一种短跑运动实验用加速度测量装置及其方法

1.本发明涉及运动训练技术领域，具体为一种短跑运动实验用加速度测量装置及其方法。


背景技术：

2.短跑运动是田径竞赛项目的其中一类，一般包括：50米跑、60米跑、100米跑、200米跑，400米跑，4
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100米接力跑等几项；其运动特性：人们同时以最快的速度，在田径跑道上跑完规定的距离，并以最先跑完者为获胜者的项目。
3.运动员在短跑运动训练的过程中，需要通过加速度计对短跑运动过程中的加速度进行测量，加速度计在操作使用的过程中，检测质量块受支承的约束只能沿一条轴线移动，这个轴常称为输入轴或敏感轴，当仪表壳体随着运载体沿敏感轴方向作加速运动时，根据牛顿定律，具有一定惯性的检测质量力图保持其原来的运动状态不变，它与壳体之间将产生相对运动，使弹簧变形，于是检测质量块在弹簧力的作用下随之加速运动，当弹簧力与检测质量加速运动时产生的惯性力相平衡时，检测质量与壳体之间便不再有相对运动，这时弹簧的变形反映被测加速度的大小，电位器作为位移传感元件把加速度信号转换为电信号，以供输出，实现加速度的测量。
4.但是加速度计在测量的过程中，仪表壳体在运动员奔跑的过程中易发生倾斜，造成检测质量块对弹簧的推力为运动过程中惯性力在倾斜放下的分力，降低加速度检测装置检测的准确性，为此，我们提出一种短跑运动实验用加速度测量装置。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种短跑运动实验用加速度测量装置，避免仪表壳体在运动员奔跑的过程中易发生倾斜，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种短跑运动实验用加速度测量装置，包括测量箱，所述测量箱通过魔术贴粘贴连接在运动服上，所述测量箱的内部设置有加速度计，所述加速度计由外壳、安装槽、检测质量块、复位弹簧及电位计组成，还包括设置在测量箱内部的两个支撑板、固定在加速度计上的u型架及设置在测量箱上用于测量箱内部压力调节控制的调节组件，所述加速度计设置在两个支撑板之间，所述加速度计的两侧固定有转轴，两个所述转轴分别转动连接在两个支撑板上，所述u型架的上端固定有安装板，所述安装板上设置有用于加速度计测量过程中避免受力倾斜的定轴组件。
7.优选的，所述定轴组件包括设在安装板上的外环，所述外环上转动连接有内环轴，所述内环轴位于外环内部的一端固定有内环，所述内环上转动连接有转子轴，所述转子轴上固定有转子，所述测量箱上设置有用于转子轴驱动的驱动组件。
8.优选的，所述驱动组件包括滑动连接在测量箱上的驱动轴，所述转子轴及驱动轴相对的一端分别设置有花键槽及花键，所述花键槽与花键之间相互匹配设置，所述驱动轴上设置有花键槽与花键连接过程中定位的定位板，所述驱动轴远离测量箱的一端固定有连
接杆，所述连接杆上开设有用于与外部驱动设备输出端连接的连接槽，所述驱动轴上设置有用于驱动轴驱动速度控制的控制组件。
9.优选的，所述控制组件包括设置在驱动轴外部的环形板，所述环形板的内部上开设有环形槽，所述环形槽上转动连接有环形条，所述环形条与驱动轴的外部侧壁相固定，所述测量箱的内部固定有安装箱，所述安装箱靠向环形板的一侧滑动连接有条形板，所述安装箱的内部设置有用于条形板连接的连接组件，所述条形板的下端固定有多个限位板，各个所述限位板的一侧设置有斜面，所述驱动轴上设置有用于条形板推动的推动组件，所述测量箱的内部设置有用于环形板复位的复位组件；
10.所述连接组件包括固定在安装箱内部的多个套管，各个所述套管上滑动连接有滑杆，各个所述滑杆的另一端与条形板相固定；
11.所述复位组件包括滑动连接在环形板上的t型导杆，各个所述t型导杆的一端与测量箱的内壁相固定，各个所述t型导杆的侧壁上套设有第一弹簧。
12.优选的，所述推动组件包括固定在条形板一侧的传动板，所述驱动轴上固定有套板，所述套板上固定有多个安装套管，各个所述安装套管上滑动连接有推动销，各个所述安装套管的内部安装有用于推动销连接的第二弹簧。
13.优选的，所述调节组件包括安装在测量箱上的l型安装管，所述l型安装管与测量箱的内部相通设置，所述l型安装管上安装有两个单向阀，两个所述单向阀的导通方向为测量箱的内部至l型安装管外部，所述l型安装管上安装有操作管，所述操作管上滑动连接有活塞杆，所述活塞杆的另一端固定有t型推板，所述驱动轴上设置有用于t型推板推动挤压的挤压组件，所述l型安装管上设置有用于t型推板推动后复位的弹性组件。
14.优选的，所述挤压组件包括固定在驱动轴上的驱动盘，所述驱动盘上的侧壁上环形阵列设置有多个用于t型推板推动的凸起。
15.优选的，所述弹性组件包括滑动连接在t型推板上的t型复位杆，各个所述t型复位杆上套设有第三弹簧。
16.优选的，所述测量箱上设置有加速度计初始位置确认的确认组件，所述确认组件包括固定在转轴一端的把手，所述把手位于测量箱的外部，所述加速度计上固定有弧形刻度盘，所述转轴上固定有指针，所述测量箱透明设置。
17.优选的，一种短跑运动实验用加速度测量方法，包括以下步骤：
18.s1：通过加速度测量装置对运动员短跑过程中的加速度进行测量时，通过魔术贴将测量箱贴合安装在运动员运动服上；
19.s2：测量箱安装完成后，观察测量箱内部转轴上的指针是否指向弧形刻度盘的水平位置，若存在偏差通过把手驱动转轴转动并使指针保持指向弧形刻度盘上的水平位置，通过指针与弧形刻度盘上位置的确认，便于测量箱内部加速度计水平设置在测量箱的内部，通过加速度计水平的设置，在运动的过程中，使检测质量块在安装槽内部沿着感受轴线水平滑动，保持惯性力与复位弹簧受到的弹力在一个水平方向上，便于精准的对运动过程中的加速度进行检测；
20.s3：测量箱的位置确认后，将外部的驱动设备的输送端插设在连接杆上的连接槽内部，通过外部的驱动设备驱动连接杆进行转动；
21.s4：在连接杆转动的过程中，带动驱动盘同步进行转动，在驱动盘转动的过程中，
通过各个凸起分别对t型推板的推动及各个第三弹簧对推动后的t型推板的复位作用，使驱动盘在转动的过程中，驱动t型推板及活塞杆受力进行往复运动，因两个单向阀的导通方向为测量箱的内部至l型安装管外部，通过活塞杆在操作管上的往复运动，可以将测量箱内部的空气不断的吸入至l型安装管上两个单向阀之间并最终从l型安装管上向外推出，减少测量箱内部的空气；
22.s5：测量箱内部抽气完成后，将连接杆靠向测量箱的内部挤压，推动驱动轴靠向转子轴转动，在运动的过程中，将花键插入至花键槽的内部并通过定位板进行定位，此时驱动轴的转动带动转子轴同步发生转动，通过转子轴的转动，带动转子发生转动；
23.s6：在驱动轴靠向转子轴运动的过程中，通过控制组件及推动组件，驱动转子轴达到一定转速后使驱动轴断开与转子轴的连接，而驱动转动后的转子轴因驱动后的惯性及安装箱内部抽气后阻力减小的作用，使转子轴保持长时间高速转动，通过转子轴长时间的高速转动，在没有任何外力矩作用在转子轴上时，转子轴在惯性空间中的指向保持稳定不变，即指向一个固定的方向，同时反抗任何改变转子轴向的力量，进一步的使在测量的过程中测量箱始终保持调整后的水平状态，避免测量过程中测量箱受力发生倾斜造成测量存在误差，提高了加速度检测装置检测的准确性。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.本发明的短跑运动实验用加速度测量装置，通过定轴组件，使加速度测量装置在测量的过程中测量箱始终保持调整后的水平状态，避免测量过程中测量箱受力发生倾斜造成测量存在误差，提高了加速度检测装置检测的准确性。
附图说明
26.图1为本发明整体结构示意图；
27.图2为本发明的测量箱内部结构示意图；
28.图3为本发明的控制组件及推动组件结构示意图；
29.图4为本发明的加速度计结构示意图；
30.图5为图1中a处放大图；
31.图6为图2中b处放大图；
32.图7为图3中c处放大图；
33.图8为本发明为驱动组件、定轴组件及挤压组件连接关系示意图。
34.图中：1、运动服；2、测量箱；3、加速度计；301、安装槽；302、检测质量块；303、复位弹簧；304、电位计；4、支撑板；5、转轴；6、u型架；701、外环；702、内环轴；703、内环；704、转子轴；8、安装板；901、驱动轴；902、花键槽；903、花键；904、定位板；905、连接杆；906、连接槽；1001、环形板；1002、安装箱；1003、条形板；1004、限位板；1005、斜面；1101、套管；1102、滑杆；1201、传动板；1202、套板；1203、安装套管；1204、推动销；1205、第二弹簧；1301、t型导杆；1302、第一弹簧；1401、l型安装管；1402、单向阀；1403、操作管；1404、活塞杆；1405、t型推板；1501、t型复位杆；1502、第三弹簧；1601、驱动盘；1602、凸起；1701、把手；1702、弧形刻度盘；1703、指针。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.实施例1
37.请参阅图1-图8，图示中的一种短跑运动实验用加速度测量装置，包括测量箱2，测量箱2通过魔术贴粘贴连接在运动服1上，测量箱2的内部设置有加速度计3，加速度计3由外壳、安装槽301、检测质量块302、复位弹簧303及电位计304组成，还包括设置在测量箱2内部的两个支撑板4、固定在加速度计3上的u型架6及设置在测量箱2上用于测量箱2内部压力调节控制的调节组件，加速度计3设置在两个支撑板4之间，加速度计3的两侧固定有转轴5，两个转轴5分别转动连接在两个支撑板4上，u型架6的上端固定有安装板8，安装板8上设置有用于加速度计3测量过程中避免受力倾斜的定轴组件。
38.定轴组件包括设在安装板8上的外环701，外环701上转动连接有内环轴702，内环轴702位于外环701内部的一端固定有内环703，内环703上转动连接有转子轴704，转子轴704上固定有转子，测量箱2上设置有用于转子轴704驱动的驱动组件，通过控制组件及推动组件，驱动转子轴704达到一定转速后使驱动轴901断开与转子轴704的连接，而驱动转动后的转子轴704因驱动后的惯性及安装箱1002内部抽气后阻力减小的作用，使转子轴704保持长时间高速转动，通过转子轴704长时间的高速转动，在没有任何外力矩作用在转子轴704上时，转子轴704在惯性空间中的指向保持稳定不变，即指向一个固定的方向，同时反抗任何改变转子轴704向的力量，进一步的使在测量的过程中测量箱2始终保持调整后的水平状态，避免测量过程中测量箱2受力发生倾斜造成测量存在误差，提高了加速度检测装置检测的准确性。
39.驱动组件包括滑动连接在测量箱2上的驱动轴901，转子轴704及驱动轴901相对的一端分别设置有花键槽902及花键903，花键槽902与花键903之间相互匹配设置，驱动轴901上设置有花键槽902与花键903连接过程中定位的定位板904，驱动轴901远离测量箱2的一端固定有连接杆905，连接杆905上开设有用于与外部驱动设备输出端连接的连接槽906，驱动轴901上设置有用于驱动轴901驱动速度控制的控制组件，将连接杆905靠向测量箱2的内部挤压，推动驱动轴901靠向转子轴704转动，在运动的过程中，将花键903插入至花键槽902的内部并通过定位板904进行定位，此时驱动轴901的转动带动转子轴704同步发生转动，通过转子轴704的转动，带动转子发生转动。
40.控制组件包括设置在驱动轴901外部的环形板1001，环形板1001的内部上开设有环形槽，环形槽上转动连接有环形条，环形条与驱动轴901的外部侧壁相固定，测量箱2的内部固定有安装箱1002，安装箱1002靠向环形板1001的一侧滑动连接有条形板1003，安装箱1002的内部设置有用于条形板1003连接的连接组件，条形板1003的下端固定有多个限位板1004，各个限位板1004的一侧设置有斜面1005，驱动轴901上设置有用于条形板1003推动的推动组件，测量箱2的内部设置有用于环形板1001复位的复位组件，在驱动轴901靠向转子轴704运动的过程中，带动环形板1001同步靠向转子轴704运动，在环形板1001运动的过程中，环形板1001与各个限位板1004上的斜面1005相抵，在力的作用下，推动条形板1003靠向
安装箱1002的内部滑动，当驱动轴901与转子轴704的一端相互连接并定位后，环形板1001不再与限位板1004上的斜面1005相抵，此时条形板1003在自身重力的作用下进行复位，并使限位板1004的一侧与环形板1001相抵，使推动后的驱动轴901此时无法复位，代表此时转子轴704的转动速度为达到要求，避免转子轴704的转速未达到要求时驱动轴901断开连接；
41.连接组件包括固定在安装箱1002内部的多个套管1101，各个套管1101上滑动连接有滑杆1102，各个滑杆1102的另一端与条形板1003相固定，通过各个套管1101及滑杆1102，对条形板1003的运动进行导向；
42.复位组件包括滑动连接在环形板1001上的t型导杆1301，各个t型导杆1301的一端与测量箱2的内壁相固定，各个t型导杆1301的侧壁上套设有第一弹簧1302，在环形板1001运动的过程中，通过各个t型导杆1301，对环形板1001的运动进行导向，通过各个第一弹簧1302，便于受力后环形板1001的复位。
43.推动组件包括固定在条形板1003一侧的传动板1201，驱动轴901上固定有套板1202，套板1202上固定有多个安装套管1203，各个安装套管1203上滑动连接有推动销1204，各个安装套管1203的内部安装有用于推动销1204连接的第二弹簧1205，随着外部驱动设备对驱动轴901及转子轴704驱动速度的不断增加，使各个推动销1204受到的离心力不断增加并在安装套管1203上远离套板1202运动，当驱动轴901及转子轴704的速度增加到一定数值后，通过各个推动销1204的不断运动，使推动销1204随着驱动轴901的转动与传动板1201相抵，推动传动板1201及条形板1003靠向安装箱1002的内部运动，使限位板1004不再对环形板1001进行限位，因此只有在驱动轴901及转子轴704达到一定输送后驱动轴901才能断开复位，保证每次驱动，转子轴704均能达到一定转速要求。
44.调节组件包括安装在测量箱2上的l型安装管1401，l型安装管1401与测量箱2的内部相通设置，l型安装管1401上安装有两个单向阀1402，两个单向阀1402的导通方向为测量箱2的内部至l型安装管1401外部，l型安装管1401上安装有操作管1403，操作管1403上滑动连接有活塞杆1404，活塞杆1404的另一端固定有t型推板1405，驱动轴901上设置有用于t型推板1405推动挤压的挤压组件，l型安装管1401上设置有用于t型推板1405推动后复位的弹性组件，通过挤压组件及弹性组件，驱动t型推板1405及活塞杆1404受力进行往复运动，因两个单向阀1402的导通方向为测量箱2的内部至l型安装管1401外部，通过活塞杆1404在操作管1403上的往复运动，可以将测量箱2内部的空气不断的吸入至l型安装管1401上两个单向阀1402之间并最终从l型安装管1401上向外推出，减少测量箱2内部的空气，通过测量箱2内部空气的抽出，降低摩擦力，便于转子轴704长时间的转动。
45.挤压组件包括固定在驱动轴901上的驱动盘1601，驱动盘1601上的侧壁上环形阵列设置有多个用于t型推板1405推动的凸起1602，在连接杆905转动的过程中，带动驱动盘1601同步进行转动，在驱动盘1601转动的过程中，通过各个凸起1602，便于间歇性的对t型推板1405进行推动。
46.弹性组件包括滑动连接在t型推板1405上的t型复位杆1501，各个t型复位杆1501上套设有第三弹簧1502，通过各个t型复位杆1501，对受力后的t型推板1405进行导向，通过各个第三弹簧1502，便于受力后的t型推板1405进行复位。
47.测量箱2上设置有加速度计3初始位置确认的确认组件，确认组件包括固定在转轴5一端的把手1701，把手1701位于测量箱2的外部，加速度计3上固定有弧形刻度盘1702，转
轴5上固定有指针1703，测量箱2透明设置，测量箱2安装完成后，观察测量箱2内部转轴5上的指针1703是否指向弧形刻度盘1702的水平位置，若存在偏差通过把手1701驱动转轴5转动并使指针1703保持指向弧形刻度盘1702上的水平位置，通过指针1703与弧形刻度盘1702上位置的确认，便于测量箱2内部加速度计3水平设置在测量箱2的内部，通过加速度计3水平的设置，在运动的过程中，使检测质量块302在安装槽301内部沿着感受轴线水平滑动，保持惯性力与复位弹簧303受到的弹力在一个水平方向上，便于精准的对运动过程中的加速度进行检测。
48.一种短跑运动实验用加速度测量方法，包括以下步骤：
49.s1：通过加速度测量装置对运动员短跑过程中的加速度进行测量时，通过魔术贴将测量箱2贴合安装在运动员运动服1上；
50.s2：测量箱2安装完成后，观察测量箱2内部转轴5上的指针1703是否指向弧形刻度盘1702的水平位置，若存在偏差通过把手1701驱动转轴5转动并使指针1703保持指向弧形刻度盘1702上的水平位置，通过指针1703与弧形刻度盘1702上位置的确认，便于测量箱2内部加速度计3水平设置在测量箱2的内部，通过加速度计3水平的设置，在运动的过程中，使检测质量块302在安装槽301内部沿着感受轴线水平滑动，保持惯性力与复位弹簧303受到的弹力在一个水平方向上，便于精准的对运动过程中的加速度进行检测；
51.s3：测量箱2的位置确认后，将外部的驱动设备的输送端插设在连接杆905上的连接槽906内部，通过外部的驱动设备驱动连接杆905进行转动；
52.s4：在连接杆905转动的过程中，带动驱动盘1601同步进行转动，在驱动盘1601转动的过程中，通过各个凸起1602分别对t型推板1405的推动及各个第三弹簧1502对推动后的t型推板1405的复位作用，使驱动盘1601在转动的过程中，驱动t型推板1405及活塞杆1404受力进行往复运动，因两个单向阀1402的导通方向为测量箱2的内部至l型安装管1401外部，通过活塞杆1404在操作管1403上的往复运动，可以将测量箱2内部的空气不断的吸入至l型安装管1401上两个单向阀1402之间并最终从l型安装管1401上向外推出，减少测量箱2内部的空气；
53.s5：测量箱2内部抽气完成后，将连接杆905靠向测量箱2的内部挤压，推动驱动轴901靠向转子轴704转动，在运动的过程中，将花键903插入至花键槽902的内部并通过定位板904进行定位，此时驱动轴901的转动带动转子轴704同步发生转动，通过转子轴704的转动，带动转子发生转动；
54.s6：在驱动轴901靠向转子轴704运动的过程中，带动环形板1001同步靠向转子轴704运动，在环形板1001运动的过程中，环形板1001与各个限位板1004上的斜面1005相抵，在力的作用下，推动条形板1003靠向安装箱1002的内部滑动，当驱动轴901与转子轴704的一端相互连接并定位后，环形板1001不再与限位板1004上的斜面1005相抵，此时条形板1003在自身重力的作用下进行复位，并使限位板1004的一侧与环形板1001相抵，使推动后的驱动轴901此时无法复位，代表此时转子轴704的转动速度为达到要求，需要继续加速驱动，而随着外部驱动设备对驱动轴901及转子轴704驱动速度的不断增加，使各个推动销1204受到的离心力不断增加并在安装套管1203上远离套板1202运动，当驱动轴901及转子轴704的速度增加到一定数值后，通过各个推动销1204的不断运动，使推动销1204随着驱动轴901的转动与传动板1201相抵，推动传动板1201及条形板1003靠向安装箱1002的内部运
动，使限位板1004不再对环形板1001进行限位，此时断开对驱动轴901的驱动，驱动轴901及环形板1001在各个第一弹簧1302的弹力作用下进行复位，而驱动转动后的转子轴704因驱动后的惯性及安装箱1002内部抽气后阻力减小的作用，使转子轴704保持长时间高速转动，通过转子轴704长时间的高速转动，在没有任何外力矩作用在转子轴704上时，转子轴704在惯性空间中的指向保持稳定不变，即指向一个固定的方向，同时反抗任何改变转子轴704向的力量，进一步的使在测量的过程中测量箱2始终保持调整后的水平状态，避免测量过程中测量箱2受力发生倾斜造成测量存在误差，提高了加速度检测装置检测的准确性。
55.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
56.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。