专利名称：撞击性质及其力量的检测装置、及其实施方法和其在体育裁判中的应用的制作方法
技术领域：
本发明用于为体育竞赛当中，尤其是在搏击运动当中，提供一个电子计数系统。
例如，在跆拳道这一奥运会比赛项目中，目前计数系统当中唯一的电子设备，由位于场地角落的裁判来操作执行，借助于两个同时激活的开关对各点进行测试。
在跆拳道比赛中，两位运动员在一个大约7米长7米宽的正方形场地上进行竞技。在这个场地上的每个角落，都有一位角落裁判，然后还有另外一位中心裁判。
每一位运动员都穿着一件颜色各异的护胸，并且带着一个颜色各异或者相同的头盔。
比赛的规则是，运动员用脚或者拳头撞击对手尽可能多的次数，或者将他击倒在地。用拳头撞击的时候只允许打击对手的护胸，用脚时则只允许打击对手用头盔和护胸所保护的身体部分。
本发明与一项检测装置有关，它用于检测撞击的性质及其所产生的力量。此外，该项发明还给出了它的安装操作方法，以及叙述了如何在体育裁判当中，特别是在搏击运动当中加以应用。
背景技术：
许多文件描述了在接触性运动当中所应用的撞击测试装置。
例如，GB-A-2 321 003号文件描述了一种监控装置，用于接触性运动，比如拳击。这种装置具有厚度量规，安装在手套内部，用来测试撞击的力量。厚度量规也可以是压电性质的，对撞击进行纪录，并且将撞击所产生的压力转换成电信号。然后，该电信号再通过无线电发射到接收装置上。无线电接收装置再将输入的信号传送到信号变换装置，比如一台计算机，对此信号所产生的力量等一些参数进行测试确定，并且记录下来。除了安装在手套里之外，厚度量规也可以安装在头盔内部。
EP-A2-0 222 640号文件描述了一种撞击测试装置，它具有一个信号变换装置，将一个输入的压力信号转换成一个输出的电信号。这个信号变换装置安放在人身体上某一部分的保护性附件上。这是一个具有压电性质的特殊装置，将压力信号转换成为一个输出的模拟电信号。
US 3 866 909号文件描述了一种用于空手道比赛的运动服，它具有许多口袋，位于人身体上易于受到攻击部分的位置(太阳穴，喉结，胃脏，肝脏，等等)。每一个口袋都含有某种液体，当口袋位置遭受到撞击的时候，如果所产生的力量超过一定界限，口袋就会破裂。但是，撞击的力量不能被测量出来，也不能被记录下来。
US 5 184 831号文件描述了一些对压力敏感的物质材料，以及一些用电子方法来记录空手道比赛当中撞击点数的仪器。这些对压力敏感的材料当中，包括一种首要的导体材料，例如一种内含导体粒子的塑料。这种塑料体内含有一些触头，隐藏在缝隙里面，并且由泡沫状的绝缘材料所支撑。当有力量作于这种装置上的时候，塑料体内的触头就会发生位移，从而接触到它们周围的导电材料层。由此就产生了一个电回路，它能够传递出一个电信号。该信号通过一个无线电发射装置，以一定的频率传送出去。
DE-A-27 41 090号文件是有关一个测试装置的，该装置具有一些发射器以及一个接收器，用于显示比赛的状态。发射器安置在手套、面具等的上面。
EP-A1-1 033 152号以及EP-A1-1 090 661号文件，描述了一种撞击测试装置，特别是一件用于跆拳道测试的上衣。这种装置包括一个凹状的部位，里面充满了气体，可以加以压缩。当受到撞击的时候，凹状部位在受到压缩的过程当中，里面的气体会泄露并且通过它上面的一个出口跑出去。可以对气体泄露的流量进行测量。
WO 90/09218描述了一种用于接触性运动的服装，它包括一个对压力敏感的测试装置。当它受到某一个力量撞击的时候，只要小于或者等于某一个临界值，就可以发射出一个信号。这种对压力敏感的测试装置包含两个相互分离的薄膜，它们具有导电性。当受到某一个力量打击的时候，只要该力量大于某一个临界值，这两个薄膜就会产生接触，因此就会在它们之间形成电子回路，并且发射出一个信号。
FR-A-2 612 411号文件描述了一种用于空手道比赛当中的测试装置，它可以通过无线电信号传输的方法显示出碰撞的情况。借助于一些与按钮开关相类似的接触装置，在撞击时，它可以发射出电脉冲信号。
美国专利U.S.No.5 334 831描述了一种装置，用来对液体当中的金属残留物进行监测并且加以定量测试。这是一个传统的测试方法，采用了磁信号传感器，它的不方便之处在于对干扰信号过于敏感。测试时，利用了法拉第效应，通过一个光学传感器来检测磁场中的金属粒子。有了这种测试装置，我们就可以控制用于工业气压和液压系统中的液体的纯净度。
美国专利U.S.No.4 527 153描述了对含有某元件的物品的检测方法。这个元件是一个圆球形的永久性元件，外面可以被随便任何形状的东西所包裹，但是在圆球和包裹物之间留有一定的空隙(大约为圆球直径的大小)，以便圆球可以稍微地移动。检测时，让体积大约为几立方米的检测区域通过一个交变磁场，使得圆球在它的包裹内移动。它的这种运动会产生一个附加的磁场，可以被一个磁场传感器检测出来。采用另外的一种方法，可以借助于一个麦克风，检测出圆球在它的包裹内振动时所产生的声音。这样的测试方法可以应用于商店的防盗装置。
美国专利U.S.No.6 232 879也描述了一种检测方法，用来对含有某元件的物品通过某个区域时，进行测试。这个物品含有一个直径小于100μm的细丝，对细丝进行定位，以便使它在通过一个电磁波的时候产生共振，反过来自己也会回射出一个电磁波。它所回射出的电磁波与其所通过的电磁波具有相同的频率，但是其振幅却因为受到一个频率较低的磁场的影响而改变了。接收器因此可以接收到一个振幅已经调制过了的电磁波。这也是一个可以用于商店的防盗装置。因为电磁波可以覆盖一个非常大的区域，因此，在一个相当大的区域内，该系统能够监测出金属细丝的存在。在这里，我们用到了在高频下材料的电磁共振的性质，以及通过磁场来调制材料阻抗的可能性。
在某些应用以前技术的文件里，描述了一些测试装置，可以显示碰撞作用的存在以及/或者对它们进行测试。但是在所有这些技术当中，没有任何一种技术能够解决一个新的问题确定撞击的性质。也就是说，它们都无法确定，撞击是通过脚还是通过手来进行的。上述提到的所有文件里，都没有关于解决这个新问题的方法，即如何确定人身体的某一部分接触了甚至是接近了另外一个人身体的另一部分。或者我们可以换个说法，在以前的所有技术当中，没有提到任何一种解决这一问题的方法，即了解一个运动员是否用他的脚还是他的手对另外一位运动员身体的某一部分进行了撞击，或者一位运动员只是轻微地掠过或者轻微地碰到了另外一位运动员。可是，这个问题却可能非常重要，尤其是在许多运动的裁判当中。例如在搏击运动当中，或者是在足球等运动中，需要对撞击进行明确界定。
发明内容
此项发明所涉及到的对象，是一个与运动中的物体连成一体的传感器，以及与它相关的有可能也在运动着的目标。这里所提到的传感器的作用，就在于要显示出运动当中的物体是否只是与目标并行，还是它碰到了目标。这个运动当中的物体内部包含着一种具有很高导磁性的物质，目标的内部则包含着可以在它的周围产生磁场的物质。目标的磁性可以通过一个磁场检测器测试出来。
具有导磁性的物质，其初始导磁率为60000，最大导磁率为240000。这种物质，是从那些导磁率很高、矫顽磁力却很弱的铁磁合金物质所组成的一组材料当中所挑选出来的。
这种具有导磁性的物质，是一种由古德菲洛公司(Goodfellow)所生产的阿姆科(Mumétal)或者帕玛洛(Permalloy)一类的铁磁合金材料。
具有磁导性的物质，在目标物当中所感应出的磁性的变化，可以通过一个磁场检测器加以测试。该磁场检测器由一个电感器，一个振荡电路，一个整流器和一个比较器组成。
此项发明还涉及到一个传感器A。它与一个目标连成一体，这个目标的作用，是要显示出自己是否受到了撞击，然后由传感器A给出和撞击力量幅度大小相关的电子图像。该传感器A是一个许多电容器构成的矩阵电容，在受到碰撞时，这个矩阵电容可以部分地变形，以便给出一个变化的电导值。
矩阵电容由一个第一矩阵M和一个第二矩阵M’组成。第一矩阵M由一些金属导体的极板P1，P2，P3，…Pn等组成，这些极板彼此相联；第二矩阵M’由一些金属导体的极板P’1，P’2，P’3，…P’n等组成，这些极板也是彼此相联。上述极板P1，P2，P3，…Pn分别与P’1，P’2，P’3，…P’n正面相对，但是彼此之间以一个可变的距离互相分隔开来，以便形成一些电容器。在一个碰撞的作用下，极板之间的距离可以发生变化。
根据此项发明，这种测试装置由一个电容可变的传感器A和一个电感可变的传感器B构成。它可以用来检测出一个运动当中的物体是否对另外一个目标进行了碰撞，并且可以测试出来碰撞的力量大小。
此外，此项发明还给出了如何确定一个目标所承受撞击的性质，并且测试出撞击的力量大小的检测方法。这就如同检测一个运动当中的物体是否对另外一个目标进行了碰撞一样；然后再根据此运动物体对目标所产生的磁场，以及借助于该运动物体，来获得由此测试装置所产生的一个可变电感。采用此装置测试撞击力量大小的时候，一方面，电容值的变化被存储在一个16位的寄存器里；另一方面，如果运动物体出现在现场，那么电感量的变化就会由一个低数位存储在一个触发器当中，如果运动物体不在现场，则会由一个高数位存储在这个触发器当中。
关于电容变化和电感变化信息的数据，以信号的形式，通过无线电波传输到一个与计算机相连的接收器上。
我们可以将这一测试装置应用于搏击运动的裁判过程当中，特别是可以应用于跆拳道比赛当中。
在这些附图当中图1是一个结构的整体透视图，按照此发明的想法，该结构集成在一层泡沫当中，构成了传感器A；图2是一些泡沫层的整体透视图，它们与图1当中的传感器A正面相对；图3是图1中的传感器A当中所形成的那些电容器的示意图；
图4是图3当中电容器的连接方法示意图；图5表示传感器A当中的电容器的变形作用；图6是传感器B振幅变化的振荡检测器原理图；图7是获取电容变化数据的工作原理图；图8表示负载/电压转换器的接口；图9是振荡器与比较器输出端的连接示意图；图10是一个用于倍增器的吉尔伯特单元的原理图；图11是数据准备原理示意图；图12是数据发射原理示意图；图13是数据加密原理示意图；图14是数据接收原理示意图；以及图15是数据接收器与一台计算机的连接原理示意图。
在这些附图当中，标注有以下注释1.振荡电路2.目标3.电感4.比较器5.运动物体6.整流器7.电容可变的传感器8.调节器，负荷/电压转换器9.仪器放大器(低噪声放大器)10.“去假频”滤波器11.采样器/保持器以及模拟数字转换器
12.振荡器13.发射器14.密码生成15.源信号编码16.信道编码17，18.带天线的装置19.放大与滤波20.解码21.显示
具体实施例方式以下用跆拳道这种搏击运动比赛为例进行描述。当然，对于专业人士来说，这个发明并不仅仅局限于这种实现方法，而且可以应用于其它的运动，或者与体育运动不一样的其它各种领域内。
按照附图当中的说明，对此发明进行更加详细的解释。
1.传感器需要安装两个传感器。传感器A必须同时考虑到是否有一次撞击作用于护胸上，而且还要给出这次撞击的幅度所造成的电子图像。另外一个传感器B，必须显示对手的拳头是否已经距离护胸足够接近。这两个传感器的对比作用，就可以使我们区分出这是拳头的作用，还是脚的作用。换句话说，如果我们只是检测出有一次撞击，但是并没有检测出拳头的撞击作用，那么这就是一次脚的作用。同样，如果我们只是检测出了一次拳头的撞击作用，那么就不会有脚的作用。
传感器A此发明的想法是，将那些彼此之间相连的金属导体小极板P1，P2，P3，…Pn与P’1，P’2，P’3，…P’n安装到护胸内部，并且金属导体极板彼此成对地互相面对。这样一来，这些极板就形成了矩阵电容M。应该考虑到，在护胸的内部至少需要配置两层多少有些厚度的海绵材料，我们称之为叶片。这两层用海绵材料制成的叶片F1和F2支撑着金属极板的骨架，它们必须有着特殊的设计。上述导体金属极板组成的骨架位于开槽的内部，见图1当中所画出的海绵叶片的内部结构。
两层海绵叶片正面相对，由附图中没有画出的另外一层更薄的海绵夹层分隔开来。构成护胸的海绵材料必须足够坚固，以便在受到撞击时不至于过分变形。海绵叶片的边缘如同附图当中所画出的那样，互相接触，这样就不会使金属极板的骨架互相碰到。在此处，为了更加有效，同时也为了形成一些小的单元，将每一个小电容绝缘，在海绵叶片上开出了一些相对的切槽。在其中的一个叶片上，沿着竖直方向有着切槽R1，R2，R3，…Rn，在另外一个叶片上，则有着切槽R’1，R’2，R’3，…R’n，它们与第一个叶片上的切槽互相垂直(水平方向)。见图2和图3当中的说明。
这两个导体金属制成的骨架，其中一个固定在一个叶片上，另外一个固定在对面的叶片上，它们构成了一个大的电容器结构。我们通过施加交变电压，可以在每一个矩阵电容上都产生一些负荷。
在图4当中，画出了其中的一个叶片，上面的金属小极板相互连接。
这样一来，只要我们给它以撞击，整个结构就会产生变形，如图5所示。
整个结构所形成的大电容，其电容值因此会发生变化。实际上，一个电容器的电值可以由一个电容量来表达，该电容量为C=ϵ0ϵrSe]]>其中S是金属骨架的表面积，ε0是真空介电常数，εr是两个金属骨架之间海绵的介电常数，e是两个金属骨架之间的间隙。
因此，如果两个骨架之间的间隙发生变化，那么电容值也会跟着发生变化。更加确切地说，当护胸受到撞击的时候，电容矩阵M的一部分和对面另外一个电容矩阵M’的一部分之间的间隙会减小，因此电容值增大。正如上面我们所展示的那样，由小金属骨架组成的网络形成了一个小电容器构成的网状结构。而整个护胸的总电容值，就是这些小电容器的电容值的总和。这样一来，总电容就可以用下式表达C=Σi=1nϵ0ϵrSiei]]>金属骨架之间的一些小电容的距离间隙用ei来表达，当朝着护胸的无论任何一个部位进行撞击的时候，它会发生一些变化。相应地，护胸的总电容值也会发生变化。
一个简单的电子测试系统，可以将作用于护胸上的撞击力量的强度用一幅精确的图像表示出来。
传感器B该传感器可以检测出，是否发生了一次撞击。更加确切地说，是否是一个拳头的撞击作用。
这里我们采用了一个电磁学的解决方案，或者更加准确地说，是一个称为磁通门的技术。其目的是为了要检测出来，比赛对手两只拳头当中的一只(或者身体上的另外一部分)是否接近了护胸。
为了做到这一点，我们在两位比赛对手的保护手套当中安装了一个由阿姆科铁磁材料(Mumétal)制成的细片，它也叫做帕玛洛铁磁材料(Permalloy)。保护手套可以非常精细，而且也没有必要覆盖运动员的整只手掌，它只是阿姆科细铁片的一个支撑物。阿姆科细铁片可以不超过1毫米厚度，可以安装在运动员第一节指骨部位的高度位置。
阿姆科铁磁材料(Mumétal)或者帕玛洛铁磁材料(Permalloy)的主要性质，就是导磁性很强。它可以吸收一部分能量，并且因此而使得磁力线发生偏移。因此，我们在护胸上安装了一只或者好几只铜质的线圈，并且给他们施加一个交变电流，以便产生一个磁场。这个磁场存在于护胸周围的空间内，当阿姆科细铁片或者帕玛洛细铁片接近护胸的时候，磁场就会受到干扰。磁力线因此而发生了偏移，线圈当中就会感应出一个差分电流。由于有一个电子装置来保证对这些线圈进行供电，线圈当中所感应出来的电流的变化，自然就会使线圈的阻抗发生变化，从而可以利用此效应，进行检测。因此，我们可以构成一个振荡回路，由护胸所表示的可变电感线圈的作用就像是滤波器的一部分。再将一个固定电容器与此线圈并联在一起，然后我们要注意不要使得整个系统对周围的环境造成影响。
阿姆科铁磁材料(Mumétal)或者帕玛洛铁磁材料(Permalloy)是由古德菲洛公司(Goodfellow)生产并且所注册的品牌。该公司位于英国。它们是一些导磁率很高但是矫顽磁力却很低的铁磁合金材料。
例如，阿姆科铁磁材料由77％的镍、14％的铁、5％的铜和4％的钼所构成，其性质如下。
电学性质电阻率(μohm.cm) 55-62磁学性质矫顽磁力(Hc)(A.m-1) 1.0居里点温度(℃) 380初始导磁率 60000最大导磁率 240000磁饱和后剩磁(Brem布拉) 0.37饱和磁感应(Tesla特斯拉)0.77力学性质布氏硬度 105-290弹性模量(GPa) 190-221抗冲击强度(埃左冲击试验)(J.m-1) 42-100抗拉强度(MPa) 530-900物理学性质密度(g.cm-3) 8.8热力学性质20℃-100℃时的膨胀系数(g.cm-3)13.0实时导热系数(Wm-1K-1)30-35需要指出的是，在以上所给出的数据当中，最重要的数据当然就是属于“磁学性质”的导磁率。
按照这种方法，我们借助于一个磁场检测器，就可以检测出目标的磁性。它涉及到对目标2的定位，以便研究振荡电路1的电感。如果目标是带磁的，它的存在就会影响到线圈的阻抗，使其发生变化。由于同样的作用，振荡电路的谐振参数，也就是它所生成的振荡波的频率和振幅也会发生变化。在实例当中，我们采用一种科尔皮兹型的电容三点式振荡电路1，并且知道它的转移函数。实际上，我们所选择的磁力计，采用了一个反相器，一个电容器和一个电阻器，来构成一个简单的振荡器。然后，我们增添了一个电感器和另外一个电容器，以便能够通过使磁性物体靠近电感器的方法，来改变生成波的振荡频率和振幅。电感器3是一个安装在护胸内部的线圈。这样一来，如果将阿姆科细铁片5靠近电感器3，它的阻抗就会变化，这就像振荡电路的生成波的频率和振幅发生变化一样。因此，我们就可以利用一个锁相回路，通过频率的简单变化，来测出阿姆科细铁片6是否存在。但是，由于检测生成波的振幅要简单得多，所以我们还是检测振幅。这样的话，我们采用一个比较器4，对振荡器生成波的峰值振幅和预先建立的参考电平进行比较。图6是一个磁力计的原理图。这里需要指出的是，振荡器所输出的信号由一个二极管和一个电容器(即整流器6)预先进行了整流，以便进行直流电压DC的比较。
再接着下来，就需要将比较器的输出信号以逻辑电平的形式，存储在一个触发器当中。
2.读取数据信号传感器A和B分别由一个可变电容和一个可变电感构成。这两个信息以数字信号的形式出现，比如说16位的数字信号。我们应该注意到，只需要一个单数位的比特信号就可以记录下来是否有拳头撞击在护胸上的作用。
a.一次撞击的振幅电容变化的数据，表达了作用在护胸上的撞击强度，由一个非常普通的标准数据读取系统来进行读取，见图7所示。
需要指出的是，为了系统集成以及有效利用空间的原因，在技术规范文件当中，应该尽可能地对传感器变化的频率范围和最优化位数加以精确描述。传感器的工作频率，应该是比较低的，因此我们可以不必采用过多的数字化位数，以尽量避免必须安装一个采样器-保持器组合。或者，我们可以尽量避免必须设计出一个功能过分强大的低噪声放大器，它当然更加昂贵，而且没有必要。这种考虑，对于抗波纹滤波器来说，也是同样的。
从整体来看，有必要采用微电子装置的方法。这样带来的结果就是，我们建议采用具有转换电容的装置来设计滤波器。或许，要采用一个转换器∑Δ用于模拟数字转换器(CAN)。
一个关于接口的整体方案实例为了给出一个采用微电子装置方案的可行实例，这里我们来讨论一个传感器与整个装置的其余部分的接口部分，也就是负荷/电压转换器。
图8给出了与传感器相连接的电路部分。OP2是一个输出缓冲器，它可以向外部的一个元件充电。OP1则是负荷/电压转换器所在的地方。
为了能够补偿传感器的漂移以及增益损耗，我们采用了一个由两个电容器所组成的双差分元件。其中的一只电容器用作参考，并且其外面覆盖着一层精细的氧化物，用Cref来表示。另外一支电容器是一个敏感元件(Csensor)。id是前面所描述过的护胸的电容。
从电容器Cref到电容器Csensor所构成的转换电容电路，形成了一个不可逆的放大器。可是，从电容器Cref到电容器C1所构成的转换电容电路则是可逆的放大器。这个装置的转移函数是Vout=VrefA(CsensorC1)-VrefB(CrefC1)]]>其中VrefA和VrefB可以用于调整由于Csensor和Cref之间的不一致所造成的输出漂移。该电路的响应时间由以下时间常数给出τ=1fcC2C1]]>其中fc是时钟频率。
根据转移函数计算，Vout随着Csensor的变化进行线性变化。以下是该电子装置的电子计时图，显示出了采用不可恢复时钟的必要性。
在模拟数字转换之后，需要将数据存储在一个16位的寄存器当中。这样一来，这些信息随时都可以由无线电发射器加以开发利用。
b.拳头在护胸上的作用正如以上所说明的那样，我们的目的是，当拳头作用在护胸上的时候，需要在触发器当中获得一个已经加以存储的低电平数字位，反之则获得一个高电平数字位。护胸所代表的电感器根据阿姆科细铁片是否存在而变化。因此，信号的幅度以及频率也会随之变化，而这正是我们所想要进行检测的东西。这里我们还需要指出，以下所建议的测试环，可以通过改变Vref来进行校准。也就是说，这个检测装置系统，可以根据拳头接近护胸的程度做出反应，随着Vref的变化而变化。因此就成了检测的参考阈值电压。但是，特别为了预防噪声的问题，我们比较喜欢将振荡器输出的信号的频率加以倍增，以便在以后对特别有用的信号部分进行滤波，见图9所示。
进入信号倍增器之前的信号可以表达为V＝A0sinω0t其中A0是它的幅度。
经过倍增以后，我们可以获得一个如下的信号V2=A021-cos2ω0t2=A022-A022-cosω0t]]>其中的信号幅度 正是我们想要和参考电压进行比较的。在静止状态下，如果没有阿姆科细铁片的作用，该幅度应该略微高一些。我们给比较器施加一个位于0和Vcc之间的电压，例如5V，或者3.3V，那么在静止的时候，在比较器的输出端我们会得到一个5V的信号。当阿姆科铁片发生作用的时候，其电感会发生变化，输出信号的幅度 会减小。当达到某一个预先校准的阈值的时候，参考电平Vref会高于信号电平，这时候我们就会在输出端获得一个电压信号Vcc。然后，我们将这个电压信号记录下来。
一个关于倍增器的整体方案实例关于倍增器，我们可以建议一个简单的吉尔伯特单元，如图10所示。在它的输出端，来自振荡器的信号已经被它自己加以倍增，从而得到了一个位于两个电阻端点的电压差。
我们还可以将系统进一步地精细化，给两位搏击运动员身上装备一些稍微复杂一些的东西，可以使系统具有不同的阈值参考电平，还可以让它们采用一些性质有所不同的阿姆科细铁片。实际上，如果处于守护位置的搏击运动员正面跌倒在地面，同时他的两只手当中的其中一只接近了护胸，这时就相当于对护胸上的拳击作用进行检测。但是，在前面的第12页当中，我们给出了一种阿姆科铁磁合金材料的性质，从中可以看到，我们有可能将这种铁合金材料固定在不同的导磁率上。一项更加深入的研究表明，我们可以方便地利用这种铁磁合金材料的此一能力，对这里所提出的问题分步骤地加以解决。我们甚至可以很快地就明确指出，以上的两个电子装置系统可以在两个不同的频率上工作。我们甚至有可能区分出处于一块榻榻米上面的4只手当中的任何一只。
c.数据准备作用在某个运动员护胸上面的撞击力，与其幅度相关的二元信息以16位的形式出现，而和他的比赛对方的一只手作用相关的信号数据却是一个单数位。因此，我们需要传输一个17位的数据。
此外，该系统在处理这些数据的时候，比如利用一种软件进行计算机处理时，必须能够对数据进行解码，以便判断出对方是否对运动员的护胸产生了撞击作用，以及这是不是由对方的手所产生的作用。此外，它还应能够解释出，对方是否用脚对运动员的护胸进行了撞击，以及对方的手是否没有产生作用。我们考虑到，只是在这两种情况下需要给出判断信息，主要也是为了不要浪费发射信息时候所需要的电能，我们再生成一个逻辑信号，其意义在于它可以用来传输目前在寄存器里面的数据，见图11所示。
3.信号发射与接收a.发射存储在16位寄存器当中的信号，可以用来对作用在护胸上面的强度信号进行编码。而我们只需要一个单数位就可以将手的作用与脚的作用区分开来。
另外一个附加的单数位可以决定将信号发射到接收器的时刻。系统将信号发射到天线的时候，它所消耗的功率是很大的。因此，为了使系统能够保持相当长的一段工作时间，有必要尽可能地减少信号发射的时间。这个用于进行控制的单数位的初始值预设为零。当系统在比较器而不是模拟数字转换器那里检测到，发生了一次拳头的撞击作用而不是脚的撞击作用时，这个单数位就会变为一。然后，一旦信号已经发射出去，它就会被重新回零，见图12所示。
在17个需要被传出的数位上面，还可以再增加一些单数位，以便显示发射器是否同时为数个系统工作。另外的一个解决方案是，转向利用已经存在的一个多用户系统(例如蓝牙技术)。在发射器的纠错功能之外，还可以再增加一个加密装置。它可以用来使无线电部分与接收装置之间安全连接。它的基本原理，就是通过一个我们称之为“密钥”的伪随机序列，对二元数列进行倍增，从而对它进行修改。
目前，存在着各种类型的加密方法。因此，在信号发射之前，引入这样的一个系统不会有任何困难。
包含有撞击强度及其来源(拳头或者脚)的二元数列，经过加密以后，将会经过添加了冗余的处理。按照传统的方法，这一过程是一个对差错进行矫正的编码。实际上，当通过无线电进行发射的时候，信号有可能被空气所构成的传播媒介加以变形。因此，有必要通过某种编码，来保护信息数位。这个编码的主要性质，就是检查出发射时的错误，并且在一定条件下对它们加以矫正。
如果在这一处理的过程当中，出现了重要的实施上的困难，我们可以选择某种传统的方法。实际上，我们知道，发生撞击作用的频率很少有可能与系统的工作频率重合。我们还可以数次发射这些信息，以便避免因为信号传送造成的错误。见图13所示。
从寄存器输出的16位并行信号，必须以串行的方式传送到发射器，以便实现不同的编码处理。一种称为源编码的初级编码，可以用来在信号上增添冗余，如前所述。
信道编码，可以提高发射信号的频率。这个频率按照近距离内的通信进行了规范校正。尤其是，我们可以特别关注433MHz这一频率，它被用于红外线遥控。或者，我们可以关注2.4GHz这一频率，它符合蓝牙技术的要求。这种编码的另外一个优点，就是由于它进行了整形滤波，从而减少了频带的占用。
经过处理以后所获得信号，通过天线由无线电波传送出去。也许，我们必须要进行一项特别的研究，已确定天线的尺寸以及选择合适的天线材料。
b.接收信号接收采用传统的方式。检测系统所发射的作用于护胸的信号，由一个天线加以接收。然后，这个信号被放大并且被滤波，以便对其进行整形。整形后的低通频带信号，还需要进行解码。如果我们已经对信号进行了加密，那么自然就需要一个解密的过程。解密后的信息，被传送到计算机当中，或者传送到专门为这个系统配置的一个显示装置。见图14所示。
最具有灵活性的一个解决方案，就是将接收器与一台计算机连接起来。然后，计算机就会通过一个计算机程序，将它所接收到的信号转换成一定的强度信号。该强度信号与拳头或者脚所产生的撞击有关。见图15所示。
权利要求
1.一种检测装置，用于鉴别运动当中的身体是否对目标产生了冲击作用，并测量其冲击力量的大小，其特征在于，它包含一个与目标连成一体的传感器A，由一个可变电容器构成，其作用是，显示该目标是否遭到了撞击作用，并且给出一幅关于它的撞击强度的电子图像，该装置还包含一个与运动物体(5)连成一体的传感器B，该运动物体与可能也在运动的目标(2)相关，这个所述的传感器B由一个可变电感构成，其功能就是显示运动物体(5)是否只是与目标平行接近还是碰撞到了目标。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，其中所述传感器B，在运动物体(5)上包含有一种导磁率很高的物质，而且目标(2)具有能够在其周围区域内产生磁场的方法，目标(2)的磁学性质可以借助于一个磁场检测器进行检测。
3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，其中所述的传感器B，其所包含的导磁性材料的初始导磁率为60000，最大导磁率为240000，该材料从一组铁磁合金材料当中选出，它们都具有高导磁率和低矫顽磁力的特点。
4.根据权利要求2或权利要求3之一所述的检测装置，其特征在于，其中所述的传感器B，其所包含的导磁性材料是阿姆科铁磁合金材料(Mumétal)或者帕玛洛铁磁合金材料(Permalloy)，是古德菲洛公司(Goodfellow)的产品。
5.根据权利要求2至4任一所述的检测装置，其特征在于，其中所述的传感器B，由导磁性材料所引起的目标(2)磁学性质的变化，可以由一个磁场检测器进行检测，该检测器由一个电感(3)，一个振荡电路(1)，一个整流器(6)和一个比较器(4)构成。
6.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，其中所述的传感器A，其由一个许多电容器组成了一个矩阵电容，该矩阵电容在冲击作用下，能够部分地变形，从而给出一个可变电导值。
7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，其中所述的传感器A，矩阵电容由第一矩阵电容M和第二矩阵电容M’构成，这两个矩阵电容M和M’则分别由金属导体极板P1，P2，P3，…Pn以及P’1，P’2，P’3，…P’n等组成，这些极板之间相互连接，两组极板之间正面相对，但是彼此之间以一个可变距离相互分离，它们构成了一些电容器，在冲击作用下，这些正面相对的极板之间的距离会随着发生变化。
8.对目标产生的撞击作用及其力量大小的检测方法，其特征在于，借助于根据权利要求1所述的检测装置，通过在目标上生成一个磁场并使其变化，以便获得一个可变的电感值，这样就能够监测出一个运动物体是否在目标附近出现，或者它是否接触到目标；用同样的检测装置，一方面通过存储在16位寄存器当中的电容的变化，另一方面通过由一个触发器当中的一个单数位所记忆的电感的变化，还可以检测出撞击的力量，当运动物体出现时，这个单数位为低电平，当运动物体没有出现时，其则为高电平。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，反映电容变化和电感变化信息的数据，以信号的形式，通过无线电波传送到一个与计算机相连接的接收器上。
10.根据权利要求1所述的检测装置，其应用于搏击运动，特别是应用于跆拳道运动。
全文摘要
本发明与一项检测装置和一种测试方法有关，它们用于撞击的性质及其力量大小的测试。该装置包括一个传感器(A)和一个与运动物体(5)相连的传感器(B)，该运动物体与一个可能也在运动的目标(2)相关。上述传感器(B)可以进行作用，以显示运动物体(5)是否轻微掠过目标(2)，或者击中了它。该发明的特点是，运动物体当中包含一种高导磁性的材料；同时目标(2)具有能够在它的附近产生磁场的能力，目标(2)的磁性可以通过采用一个磁场检测器来测出。该发明可以应用于搏击运动比赛的裁判。
文档编号A63B71/06GK1671443SQ03817685
公开日2005年9月21日 申请日期2003年7月11日 优先权日2002年7月24日
发明者米歇尔·德罗斯, 克里斯蒂安·文基亚 申请人:米歇尔·德罗斯, 克里斯蒂安·文基亚