Способ измерения выталкивающей силы упругого объекта методом отскока и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области спорта и может быть использовано при создании упругих подпятников, вкладываемых в спортивную обувь с целью получения дополнительной выталкивающей силы. Устройство для измерения выталкивающей силы упругого объекта состоит из устанавливаемой на исследуемый образец трубки с приваренным к одному из ее концов фланцев и металлических стержней разной массы, на верхних концах которых закрепляют датчики ускорения. При измерении выталкивающей силы упругого объекта металлические стержни с различными массами размещают внутри трубки на фиксированной высоте от поверхности образца и отпускают. Далее измеряют ускорения указанных стержней и рассчитывают выталкивающую силу исследуемого упругого объекта по формуле: Fkn = mk·akn, где Fkn - удельная выталкивающая сила упругого объекта на n-й гармонике при к-й удельной массе стержня; mk - к-я удельная масса стержня; akn - ускорение удельной к-й массы стержня на n-й гармонике. Техническим результатом изобретения является возможность осуществления оценки частотных характеристик двигательных действий спортсменов, а также максимальной силы выталкивания. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области спорта и может быть использовано при создании спортивной обуви, в частности - упругим подпятникам, вкладываемым в данную обувь с целью получения дополнительной выталкивающей силы.

В настоящее время выталкивающая сила распределенной упругой системы определяется поперечным сжатием ее образца [1].

Недостаток такого способа - он не дает никаких данных о частотных характеристиках, без которых невозможно подстроиться в резонанс как с напольным покрытием, так и к частотным характеристикам двигательного действия спортсмена.

Предложен способ измерения выталкивающей силы упругого объекта методом отскока, когда на указанный упругий объект падает, а затем отскакивает от него металлический стержень с разной удельной массой mk .

Задача данного изобретения - определить величину удельной массы стержня, при которой на одной из его гармоник wn будет наблюдаться максимальная сила выталкивания.

Поставленная задача решается спектральным анализом ускорений при падении с фиксированной высоты металлического стержня с различными удельными массами m1, m2, ... mk как в сторону уменьшения массы от значения m1, так и увеличения и последующего отскока от упругого объекта с закрепленным на верхнем его торце датчиком ускорения [2] и по формуле:

Fkn=mk·akn, (1), где

Fkn - удельная выталкивающая сила упругого объекта на n-й гармонике при k-й удельной массе стержня;

mk - k-я удельная масса стержня;

akn - ускорение удельной k-й массы стержня на n-й гармонике, рассчитывают по наибольшей величине удельные выталкивающие силы упругого объекта при k-х удельных массах стержня на n-х гармониках, из которых определяют значение удельной массы стержня при максимальной выталкивающей силе упругого объекта.

На фиг. 1 приведено устройство для измерения выталкивающей силы упругого объекта. Оно состоит из металлической трубки 3 длиной около 50 см и внешним диаметром 1,5÷1,6 см с приваренным к одному из ее концов фланцем 4 для вертикальной устойчивости. Трубка устанавливается на испытуемый упругий объект 2, размещенный на основании 1. Внутрь трубки поочередно вставляются металлические стержни 5 разной массы по скользящей посадке длиной, немного превышающей длину самой трубки.

Разная масса стержней достигается за счет изменения их длин по отношению друг к другу. Постоянство высоты падения стержней обеспечивает риска 6, нанесенная непосредственно на поверхности самих стержней примерно в двадцати сантиметрах от их концов со стороны фланца. На верхних торцах стержней при помощи пластилина крепится датчик ускорения 7, который через кабель 8 соединен с спектранализатором 9 со сменяемыми RC-цепочками 10, которые регулируют полосу пропускаемых частот, а к выходу спектранализатора подключен вольтметр 11 в качестве индикатора ускорений.

Примеры конкретного выполнения

Порядок измерения удельной выталкивающей силы упругого объекта заключается в установке в спектранализаторе очередного полосового фильтра путем смены RC-цепочек, поднятием стержня с установленным на его торце датчиком ускорения до совмещения с нанесенной на его поверхность риски с краем трубки, отпускание его и запись величины ускорения.

В табл. 1 приведены результаты отскока от упругого объекта по показанию вольтметра.

Например, при установленном полосовом фильтре w=62,8 рад/с и массе стержня mk =1,1 кг/см2, вольтметр, отградуированный на измерение ускорения в единицах земного притяжения - g, показал величину а1=0,88g. Следовательно, это значение ускорения должно быть вписано в квадрат таблицы, который находится на пересечении строки «a1»(g) и столбца w=62,80 рад/с.

После заполнения всех квадратов строки «a1» по формуле (1) вычисляют удельные выталкивающие силы упругого объекта на остальных частотах - от 37,68 рад/с до 125,6 рад/с. Последующие замеры с другими массами стержней m2=1,5 кг/см2 и m3=1,8 кг/см2 определяют удельное давление, при котором выталкивающая сила упругого объекта будет максимальная (которой оказалась удельная масса mk=l,5 кг/см2).

Предложенный способ измерения выталкивающей силы упругого объекта методом отскока позволяет оценивать частотные характеристики двигательных действий спортсменов, а также их максимальную силу выталкивания, а устройство - объективно проводить данные измерения.

Источники информации

1. Беклемишев А.В. Меры и единицы физических величин. М.: Физматгис, 1963 г., 296 стр. с илл.

2. Трофимова Т.Н. Курс физики: пособие для вузов, - Москва, издательский центр «Академия», 2010-580 c.

1. Способ измерения выталкивающей силы упругого объекта путем спектрального анализа ускорения металлического стержня с удельной массой m1 при его падении с фиксированной высоты и отскоком от упругого объекта с закрепленным на верхнем его торце датчиком ускорения, отличающийся тем, что с целью определения максимального значения выталкивающей силы упругого объекта производят повторные подобные замеры с другими удельными массами стержней m2, m3, … mk как в сторону уменьшения массы от значения m1, так и увеличения и по формуле:
, где
Fkn - удельная выталкивающая сила упругого объекта на n-й гармонике при ой k-й массе стержня;
a kn - ускорение удельной k-й массы стержня на n-й гармонике;
mk - удельная k-я масса стержня,
рассчитывают удельные выталкивающие силы упругого объекта при k-х удельных массах стержня на n-х гармониках, по наибольшей величине из которых определяют значение удельной массы стержня, при которой наблюдают максимальную выталкивающую силу упругого объекта.

2. Устройство для измерения выталкивающей силы упругого объекта методом отскока по п. 1, состоящее из трубки, например, металлической, длиной около 50 см с внешним диаметром 1,5÷1,6 см с приваренным к одному из ее концов фланцем для вертикальной устойчивости, внутрь которой поочередно вставляются стержни разной массы (например, за счет разной длины), на верхних торцах которых через пластилин или специальную мастику крепится датчик ускорения, с нанесенными на их поверхностях рисками в двадцати сантиметрах от конца со стороны фланца, служащие ограничителем высоты подъема, отличающиеся тем, что в качестве согласующего устройства с датчиком ускорения применен спектранализатор с перестраиваемыми полосовыми фильтрами, к выходцу которого в качестве индикатора величины ускорения подключен вольтметр.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении характеристик движения объектов, таких как скорость, ускорение, вибрации и прочее.

Изобретение относится к электрическим микромашинам, а именно к датчикам угловых ускорений (акселерометрам), предназначенным для измерения угловых ускорений контролируемых валов в устройствах автоматики и вычислительной техники.

Предложенное изобретение относится к области испытания механических систем, которые оценивают по замедлению при выбеге вращающейся детали, и может быть использовано для определения отрицательных ускорений вращающихся частей или систем в целом.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения кажущегося ускорения в системах ориентации и навигации подвижных объектов и путеизмерительных комплексах, а также сейсмических измерениях.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается линейного микроакселерометра с оптической системой. Микроакселерометр включает в себя корпус, две инерционные массы на упругих подвесах, два датчика положения, два компенсационных преобразователя.

Изобретение относится к способам опознавания воздействий на подъемно-транспортную машину. Осуществляя контроль эксплуатации транспортного средства, обнаруживают перегрузки при столкновении транспортного средства.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров ускорения в виброметрии, сейсмологии и акустике. Акселерометр содержит предусилитель и концентрично расположенные, кольцевые инерционную массу, корпус и первый пьезочувствительный элемент с осевой поляризацией в виде пьезоэлектрических секторов, не соприкасающихся друг с другом, и электродов, контактирующих с боковыми поверхностями пьезоэлектрических секторов, при этом кольцевой корпус выполнен из электропроводного материала с возможностью контактирования с боковыми поверхностями кольцевых пьезоэлектрических секторов, причем электроды электрически соединены параллельно и подключены к предусилителю, при этом в него введены второй и третий предуселители, а также второй кольцевой пьезочувствительный элемент, установленный над первым кольцевым пьезочувствительным элементом и выполненный в виде двух пар радиально поляризованных секторов, снабженных электродами, контактирующими с боковыми поверхностями секторов, при этом оба сектора пары установлены центрально симметрично с противоположной поляризацией, соединены через электроды параллельно и подключены ко второму и третьему предусилителям.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использован в приборостроении и машиностроении для измерения ускорения подвижных объектов. Чувствительный элемент акселерометра на поверхностных акустических волнах содержит встречно-штыревой преобразователь, связанный с приемопередающей антенной, и две решетки отражателей, выполненных зеркально-симметричными относительно встречно-штыревого преобразователя и образующих структуру резонатора на поверхностных акустических волнах, при этом он снабжен единой конструкцией, выполненной из монокристаллического кремния, и состоящей из рамки, консоли треугольной формы, основание которой неподвижно прикреплено к рамке с ее внутренней стороны, инерционной массы, находящейся на одной стороне консоли, и пьезоэлектрической пленки, нанесенной на второй стороне консоли, причем встречно-штыревой преобразователь и решетки отражателей нанесены на поверхность пьезоэлектрической пленки, приемопередающая антенна размещена по периметру рамки.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для обеспечения взаимозаменяемости пьезоэлектрических вибропреобразователей ускорения (вибродатчиков ускорения), входящих в состав акселерометров или измерительных систем, без дополнительной настройки электронных согласующих элементов акселерометра или измерительных систем.

Устройство (12) определения ускорения содержит блок (21) корректировки нулевой точки для корректировки положения нулевой точки значения сигнала (Gsen) датчика, используя величину корректировки (абсолютное значение для значения (Gd) корректировки) на основе ускорения (Gout), когда транспортное средство переходит от остановленного состояния на наклонной дороге к состоянию движения, и блок (20) ограничения величины корректировки для ограничения величины корректировки, тем самым пресекая вычисление избыточной величины корректировки вследствие неровностей поверхности дороги или перемещения пассажира.

Изобретение относится к устройствам, использующимся при навигации летательных аппаратов, при измерении ускорения. Техническим результатом является повышение достоверности (уменьшения погрешности) за счет включения в прямую цепь интегратора, линеаризующего выходную характеристику системы измерения, и эффективности измерения путем включения в цепь обратной связи частотной части измерения. Технический результат достигается с помощью способа пневматического частотного измерения ускорения движения тела, по которому ускорение инерционной массы преобразуют во входное давление, усиливают, при этом используют аналоговую отрицательную обратную связь по ускорению, сигнал которой суммируют с входным давлением, выходное давление преобразуют в частоту и подают на счетное устройство, отличающийся тем, что по обратной связи подают выходной частотный сигнал, который преобразуют в частоту импульсов постоянной длительности и постоянной амплитуды, преобразуют импульсный сигнал в аналоговой сигнал давления обратной связи для последующего суммирования и интегрируют сигнал в прямой цепи перед нелинейным элементом, выпрямляя выходную характеристику системы. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в области приборов для измерения линейного ускорения. Сущность изобретения заключается в том, что обеспечивают изменение значения коэффициента передачи регулятора в микроконтроллере от Крег до Kрегmax по закону, для чего на каждом шаге дискретизации выполняют измерение и сравнение в микроконтроллере напряжения U на входе АЦП усилителя с пороговым значением Uпор; при значениях напряжений, меньших либо равных Uпор, для организованного внутри микроконтроллера ШИМ-модулятора формируют в микроконтроллере цифровой входной сигнал для ШИМ-модулятора, для текущего значения напряжения U при значении коэффициента передачи регулятора Крег; обеспечивают формирование ШИМ-модулятором последовательности импульсов постоянной амплитуды и определенной длительности; определяют в микроконтроллере тот шаг дискретизации, на котором U больше Uпор, обеспечивают на последующих шагах дискретизации формирование увеличенного цифрового сигнала U*ув, для увеличенного коэффициента передачи, что обеспечивает увеличение длительности импульсов до определенной величины τув; обеспечивают соответствующее увеличение длительности открытого состояния, определяемого величиной τув, переключателя тока усилителя мощности, что обеспечивает поступление с выхода усилителя мощности в обмотку датчика момента акселерометра последовательности импульсов тока стабилизированной амплитуды и увеличенной длительности, определяют тот шаг дискретизации, на котором на входе АЦП напряжение U меньше либо равно Uпор, после чего обеспечивают возврат системы обратной связи к режиму работы со значением коэффициента передачи, равным Крег. Технический результат – обеспечение виброустойчивости маятниковых акселерометров с цифровой обратной связью при действии линейных ускорений и вибраций любого характера и любой амплитуды, величина которых не была прогнозирована на этапе проектирования прибора. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения коэффициента преобразования датчика ускорения в узкой полосе частот. Способ измерения коэффициента преобразования датчика ускорения заключается в поднятии штока, имеющего свободный или скользящий ход по отношению к трубке, внутри которой он движется, на высоту Н. При отпускании шток совершает свободное падение до удара об упругий массив с частотой отскока, определяемой формулой где w0 - угловая частота отскока штока (рад/с); g=9,8 м/с2; λ0 - рабочий ход упругого массива, мм, при ударе об него штока, падающего с высоты Н. Расчетная величина ускорения будет определяться формулой (2),где а0 - расчетное значение ускорения штока, падающего с высоты Н, при собственной частоте колебаний упругого массива w0=2πf0. Датчик, который закреплен на верхнем торце штока с помощью коаксиального кабеля, подключен к входу спектранализатора с установленным в нем полосовым фильтром с центральной частотой w0, к выходу которого подключен вольтметр; он вырабатывает сигнал напряжения u0, соответствующий расчетной величине ускорения а0 при равенстве параметров w0 и wn, по которым вычисляется коэффициент преобразования датчика. Заявляемый способ позволяет без применения вибростенда оперативно и достоверно определять качество покрытия упругого массива по коэффициенту преобразования датчика ускорения в требуемой полосе частот. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения коэффициента преобразования датчика ускорения в узкой полосе частот. Способ измерения коэффициента преобразования датчика ускорения с помощью тредбана заключается в том, что подсчитывается количество шагов N, сделанных одной ногой спортсмена на движущейся со скоростью ν (м/с) в противоположную сторону бега спортсмена дорожке тредбана, за отсчитанный секундомером отрезок времени t, чтобы удержаться на начальной точке отсчета, по замеренным параметрам которых рассчитывается частота передвижения ноги ω в единицу времени: гдеω - частота передвижения ног (рад/сек);N - количество шагов, сделанных ногой за отрезок времени t;t - время, затраченное спортсменом на прохождение N шагов, при этом перед включением движения дорожки на голеностоп одной из ног спортсмена устанавливается датчик ускорения, сигнал которого поступает на вход спектроанализатора с предварительно установленным в нем полосовым фильтром с центральной угловой частотой ω, к выходу которого подключен цифровой вольтметр, показание которого «u» будет соответствовать величине ускорения датчика на угловой частоте ω, рассчитанной по формуле: гдеν - скорость движения дорожки тредбана (м/сек);а - ускорение датчика на частоте ω (в ед. «g»),отношение которых дает значение коэффициента преобразования датчика на частоте ω: Технический результат – повышение точности измерения частоты колебания ускорения (в данном случае ног). 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Способ обеспечения линейности масштабного коэффициента маятникового акселерометра компенсационного типа относится к измерительной технике. Способ основан на использовании цифровой обратной связи, реализуемой микроконтроллером, в котором программным способом реализован ШИМ; ШИМ формирует последовательность рабочих импульсов, длительность которых равна τраб(n⋅T0), а таймер микроконтроллера формирует два равных по величине вспомогательных импульса длительностью τвсп и две равные по величине паузы длительностью τпауз. В способе задается правило выбора длительности интервала рабочего импульса τраб(n⋅T0), длительности вспомогательных импульсов и пауз на «n»-м такте дискретизации, а также правило взаимного размещения на каждом «n»-м такте дискретизации рабочего, вспомогательных импульсов и пауз. В начале каждого «nТ0»-го такта дискретизации размещают первый вспомогательный импульс тока; к этому вспомогательному импульсу тока присоединяют рабочий импульс; через определенный промежуток времени на интервале Т0 размещают второй вспомогательный импульс, при этом знак первого вспомогательного импульса совпадает со знаком рабочего импульса, а знак второго вспомогательного импульса противоположен знаку рабочего импульса. Среднее значение тока Iср, поступающего в обмотку датчика момента, выражается через постоянную по величине амплитуду тока в импульсе Iа, длительность рабочего импульса τраб(nТ0) и период Т0 работы ШИМ, т.е. Iср=Iа⋅τраб(nТ0)/Т0. Произведение Iа⋅τраб(n⋅Т0) - это площадь идеального импульса прямоугольной формы, которая искажается переходными процессами на передних фронтах тока в обмотку датчика момента. Требуемая линейность преобразования может быть достигнута, если в течение периода ШИМ подавать два одинаковых вспомогательных импульса разной полярности, а к одному из них присоединять рабочий импульс длительности τраб(nT0), то переходные процессы не будут искажать площадь рабочего импульса Iа⋅τраб(nТ0), т.к. переходные процессы на передних фронтах импульсов взаимно компенсируются с определенной точностью, а величина среднего за период Т0 тока, поступающего в обмотку датчика момента, будет пропорциональна только длительности рабочего импульса, т.е. измеряемому линейному ускорению. Техническим результатом изобретения является обеспечение линейности масштабного коэффициента маятникового акселерометра компенсационного типа. 1 табл., 6 ил.

Изобретение относится к области микросистемной техники, в частности к приборам для измерения величины линейного ускорения. Интегральный датчик ускорения содержит выполненные из полупроводникового материала за одно целое опорную рамку и закрепленную на одном из ее плеч с помощью упругих консольных элементов с тензорезистивными преобразователями деформации инерционную массу, при этом датчик дополнительно содержит пару упругих торсионных элементов, расположенных на противоположных плечах опорной рамки перпендикулярно упругим консольным элементам и соединенных с инерционной массой, при этом тензорезистивные преобразователи деформации выполнены на основе кремниевых нанонитей, оснащенных измерительными электродами. Технический результат – повышение чувствительности интегрального датчика ускорений при сохранении рабочего частотного диапазона. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к датчику с электростатическим маятниковым акселерометром и к способу управления таким датчиком. Акселерометрический датчик содержит по меньшей мере один электростатический маятниковый акселерометр, имеющий первый и второй неподвижные электроды, закрепленные на корпусе и соединенные со схемой возбуждения, и третий электрод, установленный на маятнике, соединенном с корпусом, с возможностью перемещения и связанный с детекторной схемой. Схема возбуждения имеет выход, соединенный с переключателем, связанным с первым и вторым электродами, при этом переключатель имеет первое положение соединения и второе положение соединения, чтобы селективно соединять со схемой возбуждения первый электрод и второй электрод, при этом схема возбуждения, переключатель и детекторная схема соединены со схемой управления, выполненной таким образом, чтобы первый и второй электроды возбуждались импульсами таким образом, чтобы удерживать маятник в заданном положении и определять ускорение, действующее на маятник. Технический результат – повышение точности определения ускорения. 2 н. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области спорта и может быть использовано при создании упругих подпятников, вкладываемых в спортивную обувь с целью получения дополнительной выталкивающей силы. Устройство для измерения выталкивающей силы упругого объекта состоит из устанавливаемой на исследуемый образец трубки с приваренным к одному из ее концов фланцев и металлических стержней разной массы, на верхних концах которых закрепляют датчики ускорения. При измерении выталкивающей силы упругого объекта металлические стержни с различными массами размещают внутри трубки на фиксированной высоте от поверхности образца и отпускают. Далее измеряют ускорения указанных стержней и рассчитывают выталкивающую силу исследуемого упругого объекта по формуле: Fkn mk·akn, где Fkn - удельная выталкивающая сила упругого объекта на n-й гармонике при к-й удельной массе стержня; mk - к-я удельная масса стержня; akn - ускорение удельной к-й массы стержня на n-й гармонике. Техническим результатом изобретения является возможность осуществления оценки частотных характеристик двигательных действий спортсменов, а также максимальной силы выталкивания. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Наверх