СПОСОБ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ УСКОРЕНИЯ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF COMPARATIVE ASSESSMENT OF ACCELERATION OF MOVING OBJECTS AND DEVICE FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к измерительной технике в профессиональном спорте и предназначено для сравнительной оценки ускорения движущихся объектов.
Существует способ сравнительной оценки ускорения движущихся объектов, который заключается в измерении ускорений путем установки датчиков ускорения на самих движущихся объектах и затем вычисляется их разность [1]. Существует также косвенный способ сравнительной оценки ускорения движущихся объектов по времени прохождения отрезков пути определенной длины, а затем по эмпирической формуле рассчитываются значения ускорения, и вычисляется их разность [2].
Общим недостатком существующих способов сравнительной оценки ускорения движущихся объектов является их малая разрешающая способность и, как следствие этого, большой процент недостоверных замеров.
Задача изобретения - повышение точности сравнительной оценки ускорения движущихся объектов.
Поставленная задача решается путем переноса измерения ускорения на соударяемый с ними шарнирно подвешенный предмет, значительно меньший по массе движущегося объекта и установленный поперек трассы на пути движения объектов. Такая схема измерения позволяет усилить разность сравниваемых по ускорению движущихся объектов. Необходимость в этом возникает особенно там, где разность сравниваемых величин ускорений находится в зоне погрешности измерительной аппаратуры.
Примеры конкретного выполнения. При сравнительной оценке скольжения (фиг.1) испытуемая пара лыж 1 крепится к полозьям обычных детских санок 2, становясь, таким образом, скользящим их элементом. На санки садится спортсмен 3 или вместо него помещается эквивалентный по массе груз. В носовой части санок жестко крепится металлический штырь 4 такой длины, который при проходе под воротами 5 задевал бы пластину 6, шарнирно подвешенную к перекладине ворот, установленных поперек трассы скатывания санок. В исходном положении спортсмен, сидя на санках, расположенных на наклонной поверхности, держится руками за стойки, неподвижно установленные по обе стороны санок, которые удерживают его от скатывания вниз. При разжимании кистей рук сани приходят в движение и скатывание началось. Если вместо спортсмена на санки помещен эквивалентный его массе груз, то санки должен держать кто-то, стоящий рядом. Это положение надо выполнять, чтобы все сравниваемые между собой пары лыж при скатывании имели нулевую начальную скорость. Далее, при проходе под воротами штырь, установленный на санках, ударяется о пластину, отчего она приходит в движение с определенным ускорением, которое фиксирует закрепленный на тыльной ее стороне датчик ускорения (не показан).
Выход датчика 7 через коаксиальный кабель 8 подключен к входу 9 спектранализатора (СА) со сменными RC-фильтрами 10 и 11, например, как указано в патенте РФ 2458327 C1, принципиальная схема которого приведена на фиг.2, а к выходу СА 12 подключен вольтметр 13 в качестве индикатора величины ускорения. Сигнал ускорения, поступающий на вход СА, состоит из высокочастотных гармоник, образованных от соударения, и низкочастотных, образованных в результате отклонения пластины. Назначение СА - пропустить на выход максимальную по амплитуде низкочастотную гармонику. Для этой цели и нужны сменные RC-фильтры, путем экспериментального подбора которых определяется низкочастотная гармоника.
Необходимо отметить, что для данного примера лучшей парой по скольжению будет та, с которой вольтметр покажет максимальную величину ускорения.
Например, действительные значения ускорений двух движущихся объектов в единицах напряжения равны соответственно 8,0 мВ и 8,05 мВ и, значит, разность их равна 0,05 мВ. Расчетная погрешность измерений на шкале вольтметра 10 мВ при этом равна ±0,05 мВ. В этом случае можно сделать недостоверный вывод относительно их разности. Понятно, что если усилить величины ускорений, например, в 10 раз, т.е. чтобы вольтметр показывал значения 80 мВ и 85 мВ соответственно, то их разность выйдет из зоны погрешности измеряемой аппаратуры и станет равной 0,5 мВ.
Для любого движущегося объекта из закона сохранения импульса силы действительно равенство
<mrow><mfrac><mrow><msub><mi>m</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>w</mi><mn>1</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>k</mi><mo>⋅</mo><mfrac><mrow><msub><mi>m</mi><mn>2</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>a</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>w</mi><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><mo>,</mo><mtext>       </mtext><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
где k=(0,1÷0,8) - коэффициент потери ускорения движущегося объекта при столкновении с соударяемым предметом;
1
2
m и m - массы соответственно движущегося объекта и соударяемого предмета;
a
а
1
2
и  - ускорение движущегося объекта до столкновения с соударяемым предметом и ускорение соударяемого предмета, приобретаемого им при столкновении с движущимся объектом;
1
2
w и w - угловые частоты ускорения движущегося объекта и соударяемого предмета.
Из формулы 1 следует:
<mrow><msub><mi>a</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>m</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>w</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>m</mi><mn>2</mn></msub><mi>w</mi><mmultiscripts><mrow /><mprescripts /><mn>1</mn><none /></mmultiscripts></mrow></mfrac><mo>⋅</mo><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><mi>k</mi></mrow>
Заявляемый способ позволяет, по сравнению с известными способами, увеличить разрешающую способность измерительного тракта, не меняя коэффициент усиления измерительного тракта.
Литература
1. Гик Л.Д. Измерение вибраций. Новосибирск, Наука, 1972, 292 с.
2. Асеев В.В., Давыдов В.Ф., Савохин В.Т., Данов Г.А.. Таранова И.Г. «Измеритель толчкового импульса спортсмена». Патент РФ №2458327, МПК G01l 5/00, дата подачи заявки 22.04.2011, дата выдачи патента 10.08.2012.