专利名称：评定水上项目运动员陆—水力量转化效率的仪器和方法
技术领域：
本发明涉及ー种对赛艇、皮划艇等水上项目运动员的陆上力量转化为水中驱动カ量的转化效率的测试仪器及使用这种仪器实现对运动员陆一水力量转化效率评定的方法，属于竞技体育的运动训练测试仪器及方法技术领域。
背景技术：
在竞技体育的赛艇、皮划艇项目中，运动员的力量水平是影响运动成绩的主要因素之一，更为重要的是，这些项目由于是借助于水介质的作用进行运动，因此赛艇、皮划艇运动员的陆一水力量转化效率则更直接的影响着运动成绩。赛艇、皮划艇等水上项目运动员的力量训练可分为陆上力量训练和水上力量训练。陆上力量训练可以有目的地练习全身各部分肌肉力量，特别是对发展肌肉最大力量尤为适用。但是陆上训练的目的在于提高水上运动的效果，陆上训练对身体素质的力量、耐力、柔韧、速度等方面的提高并不能直接提高运动员的水上成绩，运动员必须通过水上练习将陆上训练获得的身体素质转化为船体推进カ才能提高运动成绩。水上力量练习的优点是与划船动作结合紧密，但也存在着负荷强度不能确定，对肌肉的大强度练习效果不如陆上训练的效果好等缺点。因此水上项目的运动员要在训练实践中正确评价陆一水力量训练的效果，以确定力量训练的方向和手段，这是搞好力量训练的关键。具体来说，如果运动员的陆-水力量的转化效率很高，说明运动员的陆上力量已经很好地转换为水中的驱动力，因此进ー步加强力量训练可以取得更大的效果；而如果运动员的陆-水力量的转化效率较低，则说明该运动员的力量并没有合理地转化为水中驱动力，应该将训练方向定位在改进划桨技术上，而不应该进ー步加强力量训练。目前在水上项目的专项力量训练中存在如下问题
(I)运动员专项力量水平的不确定性。对于水上项目来说，专项力量应集中表现在划浆的爆发カ和耐久力，由于水上项目的特殊性，运动员个体的陆上力量与水中力量并不具有完全的等同性。目前陆上力量测功仪只能测定运动员陆上专项力量水平，运动员的水中专项力量水平还无法准确測定。(2)力量训练的盲目性。力量训练的盲目项主要表现在由于存在着陆上力量素质向水中力量转化的不同阶段，如何准确判定运动员个体所处的不同转化阶段和转化效果，目前还没有确定的手段和仪器。(3)专项力量和运动成绩的关系不确定。运动员的专项力量特别是水中专项力量与成绩的相关系数是确定力量训练目标的理论依据，而由于水上项目的特殊性，目前还没有准确测定水中专项力量的手段。(4)由于不能准确判定运动员的陆-水力量的转化效率，因此难以确定运动员的训练方向，即力量训练和技术改进之间的关系，这是困扰很多教练员的难题，目前只能依靠教练员的个人经验进行判断，具有较大的盲目性。(5)没有水上项目运动员的水上牵引力测试仪器。目前国内外对于水上项目运动员力量测试仪器只有相关的有陆上专项力量测试仪器，如等动力量测试仪(CON-TREX)、赛艇测功仪(CONCEPT II)、皮划艇测功仪(KAYAKPY0)等，而没有水上项目运动员的水上牵引力测试仪器，因此，到目前为止没有见到关于水上项目运动员陆-水专项力量转化的研究。与本项目最为接近的研究包括对运动员陆上力量的训练和测试，如马勇等人的研究是利用研制的力量素质测试设备，对武汉体育学院女子轻量级赛艇运动员的杠铃卧拉力量耐カ训练手段进行了测试，测试结果说明，赛艇运动员的力量耐カ可以通过功率变化来评定，可以通过功率变化幅度判断一名运动员的力量耐カ水平，通过这种简单的测试方法可以科学地指导运动员训练；欧阳波等人的陆上赛艇专项力量训练系统的研制，该研究根据赛艇运动中单人双桨项目的运动特点设计了训练台架并预留扩展功能，选用了单片机和智能化的外围接ロ芯片构成了系统硬件部分，经过初歩实验，系统达到赛艇专项力量训练的基本要求。综上所述，目前对于水上项目运动员陆上力量有效地转化为水中驱动カ的评价存在很大的缺陷，是影响运动员力量训练方向、制定训练计划和实施的亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的仪器和方法，这种仪器和方法能够准确測量出水上项目运动员的陆上力量和转化为水中驱动カ的数值，井能够对运动员陆一水力量转化效率进行准确的评定，以此为运动员的确定力量训练方向、制定训练计划、评价训练效果提供可靠的科学依据。解决上述技术问题的技术方案是
一种评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的仪器，它包括陆上划船测功仪，其改进之处是，它还有水上牵引测试仪，水上牵引测试仪由拉カ传感器、电信号转换电路板、等动电机、计算机组成，拉カ传感器一端通过牵弓I带与船艇相连接，拉カ传感器的另一端连接等动电机，拉カ传感器的电信号输出端连接电信号转换电路板，电信号转换电路板与计算机相连接，陆上划船测功仪的输出端与计算机相连接。上述评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的仪器，所述电信号转换电路板由信号放大电路、滤波电路、定时电路、A\D采集卡组成，信号放大电路的输入端与拉カ传感器的电信号输出端相连接，信号放大电路的输出端连接滤波电路，滤波电路的输出端连接定时电路，定时电路的输出端与A\D采集卡相连接，A\D采集卡与计算机相连接。上述评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的仪器，所述信号放大电路是由运算放大器U1、电阻R1-R5、可变电阻RW1、RW2组成，拉カ传感器的电信号输出端与运算放大器Ul的反向输入端连接，可变电阻RW2接在运算放大器Ul的反向输入端和输出端之间。上述评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的仪器，所述滤波电路由低通滤波器U2、电阻R6、R7、R8、电容C1、C2组成，低通滤波器U2的IN+引脚为信号输入端，OUT引脚为电路输出端，V+引脚接+5 V电源。
上述评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的仪器，所述定时电路由555时基芯片U3、ニ极管VDI、VD2、VD3、VD4、三极管VTI、电阻R9-R14、电容C3-C9、继电器K、按钮SB组成，电源通过ニ极管VDl与555时基芯片的4脚连接，电源通过电阻R9接到三极管VTl的基板，三极管VTl的集电极通过电容C4与555时基芯片的2脚连接，555时基芯片的3脚接继电器K，继电器K的常闭点 K-I接在插座的输出电路中。ー种使用上述仪器评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的方法，它是由以下步骤实现的
(1)使用陆上划船测功仪測量运动员的陆上力量、划桨功率；
(2)将船艇放置在静水中，用牵引带将船艇尾部与水上牵引测试仪相连接；
(3)使用水上牵引测试仪測量船艇的牵引力量、牵引功率；
(4)将所测试的运动员的陆上力量、划桨功率和船艇的牵引力量、牵引功率等数据输入计算机，计算出陆上力量与牵引力量、划桨功率和船艇牵引功率的比值，进一歩推算出运动员陆一水力量转化效率；
(5)按照上述(I)、(2)、(3)、(4)步骤测量不同等级运动员即世界水平运动员(奥运会、世界锦标赛前8名运动员)、国家水平运动员(全运会、全国锦标赛前3名运动员)的陆ー7K力量转化效率，并以此为依据制定不同等级水上项目运动员陆一水力量转化效率标准；
(6)按照上述(I)、(2)、(3)、(4)步骤在训练过程中測量水上项目运动员的陆一水力量转化效率，将结果与上述水上项目运动员陆一水力量转化效率标准进行比较，判定该运动员的陆一水力量转化效率水平，进而确定该运动员的力量训练方向，并对现行的训练计划进行修改或继续执行。上述评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的方法，所述陆上力量、牵引力量的指标包括最大力量、总平均力量、不同时间段落的最大力量、不同时间段落的平均力量，所述划桨功率、船艇牵引功率的指标包括最大功率、总平均功率、不同时间段落的最大功率、不同时间段落的平均功率。本发明的有益之处在于
(I)水上牵引测试仪的研制填补了水上项目运动员的水上专项力量测试仪器的空白，水上牵引测试仪的设计合理、使用方便、数据准确可靠。(2)改变了水上项目运动员专项力量水平的不确定性。通过陆上划船测功仪和水上牵引测试仪对运动员的陆上力量和功率、水上力量和功率的測定，可以准确了解运动员的陆上专项力量水平和水中专项力量水平，这是判定运动员力量训练水平和技术水平的最基础的数据，准确测定运动员的陆上专项力量水平和水中专项力量水平也填补了水上项目专项力量训练中的空白。(3)可以准确測定水上项目运动员的陆-水力量转化率。通过准确了解水上项目运动员的陆上力量素质向水中力量转化的效率，可以准确判定运动员个体所处的不同转化阶段和转化效果，填补了目前没有准确测定水上项目运动员的陆-水力量转化率的方法和仪器的空白。(4)确定水上项目运动员的专项力量和运动成绩的关系。通过测定不同运动水平运动员的陆上专项力量、水中专项力量与成绩的相关系数，可以判定运动员的的运动水平，这些相关系数也是确定力量训练目标的理论依据。(5)克服力量训练的盲目性。通过准确判定运动员的陆-水力量的转化效率，可以克服力量训练的盲目性，准确确定运动员的训练方向，即力量训练和技术改进之间的关系，解决了长期困扰很多教练员的难题，为水上项目的科学化训练提供可靠而坚实的依据。
图I是本发明的水上牵引测试仪的结构示意 图2是水上牵引测试仪的的电原理方框 图3是电信号转换电路板的信号放大电路 图4是电信号转换电路板的滤波电路图； 图5是电信号转换电路板的定时电路图。图6是本发明的评定方法的流程图。图中标记如下陆上划船测功仪I、水上牵引测试仪2、牵引带3、拉カ传感器4、电信号转换电路板5、等动电机6、计算机7、信号放大电路8、滤波电路9、定时电路10、A\D采集卡11。
具体实施例方式本发明所要解决的问题是
(I)研制进行上述专项力量陆一水转化效率测试的仪器，对运动员的陆上力量和水上牵引力量进行准确的测试。(2)对赛艇、皮划艇等水上项目运动员的专项力量陆一水转化效率进行评定，为教练员对运动员的训练方向和训练计划进行确定和调整提供可靠的数据和理论依据。图1、2显示，本发明的测试仪器包括陆上划船测功仪I、水上牵引测试仪2，陆上划船测功仪I是现有设备，如赛艇测功仪(型号CONCEPT II)、皮划艇测功仪(型号ΚΑΥΑΚΡΥ0)等，水上牵引测试仪2是本发明研制的设备。水上牵引测试仪2由拉カ传感器4、电信号转换电路板5、等动电机6、计算机7组成。拉カ传感器4 一端通过牵引带3与船艇相连接,拉カ传感器4的另一端连接等动电机6，拉カ传感器4的电信号输出端连接电信号转换电路板5，电信号转换电路板5与计算机7相连接，陆上划船测功仪I的输出端与计算机7相连接。拉カ传感器4将运动员划船的拉カ输送到电信号转换电路板5，电信号转换电路板5将转换后的信号输送到计算机7中，计算机7通过相关的软件计算出結果。拉カ传感器4的后端与等动电机6相连接，等动电机6的作用是给出一个与拉力相反的作用力，使拉力传感器4产生拉力信号。本发明采用的拉カ传感器4的型号为PLD301C拉カ传感器，其量程范围为100-1500 公斤。图3、4、5显示，本发明的水上牵引测试仪2的电信号转换电路板5由信号放大电路8、滤波电路9、定时电路10、A\D采集卡11组成。信号放大电路8的输入端与拉カ传感器4的电信号输出端相连接，信号放大电路8的输出端连接滤波电路9，滤波电路9的输出端连接定时电路10，定时电路10的输出端与A\D采集卡11相连接，A\D采集卡11与计算机7相连接。信号放大电路8由运算放大器U1、电阻R1-R5、可变电阻RW1、RW2组成。运算放大器Ul构成的是负反馈放大电路，调节可变电阻RW2的阻值可进一歩微调输出信号的放大倍数。输出信号减去Og电平，可使输出电压值恰好为输出信号电压值的10倍，便于进ー步进行数字显示。调节可变电阻RW2的阻值可以微调Og电平，修正信号偏差。图中VSS为-5V供电电源，VCC为5V供电电源。图中运算放大器Ul采用TLC27L4芯片。滤波电路9由低通滤波器U2、电阻R6、R7、R8、电容Cl、C2组成。低通滤波器为LTC1569芯片，截止频率可调，最大截止频率可达300 kHz (5 V供电)。工作电压为3 V. 5V或者±5 V。该电路采用单电源供电模式，因此V+引脚接+5 V电源，C2为电源滤波电容，以确保输入电压质量。R6和R7为分压电阻。通过分压得到GND引脚的參考电压为2 V。IN+引脚为信号输入引脚，OUT引脚为电路输出引脚，通过该滤波电路9即可输出性能良好的波形。R8设置滤波器的截止频率信号经LTC1569输出后需加入电压跟随器。因为滤波器的输出阻抗比较高，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中，这就需电压跟随器进行缓冲，降低输出阻杭。定时电路10由555时基芯片U3、ニ极管VD1、VD2、VD3、VD4、三极管VT1、电阻R9-R14、电容C3-C9、继电器K、按钮SB组成。滤波电路9的输出接入到定时电路10的20端子，为信号输入端。定时电路10采用555时基芯片，当SB断开时，555时基电路的4脚 通过电阻R14与地相连，555时基电路被强制复位。此时，无论555时基电路的2脚受到多大的干扰，555时基电路都不工作。K-I为继电器K的常闭点，SB-I为SB按钮的辅助触点。当按下按钮SB后，电源通过ニ极管VDI加到555时基电路的4脚一个高电平，555时基电路的强制复位功能解除，同时电源通过电阻器R9加到三极管VTl的基极上，使得三极管VTl导通，电容器C2通过与三极管VTl集电极相连后向555时基电路的2脚输出一个低电平，555时基电路翻转置位，555时基电路的3脚输出高电平，发光二极管VD3点亮、继电器K得电，触点K-I断开，插座对外供电，同时555时基电路的3脚的高电平通过ニ极管VD2向555时基电路的4脚输出ー个高电平使得电路自锁。当暂态结束后，电路翻回稳态，555时基电路的3脚输出低电平，继电器K失电，触头K-I闭合，电路恢复到初始状态，通常定时在5-10分钟。图6显示，本发明的评定方法是由以下步骤实现的
(O使用陆上划船测功仪I測量运动员的陆上力量、划桨功率；
(2)将船艇放置在静水中，用牵引带将船艇尾部与水上牵引测试仪2相连接；
(3)使用水上牵引测试仪2測量船艇的牵引力量、牵引功率；
(4)将所测试的运动员的陆上力量、划桨功率和船艇的牵引力量、牵引功率等数据输入计算机7，计算出陆上力量与牵引力量、划桨功率和船艇牵引功率的比值，进一歩推算出运动员陆一水力量转化效率；
(5)按照上述(I)、(2)、(3)、(4)步骤测量不同等级运动员即世界水平运动员(奥运会、世界锦标赛前8名运动员)、国家水平运动员(全运会、全国锦标赛前6名运动员)的陆ー7K力量转化效率，并以此为依据制定不同等级水上项目运动员陆一水力量转化效率标准；
(6)按照上述(I)、(2)、(3)、(4)步骤在训练过程中測量水上项目运动员的陆一水力量转化效率，将结果与上述水上项目运动员陆一水力量转化效率标准进行比较，判定该运动员的陆一水力量转化效率水平，进而确定该运动员的力量训练方向，并对现行的训练计划进行修改或继续执行。上述评定方法中，陆上力量、牵引力量的指标包括最大力量、总平均力量、不同时间段落的最大力量、不同时间段落的平均力量，所述划桨功率、船艇牵引功率的指标包括最大功率、总平均功率、不同时间段落的最大功率、不同时间段落的平均功率。
权利要求
1.一种评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的仪器，它包括陆上划船测功仪(1)，其特征在于它还有水上牵引测试仪(2)，水上牵引测试仪(2)由拉カ传感器(4)、电信号转换电路板(5)、等动电机(6)、计算机(7)组成，拉カ传感器(4) 一端通过牵引带(3)与船艇相连接，拉カ传感器(4)的另一端连接等动电机(6)，拉カ传感器(4)的电信号输出端连接电信号转换电路板(5)，电信号转换电路板(5)与计算机(7)相连接，陆上划船测功仪(O的输出端与计算机(7)相连接。
2.根据权利要求I所述的评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的仪器，其特征在于所述电信号转换电路板(5)由信号放大电路(8)、滤波电路(9)、定时电路(10)、A\D采集卡(11)组成，信号放大电路(8)的输入端与拉カ传感器(4)的电信号输出端相连接，信号放大电路(8)的输出端连接滤波电路(9)，滤波电路(9)的输出端连接定时电路(10)，定时电路(10)的输出端与A\D采集卡(11)相连接，A\D采集卡(11)与计算机(7)相连接。
3.根据权利要求2所述的评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的仪器，其特征在于所述信号放大电路(8)是由运算放大器U1、电阻R1-R5、可变电阻RW1、RW2组成，拉カ传感器的电信号输出端与运算放大器Ul的反向输入端连接，可变电阻RW2接在运算放大器Ul的反向输入端和输出端之间。
4.根据权利要求3所述的评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的仪器，其特征在于所述滤波电路(9)由低通滤波器U2、电阻R6、R7、R8、电容C1、C2组成，低通滤波器U2的IN+引脚为信号输入端，OUT引脚为电路输出端，V+引脚接+5 V电源。
5.根据权利要求4所述的评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的仪器，其特征在于所述定时电路(10)由555时基芯片U3、ニ极管VD1、VD2、VD3、VD4、三极管VT1、电阻R9-R14、电容C3-C9、继电器K、按钮SB组成，电源通过ニ极管VDl与555时基芯片的4脚连接，电源通过电阻R9接到三极管VTl的基极，三极管VTl的集电极通过电容C4与555时基芯片的2脚连接，555时基芯片的3脚接继电器K，继电器K的常闭点K-I接在插座的输出电路中。
6.ー种使用上述权利要求I至5中任意一项所述的评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的仪器进行的评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的方法，其特征在于它是由以下步骤实现的 A.使用陆上划船测功仪(I)測量运动员的陆上力量、划桨功率； B.将船艇放置在静水中，用牵引带(3)将船艇尾部与水上牵引测试仪(2)相连接； C.使用水上牵引测试仪(2)測量船艇的牵引力量、牵引功率； D.将所测试的运动员的陆上力量、划桨功率和船艇的牵引力量、牵引功率等数据输入计算机，计算出陆上力量与牵引力量、划桨功率和船艇牵引功率的比值，进一歩推算出运动员陆一水力量转化效率； E.按照上述A、B、C、D步骤测量不同等级运动员的陆一水力量转化效率，并以此为依据制定不同等级水上项目运动员陆一水力量转化效率标准； F.按照上述A、B、C、D步骤在训练过程中測量水上项目运动员的陆一水力量转化效率，将结果与上述水上项目运动员陆一水力量转化效率标准进行比较，判定该运动员的陆一水力量转化效率水平，进而确定该运动员的力量训练方向，并对现行的训练计划进行修改或继续执行。
7.根据权利要求6所述的评定水上项目运动员陆一水力量转化效率的方法，其特征在于所述陆上力量、牵引力量的指标包括最大力量、总平均力量、不同时间段落的最大力量、不同时间段落的平均力量，所述划桨功率、船艇牵引功率的指标包括最大功率、总平均功率、不同时间段落的最大功率、不同时间段落的平均功率。
全文摘要
评定水上项目运动员陆—水力量转化效率的仪器和方法，属于竞技体育的运动训练方法及测试仪器技术领域，用于评定水上项目运动员陆—水力量转化效率，其技术方案是水上牵引测试仪由拉力传感器、电信号转换电路板、等动电机、计算机组成，拉力传感器一端通过牵引带与船艇相连接，拉力传感器的另一端连接等动电机，拉力传感器的电信号输出端连接电信号转换电路板，电信号转换电路板与计算机相连接；使用陆上划船测功仪和水上牵引测试仪对运动员的陆上力量、划桨功率、船艇牵引力、牵引功率进行测试，通过计算机计算出运动员的陆—水力量转化效率，进而对训练过程进行评价。本发明可以准确测定运动员的陆—水力量转化效率，填补了国内外的空白。
文档编号A63B71/06GK102641583SQ201210160000
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者何文革, 史东林 申请人:河北省体育科学研究所