专利名称：一种新型室内高尔夫传感装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传感装置，尤其涉及一种室内高尔夫模拟器的传感器装置。
背景技术：
在室内高尔夫运动中，测量系统也就是传感器是室内高尔夫球的关键技术，它的技术性能直接影响着室内高尔夫模拟系统的技术性能。目前大多数据传感器所采用的器件为光敏二极管，红外接收管和CCD摄像机。众所周知球在空中的运动除受风的影响外，完全取决于球的二个初始向量，即球的线速度初始向量和球的旋转初始向量，对于线速度初始向量，目前大部分室内高尔夫球的传感器均能完整的测量出来，有些传感器则只能测出初始向量在地平面上的分量，缺少高度分量。对于球的初始旋转速度向量，目前尚不能完整测出，但有些传感器能测出球的左旋或右旋的初始旋转速度向量，上旋或下旋球的旋转速度尚难测出。
目前常见的室内高尔夫传感器为定点测杆传感器、定点测球传感器和门框式传感器，下面详细分析这几种传感器存在的缺陷图1定点测杆传感器示意图，如图1所示该传感器的主要元件为光敏二极管或红外接收管，在传感器中心线上设有球座(Tee)5，球座上空约300公分处装有点光源灯或红外发射管，球座前有一排光敏二极管1用于确定球是否被击走，球座后有2、3和4三排管，靠近球座那排2有14个管，远离球座那排4有26个管，此二排管用于击球时测量球杆的速度向量，实际上只能测出X向及Z向的速度分量。中间那排3只有二个管，用于测量球杆在碰球之前的瞬间球杆的击球面的法向量在XZ平面上的投影与X轴的夹角β。再加上玩家输入的杆号或电脑球僮提示的杆号(等于输入了球杆击球面的法向量与地平面的夹角α)，便可间接计算出球的线速度的y向分量，通过球杆在Z向的速度分量、α及β可推算出球的左旋或右旋的初始旋转速度向量。
定点测杆传感器的优点是小巧玲珑，便于安装和维修，又能测出左旋或右旋球的初始旋转速度向量，不足之处是需要玩家将使用的杆号输入给计算机才能推算出球的线速度的y向分量，使用时仍不够方便。
图2是定点测球传感器的示意图，如图2所示该传感器采用元器与测杆传感器相同。在中心线上设有球座9，球座上空约300公分处装有点光源灯或红外发射管，所有光敏管或红外接收管均在球座的前方。靠近球座的一个管8(称测球管)用于测知球是否在球座上。距球座稍远处的二个管7(称近排2菅)用于测知球是否已飞出，并开始记时，距球座最远的一排6有29个管，当球穿过该排管时被遮挡的管代表球的Z向坐标。此传感器只能测出球的线速度向量的Z向及X向分量，而Y向分量也由玩家输入的杆号或由电脑球僮提示的杆号来确定。这种传感器的优点只是结构简单，安装维修方便而已，缺点是，使用不便，需要完家输入杆号。
图3是门框式传感器示意图，参看图3该种传感器包括二个矩形的方框11和12，方框的尺寸与投影屏幕10的尺寸基本相同，每个矩形方框的二垂边分别安装若干个红外发射管与接收管，同样二水平边也分别安若干红外发射管与接收管，此外，还有放大电路及数据采集电路与接收管相连，而数据采集电路又与计算机相连接。二个矩形方框内的装备完全相同。矩形方框11安装在靠近屏幕10的地方与屏幕相距约25公分，矩形方框12安装在击球区13与矩形方框11之间，与矩形方框12相距约100公分。击球时球先穿过方框12。此时计时器开始记时，同时记下由被遮挡的红外接收管的位置坐标。由此可计算出球在经过矩形方框12所在平面上的Z向及Y向的坐标(Z0，Y0)，当球穿过矩形方框11时，计时器停止计时，由于采样频率是固定的，该计时器的当前值就代表着球由穿过矩形方框12到矩形方框11所需的时间dt，用同样方法可算出球在方框11所在平面的Z向及Y的坐标(Z1，Y1)。方框12到方框11的距离是不变的，设为DX，令DY＝Y1-Y0，DZ＝Z1-Z0。由此得到球的线速度向量的三个分量为
Vx＝DX/dt；Vy＝DY/dt；Vz＝DZ/dt。
门框式传感器的优点在于击球方便，计算量也少，球放在矩形方框12以外的任何地方击球均能获得初始线速度向量，其次击出的球与屏幕碰撞的位置与图象球衔接比较好。缺点是小速度可能测不出来，不适宜用于果岭击球入洞；传感器尺寸过大(外沿尺寸约4000×3000)，不便于安装和维修；由于投影机不能随玩家击球位置变动而变动，显示的图象可能有视差；不能扩充多通道视场；一般情况下击球点到传感器的矩形方框12的距离较远，约有2米远，这样由二个方框传器测出的速度已不是击球时的初始速度，由此计算出来的球的轨迹是有较大误差的。最近美国一家公司将测量门框增加到三个，可测出球的初始加速度，由此计算出来的球的轨迹的误差将大大降低，但产品成本将会提高。此外，由于击球点到传感器的矩形方框12的距离较远，球被击出后要经过一小段时间之后才能到达传感器，这样就会增大系统响应的延迟。
综上分析，目前室内高尔夫传感器还存在以下缺点(1)小速度可能测不出来，不适宜用于果岭击球入洞；(2)测量误差较大；(3)需要输入杆号，使用不方便。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述缺陷提供一种新型室内高尔夫传感装置。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案本实用新型的室内高尔夫传感装置包括两个点光源A和B、四排光信号接收装置，每个信号接收装置都安装在方向可调整的管座内，所述点光源A和B安装在传感器的顶部，且两点光源之间的距离为常数，所述前两排光信号接收装置设在同一点，其中第一排内所有光信号接收装置指向点光源A，第二排内所有光信号接收装置指向点光源B，第三排光信号接收装置和前两排光信号接收装置的距离与A、B两个点光源距离相等，第四排光信号接收装置设在击球处，第三四排内所有光信号接收装置都指向光源B。
所述第三排和第四排的光信号接收装置的数量各为2个，第四排中一光信号接收装置上设有球座(Tee)，另一设在与球座相距8公分处，用于果岭推桿。第三排的二个光信号接收装置均用于检测球被击出后开始计时。
所述前两排光信号接收装置数量至少16个，至多80个，具体根据测球区域的大小而定。
所述光信号接收装置是光敏二极管或是红外接收管。
所述光敏二极管的型号为3DU80B，所述光信号接收装置是红外接收管。
采用本实用新型能够带来如下有益效果(1)算法简单，由检测到的参数(时间和坐标)到算出初始速度分量只用一次乘法和三次除法。
(2)多用途，可用于一般的室内高尔夫摸拟器，也可用于室内或室外高尔夫练习场的测距仪，是目前巳有的传感器做不到的。
(3)具有非定点传感器的优势，本传感器可设二个击球点，一个设置有球座(Tee)与非定点的一样，另一击球点是一个浅窝，用球桿可直接将球拨入浅窝上即可击球。
(4)可响应大角度击球，打上果岭的球必须用抛桿(P桿)打出大角度的球，使球落在果岭上不致于滾得太远，本传感器对击球角度小于70度的球仍可作出响应。别的传感器就很难做到。
(5)可响应小速度击球，速度在0.3米/秒以上的速度均能响应。
(6)安装使用方便，传感器所用的元器件(包括灯、电路板、光敏管、电源及工控计算等)安装在一个体积为354×604×900的机箱，插上电源就可以使用。
以下结合附图和具体实施方式
进一步说明
图1是现有技术定点测杆传感器示意图图2是现有技术定点测球传感器示意图
图3是现有技术门框式传感器示意图图4是本实用新型实施例1原理示意图图5是本实用新型实施例2原理示意图图6是本实用新型实施例信号接收装置驱动电路具体实施方式
本实用新型的室内新型高尔夫传感装置包括两个点光源A和B、四排光信号接收装置14、15、16和17，每个信号接收装置都安装在方向可调整的管座内，所述前两排光信号接收装置排14和15排安装在同一长而窄小的卞槽C点，两排之间距离可忽略不计，其中第一排14内所有光信号接收装置指向点光源B，第二排15内所有光信号接收装置指向点光源A，第三排光信号接收装置16和前两排光信号接收装置的距离与A、B两个点光源距离相等且为常数，第四排光信号接收装置17设在击球处E点，第三四排内所有光信号接收装置都指向光源B。所述的光信号接收装置是光敏二极管或红外接收管。
所述前两排光信号接收装置数量至少16个，至多80个，具体可视测球区域的大小而定，测球区域大可多设，测球区域小则可少设。
当把该室内高尔夫传感器用作室内高尔夫模拟器时，所述第三排16和第四排17的光信号接收装置的数量设为两个，其中一个管子上置一球座(Tee)，供挥杆使用，另一个管子设在与球座(Tee)相距8公分外，用于果岭推杆。当把该室内高尔夫传感器用作室外或室内高尔夫练习场测距仪时，所述第三排16和第四排17的光信号接收装置的数量设为一个。不论用于那种情况在击球或推桿之前必须将球放在四排中的一个管子上，用于判别击球者是否击中球。
图4是本实用新型实施例1的原理示意图，下面参考图4详细说明本实施例的传感装置的测量原理。室内高尔夫传感装置的最终目的是用于准确地测量出击球时球的初始速度。本传感器的主要器件为二个点光源灯A和B，四排光敏二极管或红外接收管，所有管子都安装在方向可调整的管座内，前二排管子多少视测球区域的大小而定，多则80个，少则16个，后二排每排只有二个或一个管子。第一排14各管子安放在C处，排内所有管子指向光源B，第二排15各管子也安放在C处，排内所有管子指向光源A，第三排16、四排17管子分别安放在D处和E处，第三排16、第四排17内所有管子指向光源B。其中点B到点A与点D到点C的距离d相等且为常数，即d AB＝d CD。在该实施例中，AC、BD垂直于CD。
设球的初始速度为V，其在X向的速度分量为Vx，在Y向的速度分量Vy。
下面先说明Vx和Vy如何确定首先要求被击出的球必须通过所有三排管子14、15和16；其次被击出的球在空中的飞行轨迹是一近似的抛物线，为简化计算由Q到P的那段曲线用直线来近似代替，设球从Q点出发先后遮挡第三排16(S处)、第二排15(P处)及第一排14(R处)的管子的时间依次为t0、t1、t2。按设计要求，目前规定d＝220mm或d＝250mm。球由点S到点P的时间dt2＝t2-t0，由此可算得球的X轴向速度为Vx＝d/dt2，球由点S到点R的时间dt1＝t1-t0，由此可算得点D到点F(F是点R在地平面CD上的垂足)的距离dDF＝vX*dt1，根据相似三角形原理可算得线段GR的长度dGR＝dDB*dFC/d其中dDB是点光源B到地板平面CD上的距离，为常数。球到达点R的时间为t1，由此可算出球在Y轴的速度分量为Vy＝dGR/t1，球在Z轴的速度分量的计算球在飞过第二排15上空时第二排15的某些管子会被球的阴影所遮挡，那些管子被遮挡可被传感器可测知，从这些管子所在的位置可计算出该阴影坐标Zi，由此可算出球在Z轴的速度分量为Vz＝Zi/t2，本新型室内高尔夫传感器使用的光敏管的型号为3DU80B，图6是该光敏三极管的驱动电路，参考图6，该驱动电路包括三个电阻、一个稳压管和一个三极管。R1为31K欧电阻，R2与R3为1K欧电阻，功率均为0.25W，为DW是功率为0.25W的稳压管，三极管为s9013。
每块小电路板装24个或32个光敏二极管，视数据采集卡而定，8位卡装24个，16位卡装32个。
每个光敏管安装在方向可调整的管座内，用导线与信号采集电路板相连接，每块电路版可联结24个管子。本新型室内高尔夫传感器使用了二块信号采集电路版，为更准确计时可专门设计一块计数器小电路板，这三块电路版用50芯偏平电缆联结到PC-104工控计算机上(参看照片)。PC-104工控计算机除了采集击球过程中的各种数据并由此按上述原理计算出球的初始速度向量(Vx，Vy，Vz)外，还将这些数据作为求解球的三自由度运动方程的初值耒求解运动方程，解运动方程的结果包括击球的速度、方位角、俯仰角和球在空中的飞行距离和球在地面滚动的距离，若再加入高尔夫球场的场景数据库还可以计算球落地后的反弹距离和显示球在空中的飞行轨跡，这些结果参数均通过投影机显示给击球者观看，在PC-104工控计算机上的软件运行平台是微软的WINDOW-2000，所有程序是由VC++编程语言写成。这些不是本实用新型的核心内容所在，故在此不再赘述。
图5是本实用新型实施例2的结构及原理图，参考该图在该实施例中，点光源A和点光源B前移距离，dAB＝dCD，BC垂直CD，其他设置同实施例1，计算原理也同实施例1，在此不再赘述。
当然，本实用新型可能有其他的实施例，在不背离本实用新型的精神和实质情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形都应该属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
权利要求1.一种新型室内高尔夫传感器装置，其特征在于，包括两个点光源(A)和(B)、四排光信号接收装置，所述每个光信号接收装置都安装在方向可调整的管座内，所述点光源(A)和(B)安装在传感器的顶部，该两点光源之间的距离为常数，所述前两排光信号接收装置设在同一点，其中第一排内所有光信号接收装置指向点光源(A)，第二排内所有光信号接收装置指向点光源(B)，第三排光信号接收装置和前两排光信号接收装置之间的距离与两个点光源之间距离相等，第四排光信号接收装置设在击球处，第三、四排内所有光信号接收装置都指向光源B。
2.根据权利要求1所述的新型室内高尔夫传感装置，其特征在于，所述第三排和第四排的光信号接收装置的数量各为两个，第四排中一个光信号接收装置没在球座处，另一个光信号接收装置设在与球座相距8公分处，用于果岭推桿。排两个光信号接收装置用于检测球被击出后开始计时。
3.根据权利要求1所述的新型室内高尔夫传感装置，其特征在于，所述光信号接收装置是光敏二极管或是红外接收管。
4.根据权利要求3所述的新型室内高尔夫传感装置，其特征在于，所述光敏二极管的型号为3DU80B。
5.根据权利要求1所述的新型室内高尔夫传感装置，其特征在于，所述光信号接收装置是红外接收管。
6.根据权利要求1所述的新型室内高尔夫传感装置，其特征在于，所述前两排光信号接收装置数量至少16个，至多80个。
专利摘要本实用新型公开了一种新型室内高尔夫传感装置，该新型室内高尔夫传感装置包括两个点光源(A)和(B)、四排光信号接收装置，每个信号接收装置都安装在方向可调整的管座内，所述点光源(A)和(B)之间的距离为常数，所述前两排光信号接收装置指向同一光点，其中第一排内所有光信号接收装置指向点光源(A)，第二排内所有光信号接收装置指向点光源(B)，第三排光信号接收装置和前两排光信号接收装置之间的距离与两个点光源之间的距离相等，第四排光信号接收装置设在击球处，第三四排内所有光信号接收装置都指向光源(B)，该装置结构简单，测量误差小，不仅用于室内高尔夫模拟器还可用于室外高尔夫练习测距仪。
文档编号A63B67/02GK2881647SQ20052014254
公开日2007年3月21日 申请日期2005年12月6日 优先权日2005年12月6日
发明者罗炳海 申请人:罗炳海