Твой друг электроника

Различная правильно переданная спортсмену информация позволяет быстрее освоить и правильно выполнить то или иное упражнение. Звуковой генератор может быть применен во многих случаях, когда спортсмену нужно дать информацию о ритмичности движения или движений, выполнении определенного элемента или фазы упражнения, нарушении темпа, задержке на старте и др.

Такая информация может поступать в виде периодически повторяющихся или одиночных звуковых сигналов. Активно осмысливая, самостоятельно или под руководством тренера, свое движение при этих сигналах, спортсмен устраняет ошибки или убеждается в правильности выполняемых движений. Подобные приборы могут использоваться и при судействе соревнований.

Инерционный контактный сигнализатор

Такие сигнализаторы могут быть применены для получения срочной информации о силе, амплитуде, ритмичности движений, а также об ошибках в схеме движений бегуна, во время разбега, при прыжках в высоту и длину или движений лыжника-гонщика, или гребца.

Прибор состоит из звукового генератора, собранного, например, по схеме мультивибратора, и инерционного датчика. Последний работает по принципу инерционного замыкателя (см. рис. 36, б).

Датчик собирается в небольшом пластмассовом или скленном из органического стекла корпусе размером 45x30x10 мм (рис. 36).

Рис. 36. Инерционный контактный сигнализатор

Внутри корпуса 1 монтируются плоская стальная пружина 2 (см. рис. 36, а), контакты 3 и 4 и регулирующие винты 5. На нижнем конце пружины 2, взятой, например, от старых часов, припаивается грузик 6, а верхний припаивается или прочно зажимается в пропиле винта 7, закрепленного на резьбе в верхней стенке корпуса. Снаружи на этот винт навертываются две гайки, верхняя — фигурная, получится клемма для подключения одного из проводов 8, идущих к звуковому генератору (к точкам а и б).

В нижней части корпуса закрепляются два контакта — передний 3 и задний 4. Они выполняются так же, как и верхний, только головки винтов срезаются и вместо них припаиваются серебряные контакты (например, от пластин старого реле). Такие же контакты нужно припаять и к грузику.

Регулирующие винты 5 устанавливаются на резьбе и после регулировки упругости пружины зажимаются контргайками. Одна из боковых стенок корпуса делается съемной для удобства доступа к деталям датчика. Готовый датчик при помощи четырех винтов с гайками прикрепляется к ремешку. Таким образом, датчик может или прикрепляться при помощи ремешка с пряжкой к телу спортсмена, или при помощи пружинных зажимов пристегиваться к его одежде (рис. 36, в).

Второй провод, идущий к звуковому генератору, находящемуся в кармане одежды спортсмена или прикрепленному к его поясу, подключается к контакту 3 или 4. При положительном или отрицательном ускорении пружина с припаянным на нижнем конце грузиком изгибается. Контактные площадки грузика соединяются с контактами 3 или 4, и цепь включения генератора (или головного телефона) замыкается. Причем можно сделать и так, что цепь будет замыкаться и при отрицательном, и при положительном ускорении. Для этого контакты 3 и 4 нужно соединить кусочками проводника. Можно дифференцировать движения, тогда в разрыв цепи одного из контактов включается добавочный резистор. Падение напряжения на этом резисторе приведет к изменению частоты сигнала генератора.

Если есть необходимость в плавном изменении частоты сигнала генератора, то схему и конструкцию датчика нужно несколько изменить (см. рис. 37, а, б). В этом случае винт 7 укрепляется не в верхней стенке корпуса, а горизонтально — между боковыми стенками.

Рис. 37. Сигнализатор с резистором

Пружина 2 укрепляется на нем, как на оси. К грузику 6 снизу припаивается вторая, более мягкая пружинка 9 (массу грузика в этом случае следует увеличить). Эта пружинка выполняет роль скользящего контакта регулируемого резистора 10. Контактная пластина 10 может быть взята от проволочного резистора или изготовлена самостоятельно. Для этого на пластинку пластмассы или картона наматывается тонкая высокоомная проволока. Конец проволоки закрепляется под гайку контакта 3. Регулируемый резистор готов.

Где устанавливать датчик? Это зависит от характера разучиваемого движения. Например, для совершенствования бега датчики укрепляются на голени спортсмена так, чтобы направление сгибания пружины совпадало с направлением движения голени. Упругость пружины регулируется таким образом, чтобы замыкание контактов происходило при достаточно энергичном маховом движении. Укрепление датчика на плече гребца заострит внимание спортсмена на движении плечевого пояса и таза. Кроме того, с помощью таких периодических сигналов бегун, лыжник или гребец может следить за ритмичностью своих движений на протяжении всей дистанции.

Потенциометрический сигнализатор-гониометр

Наибольшее распространение в ряде видов спорта, где необходимо проследить за движением конечностей (рук или ног), — в гимнастике, фехтовании, боксе — получили применение углометрические сигнализаторы, или, как их еще называют, гониометры. Они часто используются и педагогами-тренерами, и исследователями.

Основные элементы такого сигнализатора: регулируемый резистор, включаемый по схеме потенциометра или реостата, и звуковой генератор, в котором при помощи этого регулируемого резистора изменяется частота или громкость звукового сигнала (см. рис. 37, б).

Регулируемый резистор R* (рис. 38, а) укрепляется в месте сочленения двух подвижных планок, причем очень часто скрепляющим их элементом является сам резистор. Для этой цели удобнее всего применять плоские регулируемые резисторы, выпускаемые чешской фирмой «Тесла» (они имеются в продаже). В этом случае на одной из планок закрепляется корпус сопротивления при помощи винта, пропущенного через центральное отверстие, а во второй планке вырезается отверстие, в котором закрепляется подвижное кольцо. Если таких резисторов под рукой не окажется, можно использовать регулируемые резисторы типа СП или других типов.

Для закрепления датчика на руке или ноге в планках, которые делаются или из тонких металлических полосок, или из пластмассы, нужно сделать по четыре прорези (попарно). В эти прорези продергиваются ремешки или широкие ленты, при помощи которых все подвижное устройство прикрепляется на суставах руки или ноги (впрочем, не исключается возможность укрепления в тазобедренном и плечевом суставах). На рис. 38, в показано прикрепление датчика для сигнализации о движениях в локтевом суставе.

Обычно сигнализатор укрепляется на суставах конечностей, поэтому величина планок рычагов может изменяться в зависимости от видов упражнений или целей исследований.

Иногда при проведении анализа сложных движений подвижную систему делают не однозвенной, как рассказывалось выше, а двухзвенной или даже трехзвенной. В этих случаях соответственно увеличивается число потенциометрических узлов, причем сигнал может подаваться или с одного, или с нескольких звуковых генераторов.

Провода, идущие от регулируемого резистора, пропускаются под ремешки одной из планок, как показано на рис. 38, а, и далее пропускаются под спортивной одеждой или прикрепляются к телу спортсмена медицинским лейкопластырем. Звуковой генератор помещается или в грудном кармане спортивного костюма, или укрепляется на поясе спортсмена в специальном карманчике.

Рис. 38. Сигнализатор-гониометр

Гидравлический сигнализатор

Метод срочной информации особенно необходим для тех видов спорта, в которых затруднен контроль за движениями. К таким видам в первую очередь относится плавание. С этой целью создан прибор, позволяющий пловцу оценивать качество движений по скорости перемещения тела от каждого гребка. В процессе плавания прибор сигнализирует каждый раз, как только спортсмен достигает определенной (заданной) скорости продвижения от гребка ногами или руками[6].

Сигнализатор с контактным датчиком. Прибор состоит из звукового генератора, собранного по схеме симметричного мультивибратора, гидравлического датчика, собранного по принципу капсулы (датчика) Морея.

Мультивибратор можно собрать по схеме, показанной на рис. 9, выключатель Вк заменяется контактами гидравлического датчика, регулируемый резистор R в этой конструкции не нужен.

Датчик, предназначенный для восприятия давления воды, показан на рис. 39, а. Он состоит из корпуса 2, имеющего по поверхности резьбу для ввинчивания в общий корпус прибора 8, и внутреннюю резьбу для ввинчивания шайбы 5. С одной стороны корпус датчика 2 имеет прилив (бортик) 1 для закрепления резиновой мембраны 12.

К резиновой мембране 12 изнутри прижимается тонкая металлическая мембрана 3, являющаяся одним из контактов датчика. Она удерживается витой пружиной 4, закрепленной винтом с гайкой на шайбе 5. Этот же винт служит для подключения одного из проводов 7, идущих к генератору. В центре шайбы 5 имеется отверстие с резьбой, в которое ввертывается второй контакт датчика винт 6. Кроме того, этот винт 6 является регулятором скорости.

Конец винта 6 затачивается и к нему припаивается серебряный контакт от пластины старого реле. Предварительно на винт 6 навертывается гайка для закрепления второго провода 7, идущего к генератору.

Корпус прибора 8 выполняется из пластмассовой или металлической трубки аналогично корпусу электронной удочки (см. рис. 18).

Внутри корпуса размещаются звуковой генератор и источник питания. Корпус закрывается ввинчивающейся пластмассовой пробкой 10, в центре которой устанавливаются два гнезда для подключения головных телефонов.

Для предотвращения попадания воды соединительные части (резьба) датчика и пробки перед ввинчиванием в корпус промазываются тавотом или техническим вазелином, а на корпус надевается резиновая трубка (например, от велосипедной камеры). Прибор закрепляется при помощи скобы 9 на матерчатом или резиновом поясе 11 с пряжкой.

Сигнализатор применяется для плавания с доской при помощи одних ног, при плавании кролем на груди с помощью одной руки и при плавании на спине с помощью одних рук или ног.

При плавании с доской (см. рис. 39, б) прибор устанавливается под доской, поясок закрепляется на доске. При плавании без доски прибор при помощи пояса закрепляется на теле пловца несколько ниже талии (см. рис. 39, в). При движении пловца в воде резиновая мембрана прогибается от встречного сопротивления воды. Степень прогибания зависит от скорости передвижения. При достижении определенной скорости резиновая мембрана 12 прогибается настолько, что перемещающаяся вместе с ней металлическая мембрана 3 касается контакта винта 6. При этом цепь звукового генератора замыкается, и пловцу через телефонную капсулу подается сигнал.

Так как в процессе обучения задается различная скорость, то расстояние между мембраной 3 и контактом винта 6 можно менять, ввинчивая или вывинчивая регулировочный винт 6. Пловец после нескольких гребков приспосабливается к такому режиму движений, при котором сигнал включается при наименьших (для данной скорости) усилиях. Нарушения быстро обнаруживаются по прерыванию звукового сигнала.

Рис. 39. Гидравлический сигнализатор

Гидравлический сигнализатор с потенциометром. Этот сигнализатор отличается от предыдущего конструкцией датчика. Вместо регулировочного винта 6 к металлической мембране 3 припаивается небольшой угольник 13 (рис. 39, г). В угольнике закрепляется металлическая зубчатая линейка 14, вращающая движок потенциометра, на оси которого укреплена зубчатая шестеренка 15.

Таким образом, можно изменять, в зависимости от точек схемы, к которым будет подключен регулируемый резистор, или частоту, или громкость звукового сигнала, в зависимости от величины прогибания мембраны.

Звуколидер

Если на стадионе или тренировочной трассе имеется возможность включения мощной усилительной установки, то ее удобно использовать в качестве звуколидера. При помощи такой системы спортсмену можно задавать (навязывать) выбранный тренером темп движения (см. рис. 40).

На вход усилителя У включается электронный метроном М, например собранный по схеме, показанной на рис. 19. Спортсмен, получая информацию о своем темпе от датчиков Д при помощи имеющегося у него звукового генератора ЗГ и от лидера — усилительной установки, невольно старается добиться совпадения сигналов, что и приводит к соблюдению темпа, заданного тренером.

Рис. 40. Блок-схема использования звуколидера

Прибор для регистрации и сигнализации при спортивной ходьбе

Спортивная ходьба — один из интереснейших видов легкой атлетики. В процессе тренировки наиболее серьезное внимание должно уделяться технике спортивной ходьбы — каждый спортсмен должен владеть «непогрешимостью» стиля, не вступающего в противоречие с правилами соревнования, и не переходить с «опорной фазы» на «фазу полета». Предлагаемый прибор и служит для сигнализации соблюдения правильной «опорной фазы» и регистрации неправильных «полетных» движений.

Прибор прост по устройству: состоит из контактной системы, смонтированной в обуви спортсмена, звукового генератора и комплекта питания. Для контроля во время соревнований может быть установлена сигнальная «штрафная» лампочка, зажигающаяся при переходе на «фазу полета».

Контактная система, вмонтированная в спортивные туфли, устроена следующим образом: под стельками в носке и пятке обуви укрепляются электрические контакты. Легче всего укрепить нормально разомкнутые контакты, применив для этого, например, пластины от телефонных ключей или от электромагнитных реле (рис. 41, а). Но в этом случае сигнал от звукового генератора будет подаваться все время, а в момент перехода на бег прерываться. Это не всегда удобно при обучении, и, кроме того, непрерывный звуковой сигнал может раздражать спортсмена. Несколько труднее сделать нормально замкнутые контакты, которые в момент опорной фазы будут разомкнуты, тогда звуковой предупреждающий сигнал включается только в момент «полета» (рис. 41, б). При использовании таких туфель для «больших» соревнований лучше всего применить специально сделанные металлические пластины, имеющие большую контактную площадь. И в первом, и во втором случаях соединительные провода (они должны быть тонкими, но в то же время иметь хорошую изоляцию и быть прочными на разрыв) подводятся к звуковому генератору. Они или пришиваются к спортивной одежде, или закрепляются на теле спортсмена медицинским пластырем, или при помощи медицинских клеящих составов также приклеиваются к телу спортсмена. Звуковой генератор можно собрать по схеме, показанной на рис. 41, в. Данные всех основных деталей приведены на схеме.

Рис. 41. Прибор для сигнализации при спортивной ходьбе

При сборке на корпусе генератора нужно смонтировать две пары гнезд Гн₁ и Гн₂. Они служат для быстрого присоединения цепи включения и выходной цепи генератора. Поэтому провода, подходящие к генератору, должны быть снабжены соответствующими вилочками. Для нашей конструкции лучше всего взять гнезда и вилочки от слухового аппарата или от фабричного карманного приемника, а при отсутствии их можно сделать самим. Гнезда можно сделать из медной фольги, а вилочки — из латунной проволоки, укрепив их на колодочках из органического стекла.

Во время спортивной ходьбы контактная цепь от спортивной обуви подключается к гнездам Гн₁. К гнездам выхода звукового генератора Гн₂ подключаются головные телефоны. При сборке звукового генератора R₄ можно заменить нерегулируемым резистором. В этом случае генератор будет работать только на одной частоте, без регулировки по тону.

Готовый звуковой генератор укрепляется или в кармане спортивной одежды, или в специальном карманчике, сделанном на поясе, надеваемом спортсменом.

Для объективного судейства на соревнованиях по спортивной ходьбе параллельно с цепью звукового генератора можно сделать еще одну сигнальную цепь, состоящую из лампочки Л_с для световой сигнализации о неправильных движениях. Такую лампочку можно укрепить на спине или шапочке спортсмена.

Дистанциометр

Во время подготовки к проведению спортивных тренировок или к проведению соревнований по легкой атлетике, лыжам и другим видам спорта необходимо разметить трассу. Мы предлагаем собрать небольшой удобный прибор, который пригодится при прокладке трассы для тренировок, спортивных соревнований, при планировке участка для игры, для измерения пройденного пути. Он показан на рис. 42.

Рис. 42. Дистанциометр

Устройство прибора простое. Работу начните с изготовления деревянной вилки с ручкой. На деревянной вилке при помощи металлических хомутиков (как это сделать, показано на рисунке) укрепляются все электрические детали: две пластины, образующие контактную пару К, звуковой генератор ЗГ, собранный по любой из приведенных в этой книге схеме, источник питания Б и выключатель Вк, соединенный последовательно с контактами К.

Выключатель берется типа «тумблер», а контактные пластины — от старого электромагнитного реле или пускателя. Между планками вилки на оси укрепляется колесо. Колесо можно выпилить из сухой фанеры, металла или прочного изоляционного материала: текстолита, прессшпана и т. д. Диаметр колеса должен быть 318,4 мм. При таком диаметре длина окружности равна одному метру.

Если вилку взять в руки и катить такое колесо по земле или по льду, то один оборот колеса будет соответствовать одному линейному метру.

Для включения генератора на колесе укрепите штырек-замыкатель из изоляционного материала в виде шпильки. Он будет периодически замыкать контактные пластины К при вращении колеса.

Чтобы замыкатель не зацеплялся за вилку, в одной из планок вилки нужно сделать небольшой вырез (около этого выреза и укрепляются контактные пластины).

Соединение электрических деталей нужно сделать проводом с хорошей изоляцией по схеме, показанной на рис. 42.

Генератор собирается по схеме с емкостной обратной связью. Колебательный контур образован конденсаторами С₁, С₂ и индуктивностью катушек высокоомных телефонов, подключаемых к гнезду Гн. Исходное смещение на базе транзистора Т₁ (П13) определяется сопротивлением R₁. Величины сопротивлений, входящих в схему, некритичны и могут изменяться в широких пределах. При указанных на схеме деталях частота генерируемых колебаний соответствует 1000 гц. Практически генератор никакого налаживания не требует, и сразу после включения начинает работать.

При пользовании измерителем дистанции выключатель Вк включается, колесо катится по земле, и при каждом обороте замыкатель соединяет пластины К, цепь питания генератора замыкается и спортивный судья считает количество пройденных (вернее, «прокаченных») метров.

Можно параллельно генератору подключить счетчик, например, электромагнитный цифровой барабанный счетчик телефонного типа (типа РС2.720.002). Можно использовать также любой другой небольшой электромагнитный счетчик как барабанного, так и кругового действия.

Как это сделать, подумайте сами.