等幾個(gè)游泳傳統(tǒng)強(qiáng)國外，許多國家都相繼涌現(xiàn)出一批世界級的游泳選手，如荷蘭、瑞典、德國、意大利、中國、日本、加拿大等。這種百花齊放的局面說明了當(dāng)今游泳水平的提高，是通過對游泳訓(xùn)練規(guī)律的進(jìn)一步全面了解和掌握實(shí)現(xiàn)的，而訓(xùn)練規(guī)律的認(rèn)識又與近些年來科技水平的提高是密不可分的，因此，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展再一次成為競技游泳發(fā)展的推動(dòng)力。
游泳科技進(jìn)步的典型代表就是游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)平臺(tái)(國外也稱其為“游泳水槽測試系統(tǒng)”)的進(jìn)一步發(fā)展和完善。早在上世紀(jì)七十年代初，在德國、瑞典、日本和俄羅斯就相繼設(shè)計(jì)和研制了可以產(chǎn)生穩(wěn)定水流的競技游泳水槽，但當(dāng)時(shí)訓(xùn)練測試系統(tǒng)的應(yīng)用由于受到研究水平的限制而僅僅停留在定性基礎(chǔ)研究上，其功能和科研工作也較為單一，如連續(xù)拍攝游泳運(yùn)動(dòng)員的水下劃水動(dòng)作，并分析技術(shù)的合理性，又如對進(jìn)行游泳訓(xùn)練的運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行心肺功能的分析，這些單一學(xué)科研究確實(shí)對當(dāng)時(shí)運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)改進(jìn)和能力提高起到了一定的效果。
1987年，美國游泳協(xié)會(huì)與美國Uni-Dyne公司在科羅拉多的高原訓(xùn)練基地共同設(shè)計(jì)和建造了一個(gè)更現(xiàn)代化的游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)平臺(tái)。該水槽不僅在結(jié)構(gòu)和功能上更加優(yōu)越，而且在游泳的應(yīng)用研究方面也比過去有了顯著的進(jìn)步。這主要表現(xiàn)在他們開始將一直處于基礎(chǔ)研究中的游進(jìn)時(shí)手掌推進(jìn)力的測試應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)員游泳技術(shù)的改進(jìn)上，并且開始利用流體力學(xué)的原理研究游泳技術(shù)的合理性。同時(shí)，他們利用氧氣調(diào)節(jié)設(shè)備來調(diào)節(jié)游泳訓(xùn)練測試實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的氧氣濃度，從而模擬各種不同環(huán)境進(jìn)行訓(xùn)練。
與此同時(shí)，德國的TZ公司也開始對他們在德國生產(chǎn)的水槽在硬件和軟件上進(jìn)行了更新，更新后的水槽在流速控制精度、湍流度等方面均達(dá)到了世界最先進(jìn)的水平；另外，德國的游泳教練和科研人員共同研發(fā)了一套在水槽上才可以實(shí)現(xiàn)的游泳技術(shù)評價(jià)體系，該體系將運(yùn)動(dòng)員游進(jìn)時(shí)的整體的力學(xué)變化和四肢的運(yùn)動(dòng)學(xué)變化進(jìn)行了同步測量，這就部分地解釋了游進(jìn)技術(shù)和效果的因果關(guān)系，從而為游泳技術(shù)的改進(jìn)提供了充分的依據(jù)。
1997年，新西蘭的Otago大學(xué)在考察了各國的游泳訓(xùn)練測試后，自行設(shè)計(jì)和建造了一個(gè)游泳和皮劃艇共用的訓(xùn)練測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是使游泳和皮劃艇在同一水槽中的訓(xùn)練成為可能。另外，他們采用了力學(xué)傳感器系統(tǒng)作為游進(jìn)時(shí)力學(xué)測量的手段，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是使測量結(jié)果更加直觀。
上述平臺(tái)不能分析運(yùn)動(dòng)員不同的體能狀況下的技術(shù)狀況，且不能更準(zhǔn)確測定運(yùn)動(dòng)員的水下運(yùn)動(dòng)情況。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能綜合分析運(yùn)動(dòng)員的體能且能更準(zhǔn)確測定運(yùn)動(dòng)員的水下運(yùn)動(dòng)情況的游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)平臺(tái)。
為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供的游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)平臺(tái)包括一供運(yùn)動(dòng)員游泳訓(xùn)練與測試的水槽；它包含開放式的訓(xùn)練-測試段和封閉式的循環(huán)段，以及調(diào)節(jié)水流速度的自動(dòng)化系統(tǒng)。水體在三個(gè)主水泵推動(dòng)下在水槽內(nèi)循環(huán)流動(dòng)；水槽內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流片、蜂窩柵、湍流柵以改善水槽內(nèi)水體的流動(dòng)特征。一游泳三線測速裝置，它包括一固定在所述水槽的上方的移動(dòng)架上的位移傳感器和在水槽側(cè)面、前上方的攝像機(jī)，所述位移傳感器和運(yùn)動(dòng)員穿著的專用泳褲相連接；一測定不同技術(shù)狀態(tài)下的阻力大小的水下測力裝置，它包括固定在水下的測力傳感器和在水槽側(cè)面、前上方的若干個(gè)攝像機(jī)；一游泳三維運(yùn)動(dòng)解析裝置，它包括設(shè)置在水槽的水下正前位、正側(cè)位或側(cè)前、側(cè)后位的若干個(gè)攝像機(jī)對運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行游泳劃水路線和劃水速度等技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行綜合分析；
一檢測運(yùn)動(dòng)員攝氧量的情況的肺功能測試裝置，它是通過固定在水槽上方的移動(dòng)架上的氣體采集接受器連接運(yùn)動(dòng)員所帶的呼吸面罩；一無線心率遙控測試儀，它包括一捆綁在胸部的心率發(fā)射器和一在水槽控制室的接受器；一對運(yùn)動(dòng)員的血乳酸進(jìn)行分析的血乳酸測試儀。
本實(shí)用新型提供的游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)平臺(tái)，由于具有水流穩(wěn)定、誤差小、均勻的水槽，才為測試、訓(xùn)練提供了準(zhǔn)確的條件；加上游泳三線測速裝置、水下測力裝置、游泳三維運(yùn)動(dòng)解析裝置、肺功能測試系統(tǒng)、無線心率遙控測試儀、血乳酸儀的最佳配置，對運(yùn)動(dòng)員的體能和技術(shù)分析更加全面、科學(xué)。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作詳細(xì)描述。
參見圖1，本實(shí)用新型的游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)平臺(tái)包括水槽1、游泳三線測速裝置2、水下測力裝置3、游泳三維運(yùn)動(dòng)解析裝置4、肺功能測試裝置5和無線心率遙控測試儀。
水槽1是一個(gè)僅在訓(xùn)練段為開放式而其余各段為封閉式的循環(huán)水槽，水體在三個(gè)主水泵(圖中未示出)推動(dòng)下，在水槽內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，整個(gè)水槽由不銹鋼制成，并安置在澆筑混凝土的鋼架上。水槽內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流片、蜂窩柵、湍流柵以改善水槽內(nèi)水體的流動(dòng)特征，同時(shí)還配備去除氣泡、水凈化和加溫裝置，以保證水槽的使用要求。設(shè)計(jì)的游泳水槽訓(xùn)練-測試段尺寸可為長8米、寬4米、深1.5米，整個(gè)水槽的建筑空間為長24米、寬12米、深10米，其水流循環(huán)路徑長度也僅僅在30米左右。
水泵設(shè)計(jì)循環(huán)水流可由數(shù)臺(tái)例如三臺(tái)水泵驅(qū)動(dòng)，水泵可選擇特性曲線比較平緩的軸流泵，適合于小揚(yáng)程大流量輸送且出流比較均勻，多臺(tái)水泵設(shè)計(jì)可使得在展向水流流速分布均勻。在泵的進(jìn)水殼內(nèi)，水流從矩形橫斷面帶入三個(gè)圓形橫斷面，其漸變光滑過渡的外形設(shè)計(jì)同樣是基于水流均勻性考慮。泵采用三臺(tái)交流異步電機(jī)(可調(diào)速)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)安裝在水槽水池之外，通過聯(lián)軸器與軸相連，軸的支撐采用密封件、止推軸承、穩(wěn)定環(huán)部件，避免池水泄漏并保證動(dòng)力的順利輸送，軸另一端連接葉輪，電機(jī)支撐底座添滿混凝土來減少噪音和振動(dòng)。
流道設(shè)計(jì)流道內(nèi)布置導(dǎo)流片、蜂窩柵、湍流柵以改善水槽內(nèi)水體的流動(dòng)特征。在流道四個(gè)彎道安裝四個(gè)導(dǎo)流片，目的在于順滑水流方向，得到水流沿流道光滑過渡減少能量損失以及水體對槽體的沖擊作用。蜂窩柵安放在測試段進(jìn)水流道，其目的使得大尺度渦結(jié)構(gòu)破碎成為小尺度渦，同時(shí)使得流速分布平均，增加流場的均勻度和穩(wěn)定度。湍流柵僅靠蜂窩柵安放，使得小尺度渦進(jìn)一步破碎，流場更加均勻穩(wěn)定，同時(shí)湍流度隨之大大降低。
去除氣泡設(shè)計(jì)氣泡產(chǎn)生有下列幾個(gè)原因游泳運(yùn)動(dòng)員劃水過程中氣泡的帶入；訓(xùn)練測試段流入內(nèi)流段產(chǎn)生的流體翻卷和吸氣現(xiàn)象卷入；循環(huán)過程中過流部件表面負(fù)壓造成的空泡脫落。由于訓(xùn)練測試段距離較短，運(yùn)行過程中氣泡很難在該段浮出水面而去除，大量的氣泡將嚴(yán)重影響對運(yùn)動(dòng)員泳姿的觀測和分析，為此在循環(huán)流道內(nèi)安置了兩個(gè)去除氣泡裝置。其一，在攔護(hù)網(wǎng)后方設(shè)置水流擋板，擋板角度適當(dāng)調(diào)節(jié)，減少氣體大量吸入流道。其二，在從上層流向下層的中部沿展向布置一排中空倒翼型板，在流過該部件后在尾部產(chǎn)生負(fù)壓，可以吸附氣泡，并通過內(nèi)部空間排出；其三，在水泵的葉輪和導(dǎo)葉之間留出足夠的距離，由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)造成水流中心負(fù)壓，使得氣泡將向中心聚集，并通過吸氣管排出；其四，在下層流道擴(kuò)張段尾部的上端設(shè)計(jì)一間隙，當(dāng)氣泡隨流體在下層流經(jīng)擴(kuò)張段時(shí)不斷上浮，到達(dá)上端的間隙處被排出。如此設(shè)計(jì)可對水流中氣泡含量有一定的改善。
另外，水槽設(shè)計(jì)還配備了水處理設(shè)備和水溫控制設(shè)備。其中水溫控制設(shè)備具有非常獨(dú)特的因素，由于上海夏季溫度高，水溫會(huì)超過規(guī)定的27-29攝氏度，這對訓(xùn)練和測試都是不利的，所以在此基礎(chǔ)上增加了國外該系統(tǒng)所不具備的具有降溫的冷凝水設(shè)備。
游泳三線測速裝置2采用德國市售的游泳三線測速系統(tǒng)，它是通過固定在水槽上方的移動(dòng)架上的位移傳感器，和運(yùn)動(dòng)員穿著的專用泳褲相連接，在固定水流流速的情況下，要求運(yùn)動(dòng)員在水槽內(nèi)做最大限度的相對靜止運(yùn)動(dòng)員，然而由于運(yùn)動(dòng)過程中運(yùn)動(dòng)員不合理的技術(shù)而導(dǎo)致了加速和減速的變化，通過德國游泳三線測速系統(tǒng)和在水槽側(cè)面的攝像機(jī)同步數(shù)據(jù)采集，可以發(fā)現(xiàn)由于技術(shù)不合理所造成的加速和減速的變化曲線情況和圖像技術(shù)特征，便于分析與改進(jìn)運(yùn)動(dòng)員技術(shù)動(dòng)作。
水下測力裝置3是采用市售的美國水下測力系統(tǒng)，它是通過固定在水下的測力傳感器，根據(jù)運(yùn)動(dòng)員在水槽中靜態(tài)阻力和動(dòng)態(tài)阻力變化，并通過美國水下測力系統(tǒng)和在水槽側(cè)面、正面上方的攝像機(jī)同步數(shù)據(jù)采集，可以發(fā)現(xiàn)在不同技術(shù)狀態(tài)下的阻力大小，對游泳的技術(shù)改進(jìn)提供依據(jù)。
游泳三維運(yùn)動(dòng)解析裝置4是一套技術(shù)分析軟件。通過在水槽的水下正前位、正側(cè)位或側(cè)前、側(cè)后位的攝像機(jī)拍攝的圖像，對運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行游泳劃水路線和劃水速度等技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行綜合分析。
以上游泳三線測速裝置2、水下測力裝置3和游泳三維運(yùn)動(dòng)解析裝置4是運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)儀器，可以全面測試運(yùn)動(dòng)員在水中的用力大小和各環(huán)節(jié)的速度變化的指標(biāo)，對全面分析運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)情況具有實(shí)際意義。
肺功能測試裝置5采用市售的意大利科時(shí)邁肺功能測試系統(tǒng)，它是通過固定在水槽上方的移動(dòng)架上的氣體采集接受器連接運(yùn)動(dòng)員所帶的呼吸面罩，在固定的水流流速下，進(jìn)行呼吸的氧氣和二氧化碳的分析，從而了解在不同速度情況下，運(yùn)動(dòng)員攝氧量的情況。德國無線心率遙控測試儀是捆綁在胸部的心率發(fā)射器和在水槽控制室的接受器兩部分組成，根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度，其心率具有不同的數(shù)值，從而可以判斷其所達(dá)到的生理負(fù)荷狀態(tài)。
血乳酸測試裝置5采用市售的美國YSI-1500血乳酸測試儀，它是在完成一定速度后，對人體能量代謝，特別是無氧糖酵解的產(chǎn)物——血乳酸進(jìn)行分析，通過對血乳酸的分析，可以判斷運(yùn)動(dòng)員處于有氧還是無氧功能狀態(tài)，特別是能夠分析處于哪一級的能量代謝狀態(tài)。以上三方面運(yùn)動(dòng)生理生化儀器的協(xié)同使用，可以對應(yīng)分析心率、攝氧量、血乳酸等運(yùn)動(dòng)生理、生化指標(biāo)的關(guān)系，更能清楚地了解運(yùn)動(dòng)員的體能狀況。
上述肺功能測試裝置5和血乳酸測試儀6是運(yùn)動(dòng)生理生化儀器和運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)儀器，它們的聯(lián)合使用，可以綜合分析運(yùn)動(dòng)員的體能狀態(tài)和技術(shù)狀況，尋找疲勞狀態(tài)下的技術(shù)解決方案或通過技術(shù)改進(jìn)延緩疲勞的產(chǎn)生，對游泳訓(xùn)練的科學(xué)化具有積極的促進(jìn)作用。
當(dāng)然，本實(shí)施例并不用于限制本實(shí)用新型，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，仍可對本實(shí)施例作多種變化，因此，凡是采用本實(shí)用新型的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本實(shí)用新型的權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)平臺(tái)，其特征在于，它包括一供運(yùn)動(dòng)員游泳訓(xùn)練的水槽；它包含開放式的訓(xùn)練段和封閉式的循環(huán)水槽，水體在三個(gè)主水泵推動(dòng)下在水槽內(nèi)循環(huán)流動(dòng)；水槽內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流片、蜂窩柵、湍流柵以改善水槽內(nèi)水體的流動(dòng)特征。一游泳三線測速裝置，它包括一固定在所述水槽的上方的移動(dòng)架上的位移傳感器和在水槽側(cè)面的攝像機(jī)，所述位移傳感器和運(yùn)動(dòng)員穿著的專用泳褲相連接；一測定不同技術(shù)狀態(tài)下的阻力大小的水下測力裝置，它包括固定在水下或水上的測力傳感器和在水槽側(cè)面、正面上方的若干個(gè)攝像機(jī)；一游泳三維運(yùn)動(dòng)解析裝置，它包括設(shè)置在水槽的水下正前位、正側(cè)位或側(cè)前、側(cè)后位的若干個(gè)攝像機(jī)對運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行游泳劃水路線和劃水速度等技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行綜合分析；一檢測運(yùn)動(dòng)員攝氧量的情況的肺功能測試裝置，它是通過固定在水槽上方的移動(dòng)架上的氣體采集接受器連接運(yùn)動(dòng)員所帶的呼吸面罩；一無線心率遙控測試儀，它包括一捆綁在胸部的心率發(fā)射器和一在水槽控制室的接受器；一對運(yùn)動(dòng)員的血乳酸進(jìn)行分析的血乳酸測試儀。
2.如權(quán)利要求1所述的游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)平臺(tái)，其特征在于，所述水槽還包括除氣泡裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)平臺(tái)，其特征在于，所述水槽還包括水凈化裝置。
4.如權(quán)利要求1所述的游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)平臺(tái)，其特征在于，所述水槽還包括加溫、降溫裝置。
專利摘要本實(shí)用新型提供的游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)平臺(tái)包括一供運(yùn)動(dòng)員游泳訓(xùn)練與測試的水槽、一游泳三線測速裝置、一測定不同技術(shù)狀態(tài)下的阻力大小的水下測力裝置、一游泳三維運(yùn)動(dòng)解析裝置、一檢測運(yùn)動(dòng)員攝氧量的情況的肺功能測試裝置、一無線心率遙控測試儀、一對運(yùn)動(dòng)員的血乳酸進(jìn)行分析的血乳酸測試儀。本實(shí)用新型提供的游泳訓(xùn)練測試系統(tǒng)平臺(tái)，由于具有水流穩(wěn)定、誤差小、均勻的水槽，才為測試、訓(xùn)練提供了準(zhǔn)確的條件；加上游泳三線測速裝置、水下測力裝置、游泳三維運(yùn)動(dòng)解析裝置、肺功能測試系統(tǒng)、無線心率遙控測試儀、血乳酸儀的最佳配置，對運(yùn)動(dòng)員的體能和技術(shù)分析更加全面、科學(xué)。
文檔編號A63B71/00GK2810689SQ200520043260
公開日2006年8月30日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者陳森興, 朱德祥, 余衛(wèi)東, 徐心浩, 仰紅慧, 程鷙, 馬崢, 羅惠明, 沈存, 班允昕 申請人:上海體育科學(xué)研究所, 中國船舶科學(xué)研究中心上海分部