专利名称：用于感测物体对位于支架上的条带的冲击的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于感测物体对位于支架上的条带的沖击的设备。
背景技术：
通常，特别是在体育运动领域中，提出需要客观准确地表明例如 可以是网球、排球等的物体，或者甚至是比赛者的脚的物体对运动场 的确定区域的冲击，例如对界定运动场地的边界线或者跳远或标枪投 射区域的起跑线附近的冲击。
例如，在排球比赛中，需要能够确定通常高速抛出的排球的沖击 是在界定场地的边界线内、外还是在边界线上发生，因为在各种情形 下所应用的游戏规则是不同的。还需要能够区分在这种边界线附近产 生冲击的物体是球体还是比赛者身体的一部分(脚、手、膝盖)，因 为这种区分也导致不同的实际结果。最后，还必须能够确定在冲击时 比赛者是否停留在运动场尾部的边界线外，或比赛者是否接触边界 线，从而脚步犯规。
当前所有这些情形都由一个或多个裁判在视觉上监视，具有不可 避免的与冲击速度和通常沖击点由一个或多个比赛者遮蔽了的事实 相关联的困难和不确定。
为了消除这些缺点并且使得该监视尽可能可靠和客观，已经提供 了视频摄像系统，但是这些已经被证明是高成本的，并且安装复杂费 力，到了仅仅在特别重要的赛事中使用的程度。
发明内容
本发明的目的是提供一种使得能够可靠和客观地感测物体对位于支架上的条带冲击的装置，这种表述表明的是，如果游戏的规则需 要，不仅是正好在条带上的沖击，而且是与所述条带相邻的支架的那 个区域上的冲击。
本发明的另一个目的是提供一种构造经济并且安装简单的装置。 本发明的另 一个目的是在可适用于例如不同情形的意义上提供 一种多功能装置，不同情形是由于使用不同尺寸和不同特性的球体， 或者由于由游戏的适用规则限定的监视冲击点的不同方式。
根据本发明，通过如权利要求1所述的用于感测物体对位于支架 上的条带的沖击的设备获得将从以下描述明了的这些和其它目的。
参考附图详细描述本发明的优选实施例，其中
图l是应用于条带部分的本发明的设备的示意图，
图2示出由球体对所述条带的沖击产生的信号的图形，
图3示出由比赛者的鞋对所述条带的冲击产生的信号的图形，
图4示出在图2和图3的两个信号的情形下互协方差曲线的图
形，
图5示出当使用不同沖击感测算法时，由球体对条带的冲击产生 的信号的简化图形，和
图6示出当使用另一种冲击感测算法时，由球体对条带的冲击产 生的信号的简化图形。
具体实施例方式
如可以从图l-4看出的，图1-4示出将本发明装置典型地应用 于界定排球场的条带2，该装置使用具有压电特性的材料条带，即诸 如作为对其表面的加压的结果，确定在条带的两个相对表面上的短暂
的电荷集中。
通常商业可得的压电材料是尼龙、石英、罗谢尔盐等。 将导体材料细长带4应用到条带2的下表面，以便以下文中描述的方式将由压电效应集中到条带2的下表面上的电荷传输到调整电路 6。
该调整电路6的功能是根据电荷将信号调整到使得信号能够由 连接到调整电路6下游的合适的感测电路处理的水平。
调整电路6的例子是信号缩小器或放大器，滤波器或采集卡8 能够将信号转换成数字形式。
采集卡8还以要求的频率采样信号，该频率优选地是每秒几千量 级的采样。
采集卡8的两个输入端中的一个连接到调整电流6的输出端，而 另一个输入端连接到地，导体材料带4也优选地经由高阻值(几兆欧 姆)的电阻器10连接到地，以便相对于参考电势确定带4的电势， 尤其是如果条带2被应用到绝缘地面时。
离开采集卡8的数字化信号被馈送到微处理器12,微处理器12 的功能是将来自采集卡8的数字化信号的数量序列与之前存储的对应 于由物体对条带2的冲击所导致的信号的信号相比较。
在图2中示出由在条带2上的球体导致的信号的例子，而在图3 中示出由比赛者的脚对相同条带2的冲击导致的信号的例子。
微处理器12还执行通常用于获得关于两个信号之间的对应关系 的信息一个数学函数。例如，本发明使用互协方差函数。所测量的信 号越类似于存储的信号，互协方差函数的最大值越大(参见Gaetano l眼lano， INTRODUCTION TO PROBABILITY, STATISTICS AND STOCHASTIC PROCESSES, in "Ingegneria e le scienze fisiche", published by Pitagora; Bologna 1996 )。
图4示出了通过将由球体的冲击产生的信号与所存储的信号(曲 线14)相比较，并且通过将由脚的冲击产生的信号与所存储的信号(曲 线16)相比较而获得的曲线。假设在两种情形中互协方差的最大值不 同，可以通过在校准阶段确定数值阈值Vs进行区分，仅当沖击是由球 体导致的时候才超过该阈值Vs。
如果超过阈值Vs，微处理器12将相应的信号反馈回任何类型的光学和/或声学指示装置18。
以上描述的例子涉及信号化球体对限制运动场地的条带2的冲 击，并且涉及区分球体的冲击和比赛者的身体的任一部分对相同条带 2的冲击。
如果要求信号化"脚步犯规"，即当撞击时比赛者的脚对底线的冲 击，要被检验的信号将发生明显的改变，即使感测标准是类似的。
相比之下，如果要感测的不是比赛者的脚对条带的冲击，而是脚 对条带的超出(例如当投掷标枪时)，装置必须配置有在条带下游、 而不是分界线本身的邻近带。
如果不仅要求当球体对条带冲击时提供肯定表示，而且要求当球 体在条带内或外冲击时提供肯定表示，可以使用相同的原理。
在一个替代实施例中，由微处理器12执行的算法可以计算与由 球体对条带的冲击产生的信号的初始部分相关的量。图5示出这个信
号的简化表示，其中定义了该信号的某些参数，诸如最大负值Vmin、 最大负值V她的某个预确定的百分数p.Vmin (例如20% )、这些值之
间的差值AV以及与Vmin和p.Vmin相关联的时刻之间时间间隔At。 计算量AV/At使得能够从其它物体的沖击或者由静电现象产生
的信号中区分球体的冲击。
当这个量大于预确定的阈值K，时，微处理器12执行另 一个过程
以确定是否已发生了球体对条带2的沖击或某些其它现象。在第一种
情形中，相应的信号被馈送到任何类型的光学和/或声学装置18。
上述例子涉及信号化球体对限制运动场地的条带2的冲击，并且
涉及区分球体的冲击和比赛者的身体的任一部分对相同条带2的冲击。
可能发生比赛者的脚对条带2的猛烈冲击也超出阈值Vs，，或者 如果物体(衣物夹克)或带有静电的人接近于导体元件也可能发生超 出阈值Vs，。那么如果比AV/At超过这个阁值就进行检查。如果比AV/At 大于第二阈值Vs，,，事件被归类为静电放电，并且没有报警装置18被 激活(图5的曲线a)。如果比AV/At小于第二阈值Vs"而大于Vs，(图
85的曲线b)，这表示已经有物体冲击了条带2，并且在该情形中必须 进行检查以确定该物体是脚还是球体。为了实现该目的，本发明确定 信号的形式接近于其最大值，例如以其值的预确定百分比接近。在这 方面，已经观察到在脚的情形下，信号形式基本上关于通过最大值的 垂直线对称(图6a)，而在球体的情形中，信号形式明显地是非对称 的(图6b)。
如果要信号化脚步犯规，即比赛者的脚在撞击的时候对底线的沖 击，要检查的信号将明显地发生改变，即使感测标准是类似的。
从上文中可以看出，独立于所使用的感测算法，明显地本发明的 i殳备特别有益，特别地
-它成本低，
-它构造简单，这是因为所使用的部件的数量小，还因为其电路
简单，
-它安装简单快捷，因为条带2可以由压电材料应用导体材料带 4形成，
-它整体尺寸非常小，因为其可以被包括在一个放置在场地上的 小盒子中。
-它可以被连接到已经存在于运动场上的外部信号化装置。 在一个不同的实施例中，本发明使用的材料条带除了呈现压电特 性之外，还呈现与球体、或者更概括地说其冲击被感测的物体的组成 材料不同的摩擦电特性。摩擦电效应已知是由电荷的转移形成的电现 象(参见Grande Dizionario Utet， vol. XVIII, p. 669, Turin 1976 ), 因此当两个不同的材料相互摩擦时产生一个电压。这个产生的电压的 值与转移的电量成比例，并且主要依赖于所使用的材料的态度是接受 还是让出摩擦产生的电子。
与不同摩擦电材料的这个不同态度相关，这些不同材料被按等级 归类(摩擦电序列)，在摩擦电序列的顶部是具有最大倾向让出电子 从而带正电的那些材料(空气和尼龙)，在摩擦电序列的底部是具有 最大倾向获得电子从而带负电的那些材料(特富龙和PVC)。形成球体的材料和形成条带2的材料之间沿摩擦电等级测量的 距离越大，在球体冲击条带的时候产生的摩擦电效应越大，从而在沖 击时刻产生的电压值越大。
这个电压还依赖于许多其它因素，诸如
-条带和球体表面的性质，
-接触表面的范围，
-接触压力，
-摩擦强度，
-大气条件(例如湿度)， -污染物或氧化剂的存在， -球体从条带离开的速度。
可以使用所描述的与上述实施例相关的算法之一感测球体冲击， 这<又<又利用压电效应。
权利要求
1.一种用于感测物体对位于支架上的条带的冲击的设备，其特征在于包括-呈现压电特性的材料条带(2)，可应用于被监视区域中的支架，-由导电材料制成的并且与所述条带(2)以平行于它的方式相关联的至少一个连续带(4)，-连接到所述连续带以调整由所述物体对所述条带(2)的冲击产生的电信号的装置(6)，-用于感测所述信号的装置(12)，-用于表示所感测的信号的装置(18)。
2. 如权利要求1所述的设备，其特征在于条带(2)由除了呈 现压电特性还呈现与将被感测对其冲击的所述物体的组成材料的那 些摩擦电特性不同的摩擦电特性的材料制成。
3. 如权利要求1或2所述的设备，其特征在于所述连续带(4 ) 被应用到所述条带的至少 一个表面。
4. 如权利要求1或2所述的设备，其特征在于信号识别装置与 信号感测装置(12)相关联。
5. 如权利要求4所述的设备，其特征在于信号识别装置包括用 于将已调整的信号的特性与所观察的代表物体对所述条带(2)的冲 击的信号的特性相比较的电路。
6. 如权利要求2所述的设备，其特征在于连续带(4)位于所 述条带(2)的紧接的附近。
7. 如权利要求6所述的设备，其特征在于连续带被应用到支架 的下表面，该支架的上表面上应用所述条带。
8. 如权利要求5所述的设备，其特征在于比较器电路使用互协 方差技术。
9. 如权利要求8所述的设备，其特征在于所述比较器电路包括阈值感测器，当超过阈值时，阈值感测器使得所述比较器电路向所述信号化装置(18)发送相应的信号。
10. 如权利要求1或2所述的设备，其特征在于调整装置(6 ) 由高输入阻抗的i文大器组成。
11. 如权利要求5所述的设备，其特征在于比较器电路包括 -用于确定由物体对所述条带(2)的沖击提供的信号的最大负值(Vmin)的装置，-用于确定所述最大负值(Vmin)的预确定百分比(p.Vmin)的装置，-用于确定所述最大负值(Vmin)和所述百分比值(p.Vmin)之 间的差值(AV)、以及与所述值(Vmin， p.Vmin)相关联的时刻之间 的时间差(At)的装置，-用于确定所述差值(AV )与所述时间间隔(At)的比(AV/At) 的装置，-用于将所述比(AV/At)与预确定阈值(Vs，)相比较的装置， -用于当超过所述阈值(Vs,)时将信号反馈到所述信号化装置 (18)的装置。
12. 如权利要求5所述的设备，其特征在于比较器电路包括 -用于确定由物体对所述条带(2)的冲击提供的信号的最大负值(Vmin)的装置，-用于确定所述最大负值(Vmin)的至少一个预确定百分比 (P.Vmin)的装置，-用于确定在由所述预确定百分比值(p.Vmin)限定的所述最大 负值(Vmin)附近的所述信号的形式的装置，-用于确定所述最大负值(Vmin)和所述百分比值(p.Vmin)之 间的差值(AV)、以及与所述值(Vmin， p.Vmin)相关联的时刻之间 的时间差(At)的装置，-用于确定所述差值(AV )与所述时间间隔(At)的比(AV/At) 的装置，-用于将所述比(AV/At)与两个单独的预确定阈值(Vs，， Vs，，) 相比较的装置，-用于当所述比(AV/At)位于所述阈值(Vs，， Vs，，)之间并且 信号形式在所述最大负值(Vmin)附近关于通过最大点的垂直线非常 不对称时，将信号馈送到所述信号化装置(18)的装置。
13. 如权利要求12所述的设备，其特征在于包括用于确定其 中所述信号是最大负值(Vmin)的时刻和其中所述信号取等于所述最 大负值(Vmin)的相同百分比(p. Vmin)的值的两个时刻中的每个时 刻之间的时间间隔的装置，和用于比较由此确定的两个时间间隔的装 置。
全文摘要
一种用于感测物体对位于支架上的条带的冲击的设备，其特征在于包括呈现压电特性的材料条带(2)，可应用于被监视区域中的支架；由导电材料制成的并且与所述条带(2)以平行于它的方式相关联的至少一个连续带(4)；连接到所述连续带以调整由所述物体对所述条带(2)的冲击产生的电信号的装置(6)；用于感测所述信号的装置(12)；用于表示所感测的信号的装置(18)。
文档编号A63B71/06GK101668570SQ200880012493
公开日2010年3月10日 申请日期2008年2月27日 优先权日2007年3月2日
发明者G·帕思尼, L·佩雷特图, P·泽纳罗, R·蒂纳雷利 申请人:G.M.电子有限责任公司