用于测量施加于可移动比赛设备上的投射力的设备和方法 |
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| 申请号 | CN200680027896.6 | 申请日 | 2006-07-27 | 公开(公告)号 | CN101232923B | 公开(公告)日 | 2011-10-19 |
| 申请人 | 开罗斯科技股份公司; | 发明人 | 乌多·金茨勒; 沃尔特·恩格勒特; | ||||
| 摘要 | 为测量施加于可移动比赛设备上的投射 力 ，记录所述投射过程中所述 加速 度的时间曲线或所述投射过程中所述比赛设备内部的所述压力的时间曲线，并进行处理，以获取 能量 度量，所述能量度量用于提供有关所述投射力的信息。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于测量花费在可移动比赛设备上的投射力的设备，包括下列特征： |
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| 说明书全文 | 用于测量施加于可移动比赛设备上的投射力的设备和方法[0002] 长期以来，各种兴趣组都希望研究并理解运动物体和/或人员的运动序列，这要求对物体的空间和时间的位置的准确的指示。这里特别重要的是，其中，比赛的球，特别是商业化的体育比赛中，如橄榄球或足球，它们在三维空间中加速度非常高，以及网球或高尔夫球。取决于比赛的类型，谁最后一个接触比赛的用品，它是如何被碰撞的以及它是在哪一个方向加速的问题对于比赛的结果可能是决定性的。 [0003] 在诸如网球、高尔夫球、橄榄球等等高水平的体育比赛中所使用的比赛设备，现在可以加速到非常高的速度，以致于在运动过程中检测该比赛用品需要非常复杂的技术。到目前为止所使用的技术手段-主要是摄像机-要么完全不能满足上文所阐述的要求，要么只在一定的程度上满足这些要求，迄今为止已知的，用于通过各种发射器和接收器组合进行位置测定的方法，在位置指示的空间分辨率方面、在所需的发射器/接收器组件的易用性方面，以及最重要的是，在对通过发射器/接收器系统所获得的数据方面，还保留着比较大的误差容限，以致于尽可能快地评估从此数据获得的结果还不可能实现，或者至少需要大量的工作来进行这种评估。 [0004] 不仅在可以使用可移动比赛设备的商业化体育比赛领域，而且在个人领域，用户已经越来越习惯于电子设备表示各种信息片段来给用户提供关于他/她如何影响了比赛用品的反馈或给他/她提供有关如何运动员如何影响比赛设备的信息。 [0006] 另一方面，有人推出了一种装置，例如，在网球中，这项运动是非常可计划的清楚地安排的环境，只有两个运动员，这种用于测量，例如，在发球时网球的速度，以便查看者能够评估发球是“硬的”还是“软的”。 [0007] 有关可能通过光学方法进行的这种速度测量的问题是这样的事实：它们不能在运动员处于混乱状态下的环境内起作用，如在足球射门时，不仅只有两个人处于活动状态，而是有22个人，他们不象在网球中那样等待发球，他们不位于同一地点，而是可能构成形成射门前的任何队形。另一方面，特别是在足球中，重要的是，无论是对于运动员在训练中的反馈，还是对于观众知道，例如，射门实际是如何产生的和/或射门力有多大。 [0008] 如此，在足球赛中踢足球或在网球赛中击打网球代表了对比赛设备的实际″基本″影响，这种影响对于比赛如何继续始终是决定性的，因为最终一切都是对可移动比赛设备做某些事情，如把它打到对手的场地上(如在网球中)或把它弄到球门中(如在足球中)或将它投到球篮中(如在篮球中)或使它与对手的场地的地面接触(如在排球中)。由于难以连续地改变动态比赛中的星座，特别是在团体比赛中，然而，也在网球中，当当前没有发球，而是球正在运动中，外部的速度测量将失败，会导致这样的事实：当前没有可以以灵活的方式使用的投射力检测系统。 [0009] 另一方面，对于体育领域，而且对于休闲领域，进一步由于这些领域的高度商业化所造成的局限性。所有提供补充信息的系统，特别是当它们用于休闲或用于休闲体育时，必须可以以低价提供，因为它们决不是用户“绝对需要”的物品，但是也可能愿意购买。特别是在这样的市场上，能够以低价提供健壮的系统是决定性的。例如，系统必须不能需要高水平的维护或高级的设备，诸如，例如，用于测量网球运动员的发球的速度测量系统。由于相对来说比较高的成本，小的网球俱乐部决不会购买这样的系统用于训练，该系统更多地适用于希望在他/她的业余时间能很快提高打网球的水平的个人。 [0010] 本发明的目的是提供用于测量施加于可移动比赛设备上的投射力的概念，该概念可以灵活的方式应用，同时成本也比较低。 [0011] 此目的是通过根据权利要求1所述的用于测量施加于可移动比赛设备上的投射力的设备，通过根据权利要求13所述的测量施加于可移动比赛设备上的投射力的方法，或者通过根据权利要求12所述的可移动比赛设备来实现的。 [0012] 本发明基于这样的发现：可以进行投射力测量，这种测量是准确的，维护量低，同时可以以灵活的方式使用，因为提供了可移动比赛设备的加速度的时间曲线或内部压力的时间曲线，以便处理此时间曲线，特别地是为了获取取决于通过投射传递到该目标的能量的能量度量。此外，还提供了用于提供有关投射力的信息的装置，该装置使用协同度量来确定投射力。如此，根据本发明，所要进行的不是直接速度测量，而是，在优选实施例中，至多是间接速度测量，以便检测时间加速度曲线和时间压力曲线，处理这些时间曲线，以获取能量的度量，即，以线性的或非线性的或在某种其他方式与能量关联的某种数量。然后，根据本发明，使用此度量来提供投射力信息。此投射力信息可以是数值，可以是没有单位的数值，例如，用1和10之间的刻度来表示，也可以是开端刻度上的值，也可以是代表在射门时施加于可移动比赛设备上的力的值，也可以是能量值，即，在投射时施加于可移动比赛设备上的能量的值。 [0013] 或者，投射力也可以是提供球将会飞多远的度量的长度的指示，例如，如果球以最佳角射门，而没有任何旋转。这样的投射力结果非常有意义，特别对于诸如足球或美国足球之类的球类运动，因为对运动员来说，长度度量，例如，一次传球或踢球能走多远，其含义要比数值或体力或能量单位广得多。然而，为了与其他运动员进行比较，没有单位得数量的度量是非常重要的，无论它是有限还是无限度的。 [0014] 在优选实施例中，还检测球的接触。这里，可以使用各种组件来执行两个任务。为此，使用具有不同信号速度的两个信号对于健壮地然而有效而精确地检测与可移动设备的接触是理想的。如此，根据本发明，位于可移动设备(例如，在足球中)内的检测器检测诸如运动员的腿之类的目标是否位于足球的附近。这是例如通过压力、加速度或振动测量或通过非接触测量来实现的。 [0015] 一旦进行了检测，知道目标位于可移动设备的附近，则控制发射器模块以发射具有不同信号速度的两个信号。连接到目标的接收器设备将检测第一信号，然后等待某一时间段，以便接收具有较低的信号速度的第二信号。如果在接收到第一个快速的信号时开始的预先确定的时间段内检测到具有较低的信号速度的信号，则应该假定已经接收到第一信号，在预先确定的时间段内，也接收到第二信号的目标，与可移动设备接触。这反映在，在预先确定的时间段内已经检测到接收了第二信号的检测器提供检测器输出信号，存储器随后存储有检测器输出信号的事实，即，很可能已经与球进行了接触。作为替代，或作为补充，产生检测器信号时的绝对时刻可以存储在存储器中，以便当一个人想起一场足球比赛时，瞬间结果序列可以，例如，在比赛之后或在比赛过程中，被读出以作为其函数，确定运动员与球接触了多少次，或一般而言，一个对象与可移动设备进行了多少次接触。 [0016] 如果一个人假设，例如，多个足球运动员靠近球，则将由多个接收器设备检测到快速信号。然而，如果选择预先确定的时长以便很可能实际上只有与可移动设备最接近的那个接收器设备才可以在预先确定的时间段内接收到第二信号，虽然离得比较远的接收器设备也接收到第二信号，但是只有在预先确定的时长过期之后，才会为那些运动员注册与球进行接触的信息。 [0017] 通过在运动员携带的接收器设备中设置预先确定的时长，如此可以设置精确度和/或要检测的范围。为此，不需要接近球本身。 [0018] 此外，使用不同速度的两个信号还可以省去球本身中的任何复杂的也易于发生故障的电子仪器。只须确保球具有临近探测器，该临近探测器以接触控制或非接触型方式运转并且然后控制不同延迟时间的两个信号的发射。如此，在球本身内不需要复杂的电子仪器，这是特别有好处的，因为作用于球中的力和加速度会非常巨大，以致于在球里面的环境对于电子系统是非常严酷的。 [0019] 在接收器那一端，不需要个人标识等等，这是有很大好处的-特别是如果一个人认为这里所处理的是大众商品(mass product)，即，可能运动员都将配备有接收器设备-因为如此，所有接收器设备都可能以相同的方式运转，不需要任何具体的标识，这也使接收器设备简单并且维护费用低甚至完全没有维护费用。此外，简单而健壮的结构也确保了安全性，难以被窜改。 [0021] 图1是包括可移动设备和配备有接收器的多个目标的投掷的示意图； [0022] 图2描述了运动员，以足球作为可移动设备的示例； [0023] 图3是示意系统简图； [0024] 图4a是可移动设备内的功能组的比较详细的视图； [0025] 图4b是图4a的发射器模块的比较详细的表示形式； [0026] 图5a是接收器设备的方框图表示形式；以及 [0027] 图5b是图5a的接收器设备的比较详细的表示形式； [0028] 图6a描述了在射门过程中随着时间的推移加速度的定性示意曲线； [0029] 图6b描述了在射门过程中随着时间的推移速度的定性曲线； [0030] 图6c显示了在射门过程中施加于可移动比赛设备上的力的定性曲线，[0031] 图6d显示了作为覆盖的距离的函数的力的定性曲线，力是在射门过程中施加于可移动比赛设备上的； [0032] 图6e显示了能量度量和投射力之间的首选分配表； [0033] 图7显示了可移动比赛设备的内部压力的定性曲线； [0034] 图8显示了用于使用空闲状态内部压力作为参数确定投射力的一组直线； [0035] 图9显示了本发明的用于测量施加于可移动比赛设备上的投射力的设备的示意方框图；以及 [0036] 图10显示了通过时间压力曲线进行的首选投射力测量的流程图。 [0037] 为改善一个人在球赛中技能，或能够将自己与其他运动员进行比较，必须以简单的方式获得客观数据。此数据必须是可视化的，以便可以获得训练反馈或与其他运动员进行比较。为此，在比赛设备内提供了相应的组件，以及，如果有必要，还提供包括显示单元的数据检测设备。 [0038] 在低成本的系统中，不能通过无线电信号的延迟时间，来识别人。为此，传入的无线电信号将必须与高度准确的时间参考进行比较。此外，还必须建造一个网络，在该网络内，比较所有测量的时间，以确定与球最接近的运动员。因此，根据发射的无线电信号和声频信号，可以断定，谁最后一个与球进行了接触。 [0039] 通过测量作用于比赛设备上的力，也可以推断投射力或比赛设备的旋转速度。如果这需要能量观察，单个运动员可以学习控制他/她对比赛设备的影响。 [0041] 在详细描述本发明之前，应该指出，它不仅限于特定的组件或所讨论的过程，因为这些组件和方法可以变化。这里所使用的表达方式仅仅用于描述特定实施例，而不作为限制。如果在描述中以及在权利要求中使用了单数形式或不定冠词，它们也涉及这些元件的复数形式，除非在整个上下文清楚地指出。同样的道理在相反的方向也适用。 [0042] 图3显示了示意系统简图。具体来说，它显示了用于检测诸如球之类的比赛设备7上的力和/或运动率的设备，在球中提供了组件15，该组件15中填充了多个电子元件。可以不用组件，而是可以将电子组件置于球的护套上，例如，置于内侧，或悬挂在球的中心处。 [0043] 在比赛设备内提供了下列电子元件中的至少一个： [0046] -加速度传感器， [0047] -至少一个霍耳传感器16， [0048] -至少两个磁阻传感器， [0049] -至少两个线圈。 [0050] 电子元件通过声波或超声波发射器4或至少通过无线电发射器3，例如，通过电台1，与接收器2进行连接，例如，用于传输由电子元件检测到的数据。此外，还提供了微控制器11，用于处理数据。然后，可以将此数据传输到数据检测设备12。提供了评估单元13，用于评估呈现在显示单元14(如果必要的话)上的检测到的数据。优选情况下，数据检测设备12与至少一个运动员6关联，然而，优选情况下，与比赛的所有运动员关联，从而进行例如最近的运动员的定位，如稍后所说明的。 [0051] 对于某些比赛，如在足球比赛中，常常需要知道谁与球接触得最多。为确定这一点，必须判断，在与球进行接触的过程中，谁接触到了球。 [0052] 在低成本的系统中，不能通过无线电信号的延迟时间，来识别人。为此，必须将到达的无线电信号与高度准确的时间参考进行比较，并且必须建造网络，其中，将所有测量的时间进行比较，以便确定与球最接近的运动员。或者，可以使用球中的发射器的场强来估计距离。然而，这是不精确的。 [0053] 为使成本保持得低一些，在装置内测量声音的延迟时间。为此，当识别施加于比赛设备7上的力时比赛设备7通过发射器4发出声频信号作为声波或超声波。同时，无线电发射器3发射无线电信号。与运动员6关联的数据检测设备的接收器2注册声频信号以及无线电信号。时间差产生与球的距离。一旦识别了无线电信号，等待5毫秒，声频信号到达。如果在此时间段内识别到声脉冲，则可以假设，与运动员6关联的数据检测设备12的接收器2最大与球相距1.5米。很可能此运动员接触到了球。优选情况下，每一个运动员6都携带或佩带这样的接收器。统计并显示识别的声波脉冲的数量。使用此信息和赛事的时间，可以确定，在所有数据检测单元12的所有数据的随后的相互作用中，运动员6接触了多少次球。甚至可以进行关于传球是如何成功地进行的统计陈述，因为可以通过时间对比来确定传球的目标。可以用来检测下列各项，例如： [0054] -谁多少次丢球给对手？ [0055] -在实际比赛时间内与球的接触是否稳定，效果是否下降？ [0056] -谁向谁传了多少次球？ [0057] -一次传球将传给同一个球队的多个运动员的频度是多少？ [0058] 如此，评估单元13具有用于评估球的发射器4的声频信号或超声波是否在无线电信号到达之后的预先确定的时间内到达的装置。 [0059] 图9描述了本发明的用于测量施加于可移动比赛设备上的投射力的本发明设备。该设备包括用于提供可移动比赛设备的加速度的时间曲线或(内部)压力的装置90，当有由于射门所导致的对比赛设备的冲击时产生时间曲线。 [0060] 取决于运动的类型，如果可移动比赛设备是球的话，对可移动比赛设备起作用的对象是网球拍、足球运动员的腿、手球运动员的手、乒乓球拍等等。由于一个对象作用于位于投射范围内的可移动比赛设备，一个加速度施加于可移动比赛设备上，-假设可移动的物体之前处于静止状态-加速度是零，而在对象命中比赛设备时的时间t0，将突然地增大并将降低如图6a所示，直到可移动比赛设备离开击打该可移动比赛设备的对象时的时间t1。 [0061] 这种在时间t1的下降可以是比较陡，也可以不那么陡，也可以发生这样的情况：加速度曲线a(t)相对来说“平稳地”近似于零值，此时，速度恒定，由于空气摩擦所导致的减速，在某个时间点变为负值。由于摩擦或抓住目标导致的可移动比赛设备的减速最初与投射力测量不相干，或将根据投射力的定义加以考虑。当，例如，足球将飞行的距离以米来表示时，将出现后一种情况。然后，由于空气摩擦而造成的比赛设备的减速必须考虑在内，特别是当计算有关射门力(击打)的信息时，根据能量度量，必须将减速考虑在内。 [0062] 具体来说，图9中所描述的设备包括用于处理加速度的时间曲线或内部压力的时间曲线的装置92，以获取能量度量，该能量度量取决于通过投射施加到目标上的能量。这种能量度量可以是，例如，在时间t1通过投射施加于可移动比赛设备上的速度。图6b显示了这样的情况。如果再次假设，在时间t0，目标处于静止状态，由于在时间t0施加的加速度，其速度将增大，并一直上升，直到时间t1。例如，在时间t1，足球离开足球运动员的腿，达到最高速度vmax，然后由于空气摩擦再次降低。通过图6b的右侧显示的公式，可以轻松地计算出t0和t1之间的时间t的瞬时速度。 [0063] 然而，优选的能量度量是时间t1时的最高速度，因为这种能量-除通常可以忽略的势能之外-是由运动员传送给比赛设备的能量。如果运动员传递了大量能量，则他/她的投射力很大。另一方面，如果运动员传递了较小的能量，则他/她的投射力较低，假设对于两种情况，比赛设备的其他情况，例如，内部压力，是类似的，如稍后参考图8所详细说明的。 [0064] 如此，装置92可以计算，例如，最高速度作为能量度量，甚至可以使用球的质量来计算与最高速度关联的能量，被称为Emax。 [0065] 图9中所描述的设备进一步包括装置94，用于基于能量度量提供有关投射力的信息。将参考图6e说明装置94的功能，在此情况下，装置94只不过是一个分配表，该表将计算出的能量度量映射到例如1和10之间的刻度，与图6e的情况相同，或映射到开端的刻度或趋势指示。 [0066] 趋势指示将包括，将当前能量度量与以前确定的与另一个运动员关联的能量度量进行比较，以便能够作为趋势指示，即，作为有关投射力的信息，声明，当前运动员的投射力大于、等于或小于以前的运动员的投射力。 [0067] 可以使用任何所需的能量度量，即，甚至在评估如图6c所描述的力作为时间曲线的情况下，也可以如此将能量度量映射到投射力信息。如此，力曲线与加速度曲线成正比，确切地说，以可移动比赛设备的质量作为比例常数。力与时间的曲线也提供能量度量，可以例如通过对力与求积分来计算出能量度量。 [0068] 或者，如图6d所示，也可以作为在投射过程中球移动的轨迹的函数，测量施加于球上的方向力。如此，位于位置点x＝0(在球被运动员的腿踢中之前球所在的位置)的力，将增大到一个高位值，之后，该值将下降到某一值。球在轨迹上的位置点s0离开运动员的脚，以致于不再驱动力施加于球上，而只有由于空气摩擦存在的制动力，然而，在图6d中没有考虑该制动力。 [0069] 如此，能量度量也代表跨球所经过的轨迹测量的力的积分(加速度)。例如，可以同时利用球内的加速度传感器测量轨迹，如果加速度传感器是以三维方式运转并在方向方面敏感的加速度传感器的话。或者，也可以以不同的方式来计算抛射体的轨迹，如通过使用高度准确的基于卫星的或以地面为基地的定位系统或通过访问预定的表。然而，也可以采用使用振动陀螺仪的微型机械定位系统来确定轨迹，以便能够以数字方式计算图6中所描述的积分。 [0070] 然而，本发明的优选实施例是在可移动比赛设备内提供压力传感器。当可移动比赛设备被命中时，它可以具有如图7从质量方面所描述的压力曲线。在时间t0，对象命中可移动比赛设备，这将导致可移动比赛设备中的压力增大，因为可移动比赛设备被击打可移动比赛设备的对象弄得变形。这种压力增大将增大到最大压力Pmax，然后将再次降低，以致再次缩小到时间t1左右的静止时的压力，其特征在于，可移动比赛设备不再与对象接触。 [0071] 如此，根据本发明，可以发现，有关压力变化的积分，即，填充在图7中的阴影区域的面积，与施加于球上的能量关联，以便压力的时间曲线可以用于确定投射力。 [0072] 与加速度传感器相比，利用压力传感器特别有利，因为可以以简单的方式配置压力传感器，与加速度传感器相比，可以配置得健壮，而加速度传感器例如具有大量的抗弯梁。此外，如果将压力传感器置于可移动比赛设备内，压力传感器不发出方向性数值，而是发出无方向性的数值，而在加速度传感器中，只能通过提供昂贵的加速度传感器阵列来实现，加速度传感器阵列必须在三个空间方向都敏感。另一方面，只需一个压力传感器就足够提供可移动比赛设备的内部压力的压力曲线。 [0073] 如此，利用压力传感器可提供不需维护的，健壮的，同时，低成本地测量可移动比赛设备内的压力曲线并获取投射力信息的可能性，如稍后参考图8和10所阐述的。 [0074] 在本发明的优选实施例中，根据如图7所示的公式，对t0和t1之间的压力曲线求积分。这显示了，所求的积分不是绝对压力曲线，而是压力曲线与静止时的压力p0相比的变化。然而，也可以求绝对压力曲线的积分，以便在积分之后减去区域97。这可简单地从持续时间Δt和静止时的压力的乘积产生。 [0075] 从图8可以看出，投射力高度依赖于静止时的压力的水平。这可以从图8根据各种参数曲线来产生，一个参数曲线97是为小的静止时的压力p0绘制的，而位于98处的另一个参数曲线是为较高的压力p0绘制的。具体来说，图8的曲线组的x轴代表作为能量的度量的求了积分的压力变化(即，以实际单位计算出的-以(帕斯卡x秒)作为单位的度量。为了说明，在x轴上方绘制了图7所示的曲线的区域96。如果假设内部压力比较小的球，投射力的值将沿着取决于命中球的硬度的直线产生，即，投射力有多大。另一方面，如果将打足气的球用于比赛，对于相同的积分压力变化，与曲线97相比，作为能量的度量，获得了高得多的投射力。这是因为，打足气的球甚至对非常硬的射门而只产生比较小的变形，而充气不够充分的球对于相对来说比较软的射门也会变形得厉害，变形对应于积分的压力变化。 [0076] 作为替代，或作为补充，也可以通过图9的装置92来确定压力曲线随着时间的最大压力Pmax。具体来说，为了进行更简单的评估，可以假设，压力对时间的曲线，即，投射冲击目标的方式，对于所有射门都大致相同，以便只有最大值是决定性的。在此情况下，将提供类似于图8中的曲线组的一组直线，但是不以积分的压力变化(作为能量的度量)，而是以最大压力作为x轴。 [0077] 作为另一个备选方案，也可以确定压力偏差的曲线的持续时间，如果假设典型的压力曲线的形状大致相同，该压力偏差曲线也是投射过程中施加于可移动比赛设备上的能量的度量。 [0078] 在本发明的优选实施例中，首先在步骤100中确定静止时的内部压力p0。此确定过程可以投射之前进行，也可以在投射之后进行，并被用来选择图8的曲线组中的其中一个曲线。此外，使用在步骤101中确定的时间压力曲线p(t)，在步骤102中，从时间t0到时间t1，对压力变化求积分。如此，有关与静止时的压力的压力变化或有关压力偏差的积分，如步骤102所阐述的，提供了能量度量，然后，使用该能量度量来确定选定的参数曲线上的值。优选情况下，在步骤103中对包括一组曲线的表进行访问，以便给出一个三维表，该表包括三个值的组，该三个值的组的第一个值是静止时的压力p0，第二个值是积分的压力变化，而第三个值是投射力，如图8的y轴显示的。由步骤103提供此投射力信息。当比较图9和图10时，显然，步骤100和101是由装置90执行的，步骤102是由装置92执行的，步骤 103由装置94执行的。 [0079] 取决于本发明的系统的实现方式，即，取决于所需的多样性，在步骤103中也可以考虑在步骤104中输入的有关比赛设备的类型的信息。例如，投射力可以取决于球是网球还是足球。此外，投射力还在不同品牌的球之间有所不同。当球的“理想范围”(也取决于球的表面)被作为投射力时，这特别相关。球的表面越平滑，空气阻力越小，以致于对于传递的相同的能量，投射力-以米度量-将高于表面较粗的投射力。然而，两种投射力结果都取决于对球施加的能量，另外还取决于通过线路104输入的比赛设备的类型。 [0080] 取决于实现方式，图9所示的所有组件或只有某些组件将位于比赛设备本身内或置于与比赛设备有一些距离的中心设备中。 [0081] 在这样的系统的第一个实施例中，只有被配置为存储加速度或压力的时间曲线的加速度传感器或压力传感器才位于比赛设备本身内。然后，可以，例如，通过无线电发射器向接收器传输此加速度或压力的时间曲线，接收器可以例如以手表的形式提供给运动员。或者，球不必一定要具有无线电接收器，而是可以具有输出接口，当球被置于专门配置的扩展坞中时，该输出接口将读出存储的加速度或压力的曲线。然后，在诸如运动员的手表或足球球门等等上的中心接收台中之类的外部站中执行方框92中的处理，并在方框94中提供投射力信息。 [0082] 或者，装置90和装置92两者的功能都可以集成到球中，而球已经向外部接收台提供能量测量结果。这将导致从球向外面传输的数据变少，但在比赛设备内需要更强的处理器能力。 [0083] 或者，装置90、92、94全部都可以在可移动比赛设备内实现，以便由球直接地指出有关投射力的信息，或者该信息通过输出接口输出，该输出接口可以是，例如，无线电接口或接触接口。 [0084] 如果球内只存在一个传感器，并且如果球输出加速度或内部压力的时间曲线，图9中所描述的系统还包括外部接收接口6的功能。那么，用于提供图9的加速度或内部压力的时间曲线的装置90是外部计算器的输入接口，该外部计算器另外还包括装置92和装置94。 [0085] 例如，本发明的用于测量投射力的设备可以完全置于可移动比赛设备内，或完全置于比赛设备的外面，或部分地置于可移动比赛设备内，部分地置于可移动比赛设备外面。 [0086] 在这种意义上讲，以这样的部分实现方式实现的测量施加于可移动比赛设备上投射力的方法两者都包括比赛设备和评估设备，或只包括比赛设备或只包括评估设备。 [0087] 如此，本发明提供了投射力的检测，并可以从该检测结果确定比赛设备7的飞行速度。如此，在足球比赛中，常常有谁具有“最硬”的射门。特别是对于此实施例，而且对于其他实施例，还有将评估单元13也集成到比赛设备7内的组件15中的可能性。测量投射力的传感器可以安装在比赛设备7上。优选情况下，此传感器是压力传感器10或加速度传感器。通过内部微控制器来测量此传感器的信息，并例如向运动员的数据检测设备12上的显示单元14传输该信息。为确定投射力，必须测量在投射过程中给球提供的能量。为此，评估单元13具有用于随着时间的推移检测由压力传感器10确定的压力的装置，或用于检测由加速度传感器检测到的加速度的装置。此外，还提供了使用压力曲线或加速度曲线计算运动员6施加于球7的力的计算装置。 [0088] 利用加速度传感器，直接测量加速度，并将结果报告给比赛设备7内的微控制器。所述微控制器根据球的已知质量和测量的加速度来计算施加于球中的力。这些计算还包括向球所传送的能量的空气动力学和时间曲线。计算不仅包括向评估单元13传输总能量，而且还包括传输向球转移的能量的时间曲线。 [0089] 在压力传感器10的替代使用中，测量了射门过程中球的内部压力如何增大。这些压力变化和关联的时间曲线使球里头的微控制器确定已经施加于球上的力。通过使用压力测量，可以判断球变形到什么程度。变形的程度越大，投射力就越大。为此，使用压力传感器10测量内部压力的峰值和压力曲线。使用一组曲线，测量提供到球的能量。例如，可以根据经验，通过射门系统，预先确定曲线组，对于每一种球类型，曲线组都不同。 [0090] 然后，根据所传送的能量和时间曲线，非常准确地确定投射力。除投射力之外，还可以显示总能量。这样便可以获取有关射门的类型的信息。如此，在均匀的能量供应的情况下，可以非常精确地踢到球。如此，如果另外还显示能量供应的时长，为此还可以提供额外的检测装置，这也可以用于训练。 [0091] 能量可以用来推断球获得的飞行速度。为此，可将球的重量和空气动力学考虑在内。所确定的飞行速度是当在投射之后球可以自由地飞出时达到的值。除力作用之外，也可以使用压力传感器10和/或加速度传感器，确定球被命中的时间，以及球触地的时间。通过力信息和飞行的持续时间，也可以相当轻松地计算球必须飞行的距离。 [0092] 此外，还可以提供诸如至少一个霍耳传感器16、至少两个磁阻传感器或至少两个线圈之类的组件，用于确定比赛设备7的旋转速度。此信息可以在足球中用于训练所谓的“弧旋球”(curling crosses)。为此，对于用户来说立即获得关于他/她的射门的反馈十分重要。为此，测量球的旋转速度，并通过电台1向运动员的6数据检测设备12发射。组件将这样放置，以便当比赛设备7在能量场中旋转时在它们的运动过程中，可由评估单元13确定的调制频率将产生可以被转换为旋转速度的东西。 [0093] 例如，传感器，例如，霍耳传感器16，测量地球磁场，并确定场强。当球旋转时，场强接受调制。调制的频率与球的旋转速度成正比。在对地球磁场的测量过程中，确定磁场的方向性矢量。这种矢量的旋转与球的旋转成正比。或者，可以利用磁阻传感器作为依赖于磁场的电阻器，来对场强进行测量。它们可以连接在一起，以形成桥路。 [0094] 可以使用微分放大器放大该桥路的输出信号。输出电压是磁场的场强的直接度量。为了测量该旋转，既不需要电压的线性，也不需要确定场的方向。当球旋转时，输出电压具有重叠在它上面的交流电压，其频率是球的旋转频率。这种交流电压的频率是球的旋转频率。评估这种电压既可以单独地通过模拟电路进行，也可以使用微控制器进行。为获取对于球的每一个可能的旋转轴可以评估的信号，如前面所阐述的，使用了偏移90°的两个接收天线。 [0095] 还可以使用霍耳传感器16来测量场强。霍耳传感器生成与场强成比例的电压。可以使用微分放大器来放大此电压。输出电压是磁场的场强的直接度量。为了测量该旋转，既不需要电压的线性，也不需要确定场的方向。当球旋转时，输出电压具有重叠在它上面的交流电压，其频率是球的旋转频率。这里，优选情况下，两个传感器也是如此排列，以便它们相对于彼此偏移90度。 [0096] 或者，还可以使线圈在磁场中旋转，以便在线圈中感应出电压。电压的频率与旋转频率成正比。然而，必须放大电压，并对其进行滤波，因为线圈也可以充当天线。这里，单独的评估或通过微控制器的评估也是可以的，优选情况下，两个线圈也是如此排列，以便它们相对于彼此偏移90度。 [0097] 为确定旋转速度，也可以使用无线电发射器。在此情况下，使用了任何无线电发射器(例如，中波发射器)的场强的变化。场强的变化的频率与旋转频率成正比。除偶极之外，也可以使用线圈或铁氧体天线作为天线。因为在每一个国家都有足够的活动的长波、中波和短波发射器，因此，没有必要在系统中操作自己的发射器。如果将使用具有比较高的频率的发射器作为参考，偶极天线是一种可能性，偶极天线可以放置在，例如，球的电子系统中，甚至以导电线路的形式放置在球的封套中。框架天线适用于低频率。它可以以球的电子系统的组件15的导电线路的形式作为线圈来放置。铁氧体天线适用于低频率。可以将它制造得非常小，然而，它会生成相对来说比较大的输出信号。对于所有天线，必须支持两个接收方向，以便可以在任何旋转轴中测量信号。对于信号测量来说唯一重要的东西是场强。为此，需要具有高电平的动态特性的放大器。放大应该是对数的，例如，以便微控制器的A/D转换器不必太宽。 [0098] 功率非常低的微控制器获取数据，并对球的电子系统进行控制。所述微控制器在比赛开始时被叫醒。如果微控制器在相对来说较长的时间内没有观察到任何比赛，则它将自动关闭。可以集成在比赛设备中的数据检测设备中的微控制器11的主要任务是处理数据，以便可以利用尽可能小的能量通过电台1进行传输。优选情况下，数据可以通过电台，例如，通过2.4GHz的无线电链路来进行传输，以便能够校正任何错误。 [0099] 可以以两种已知方式来实现电流供应。一方面，可以使用蓄电池，然而，蓄电池需要充电设备。另一方面，可以在数据检测设备内使用主电池21，在比赛设备7内使用主电池22，然而，更换球里面的后者是不可能的。 [0100] 在蓄电池版本中，充电线圈安装在球内，使用该充电线圈，可以以感应的方式对蓄电池进行充电。利用包括电池22的版本，使用锂电池来给球供电。设计了电容，以便确保电子系统能运行1000个时间。对于每天1小时的平均实际比赛时间，电池将持续三年。 [0101] 在数据检测设备12内，作为接收单元2，集成了收发器。所述收发器从球那里接收数据，和/或可以与其他数据检测设备建立连接，以便进行数据交换。数据的发射和接收可以例如在2.4GHz的频带内进行。 [0102] 收发器可以接收和发射数据。如此，可以将数据检测设备彼此耦合在一起。从而，可以在比赛过程中将与球进行接触的信息传输到其他数据检测设备，以便在网络中创建非常准确的统计数据集，以便能够对比赛进行鉴别。如果需要的话，也可以通过数据传输，进行小型计算机的游戏，其中，用户可以以联网的方式来玩。 [0103] 使用相对来说比较大的微控制器11来处理数据检测设备12内的数据。此微控制器的电能消耗非常低。通过收发器进行数据交换，数据可以在显示单元14上显示出来。 [0104] 经过处理的数据使用图形显示器来进行显示。显示器具有集成控制器，微控制器与该集成控制器连接在一起。通过多个键20来执行操作，键的功能是动态的。 [0105] 数据检测设备12的电流供应必须是高度节能的。电池21可以更换。微控制器11和显示器是非常节能的。数据传输是这样设计的，以便收发器在每一种情况下都只工作非常短的时间。 [0106] 对于包括蓄电池的球版本，充电站是必需的。由于没有到球的电子系统的线路连接，因此，必须以已知的方式对球进行感应地充电。为此，充电站包括发射器线圈，利用该发射器线圈，能量被传输到球中。 [0107] 为了能够与其他评估单元进行通信，必须将无线电通信转换为不同的协议。由于使用常见的PC的概率为99％，例如，可以预见根据USB的转换。 [0108] 下面将给出优选概念的交互组件的比较详细的描述，即，详细描述图4a和图4b的可移动设备，以及图5a和5b的接收器设备。可移动设备7包含检测器23，该检测器23可以是，例如，图3的压力传感器10，并检测是否接触到了球7。然而，检测器23可以包括无触点传感器，该传感器以电动、声波、光学或电磁方式运转，并检测，例如，当运动员的鞋接触到球时是否例如由足球内的相应的发射器生成了任何种类的磁场或电场。检测器23被配置为检测对象，即，例如，腿、脚、鞋、球拍、球棒等等位于比赛设备的附近或位于比赛设备上。 [0109] 此外，移动设备7还包括发射器模块24，该模块被配置为发射具有第一信号速度的第一信号，并进一步发射具有小于第一信号速度的第二信号速度的第二信号。发射器模块被配置为响应检测器输出信号，发射第一和第二信号，如图4a中的信号箭头25所显示的。 [0110] 如前面已经阐述的，检测器23是被配置为检测正在被对象接触的可移动设备的接触式传感器。这样的接触式传感器是，例如，压力传感器，然而，也可以是加速度传感器或检测对象是否与比赛设备7的表面啮合的任何其他传感器。或者，检测器也可以被配置为无触点传感器，如前面所阐述的，用于以某种方式检测在可移动设备附近是否有对象。检测对象是否位于距离可移动设备小于或等于10厘米的预先确定的距离内的无触点传感器，适用于特定实施例。然后，很可能对象实际接触了可移动设备，因为唯一的目标是使对象接触可移动设备，例如，当将足球视为可移动设备，或将网球视为可移动设备。可以假设，以几乎百分之百的概率，一旦对象位于预先确定的距离内，该对象将最终与可移动设备进行接触。 [0111] 发射器模块被配置为发送具有不同的信号速度的两个信号。优选情况下，由无线电发射器3生成的无线电信号被用作第一快速信号。由声音发射器26生成的第二信号优选情况下被配置为超声波发射器。通过线路25提供的检测器信号，负责对两个发射器进行控制，以便响应检测器信号，同时或基本上同时发送两个信号，即，在例如，1到2ms的时间内。或者，然而，发射器可以被配置为，以便无线电发射器在由检测器信号25确定的特定时刻发送第一信号，然后，在发射超声波信号之前，超声波发射器等待预先确定的时长。这里，接收无线电发射器也不会立即使计时器在接收器端被激活，而是在接收到第一信号之后的预先定义的持续时间内计时器被激活，即，不是在接收到第一信号时立即激活，而是取决于第一信号的接收。 [0112] 或者，球接触检测也可以被用来首先发送超声波信号，然后，在特定持续时间之后，发射无线电信号，然后，无线电信号将赶上超声波信号，按照原样，以便在接收器端，非常短的预先确定的时长就足够了，在该时长内，无线电信号和超声波信号将到达。然而，优选情况下，两个发射器同时发送它们的信号，相应地，在接收器端使用比较长的预先确定的时长，和/或，在接收器端，在接收到无线电发射器时立即启动计时器。 [0113] 预先确定的时长取决于第一快速信号和第二慢速信号的速度的差。此速度差越小，可以选择越小的预先确定的时长。此速度差越大，必须设置越长的预先确定的时长。此外，预先确定的时长还取决于第一和第二信号是否确实同时发送，或第一和第二信号是否有时间偏移地发送，第二信号相对于第一信号的延迟导致预先确定的时长的开始的延迟，而第一信号相对于第二信号的延迟会导致较小的预先确定的时长。然而，一般而言，如前面所阐述的，优选情况下预先确定的时长小于5毫秒。 [0114] 如图5b所描述的，在接收器端，接收器模块与检测器28连接在一起，而检测器28可以耦合到存储器29，也可以耦合到接收器设备内的另一个无线电发射器(然而，在图5a中没有显示)。优选情况下，检测器和存储器29包含在图3的评估单元13内。图3的底部显示的接收器设备，或图5a所示的接收器设备，优选情况下被配置，以便它集成到手表中，或具有手表的形状和外观，以便它可以轻松地由，例如，足球运动员或网球运动员佩带，而不会对从事运动的所述运动员产生不利的影响。一般而言，接收器设备可以安装到对象上，由图4a中检测器23检测该对象是否与移动设备接近，接收器设备包括图5a中没有显示的适当的固定装置，它具有例如表带的形状，表带的夹具，夹子或可以以某种方式固定到对象和/或运动员身上的不同的安装设备。 [0115] 接收器模块2被配置为接收具有第一信号速度的第一信号和具有小于第一信号速度的第二信号速度的第二信号。此外，检测器28还被配置为提供检测器信号，指出是否在自从接收到第一信号以来预先确定的时长内接收到第二信号。此外，优选情况下，检测器还耦合到存储器29，该存储器29被配置为存储检测器提供检测器信号时的时间。 或者，可以用另一个发射器代替存储器，发射器被配置为向中心检测点发送检测器信号，在该中心检测点，例如，进行单个运动员的与球接触的情况的联机评估。 [0116] 这样的联机检测点将是，例如，位于足球球门附近某处的接收器。在此情况下，任何接收器设备将在输出端发送与可移动设备的接触以及佩带接收器设备的标识，以便可以获得关于哪一个运动员与球接触了多少次的无可争辩的统计数据。 [0117] 近年来，已经发现，越来越多地检测这样的有关与球进行接触的信息，并显示和提供给大量的受众和/或评论员，例如，在足球比赛中，以便提高观众得到的信息量。 [0118] 例如，在利用存储器29的实现方式中，在足球球门上不需要中心接收器设备。相反，可以评估存储器，例如，在比赛的中间休息时间或结束时，或者是在与运动员的任何部位无相互作用的比赛过程中的无触点方式，以便获得每一个运动员的指出该运动员已经与可移动设备接触的频度的计数值。在此情况下，运动员29将作为在每一次检测到检测器信号过程中都增大1的计数器来实现。作为替代，或作为补充，存储器也可以检测时钟或手表(优选情况下包含在接收器设备内，如图5b中的30处所描述的)的绝对时间。然后，存储器将存储时刻瞬间的序列，然后，可以对该时刻瞬间序列进行评估，以便能够为每一个运动员建立基于时间的“与球接触的概况”。这里，也可以随后校正可能发生的任何错误的检测，例如，如果发现两个以上的运动员都同时与球进行了接触。两个运动员同时与球相对来说是有可能的，例如，当考虑到“50/50球”时。然而，例如，三个运动员同时与球接触的情况在足球中可能性非常低。然而，例如，在网球中，两个网球拍同时与球接触是不可能的，从而，体育中的涉及可移动比赛设备的关于典型的情况的补充信息可以用来进行评估，并可以消除其中的错误。 [0119] 图5b显示了图5a所示的接收器的具体实施例。一方面，接收器模块包括用于接收第一快速信号的无线电接收器32，以及用于接收第二较慢的信号的超声波接收器32。无线电接收器和超声波接收器也可以以不同的方式进行配置，只要它们接收具有不同信号速度的任何信号即可。取决于接收到的无线电信号，检测器28通过启动线35激活计时器31。一旦预先确定的时长和/或预先确定的时间段到期，则停止计时器，通常这样进行，以便被设置为预先确定的时间段的计时器31将通过停止线36向检测器提供停止信号。 [0120] 如果检测器在接收到停止信号时检测到超声波信号，则在线路37上将不输出检测器信号。在此情况下，实际假设接收器设备与可移动设备有很长的距离，以致于可移动设备很可能没有被撞到。然而，如果在接收到停止信号之前(即，在预先确定的时间长度过期之前)由检测器接收到超声波信号，检测器信号37将被输出，然后将被存储器存储起来，存储器是，例如，由检测器信号增大1的计数器。 [0121] 或者，检测器信号也可以提供给时钟或手表，时钟或手表进行绝对时间测量，该测量，例如，可以是当日的实际绝对时间，但是，例如，也可以是开始，例如，比赛开始的绝对时间，如此不是直接的绝对时间，而是呈现一分钟的，例如，足球比赛。在出现检测器信号时，时钟30将通过数据线38提供其电流读数，以便存储器能够存储此具体时刻。通过具有接口的评估单元来对运动员的活动进行随机评估，可以，例如，通过图3或图5b中的显示单元14来实现，而显示单元14特别地与图3的微控制器11合作。 |
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