Радіотелеметрична та тензометрична апаратура у наукових дослідженнях та спортивній практиці.

Серед приладів, що застосовуються зараз для дослідження техніки спортивних рухів, реакції організму спортсменів на певне навантаження, добре зарекомендували себе тензометричні та радіотелеметричні пристрої… У рамках цього огляду ми розповімо Вам про них, а також про інші цікаві розробки Вісті та наших зарубіжних дослідників…

1. Науково-дослідний інститут Вісті.
2. Електротензометрія.
3. Спортивна тензометрична апаратура.

Науково-дослідний інститут Вісті.

Звичайно ж, плануючи цю статтю, ми не могли не розповісти Вам про цю організацію, бо її внесок у нашу вітчизняну, спортивну науку просто величезний. ФГУП «Науково-дослідний інститут спортивно-технічних виробів» Вісті фактично є першим і єдиним у Росії вузькоспрямованим державним науковим центром, які мають акредитацію Міністерства освіти і науки РФ з розробки спортивного обладнання, техніки та інвентарю, а також суддівсько-інформаційних пристроїв та спеціалізованих спортивних приладів. З моменту появи цієї структури у нашій країні, а це сталося понад 65 років тому, спорт та наука – тепер єдині та нерозлучні. Ця науково-дослідна установа по суті є флагманом не лише вітчизняної, а й світової спортивної індустрії. Левова частка інновацій, описаних у цьому розділі, належить авторам та розробникам цього інституту.

Електротензометрія.

Великий досвід, накопичений вченими щодо застосування електротензометрії в техніці, використовується дослідниками в галузі спорту для вивчення динаміки та структури спортивних рухів, величини зусиль, що розвиваються в статичних положеннях і в русі. Крім того, за допомогою електротензометричних методів вивчається величина та особливості розподілу зусиль, що прикладаються у точках опори на гімнастичних снарядах, на борцівському килимі, у момент виконання кидків шайби хокеїстами. Електричні тензометри в залежності від роду чутливого елемента, що сприймає і перетворює вимірювану деформацію, поділяються на:

1. тензометри активного опору,
2. тензометри п'єзоелектричні,
3. індуктивні,
4. ємнісні,
5. фотоелектричні,
6. та інші.

У спортивних дослідженнях найбільше застосування знайшли тензорезистори, у яких змінюється електричний опір чутливого елемента під впливом деформації. Тензорезистори зарекомендували себе як точні та надійні датчики. Наклеївши їх на тверду основу, можна протягом року зробити багаторазові зміни.

Вимірювання також здійснюються за допомогою тензодатчиків, зібраних за бруківкою або за напівмостовою схемою. Електричний сигнал при цьому посилюється і подається на вхід приймаючого реєструючого приладу - світлопроменевого осцилографа, мілівольтметра або міліамперметра, електронного осцилографа.

Особливістю електротензовимірювань у спорті і те, що залежно від завдань дослідження необхідно вибрати основу, яку наклеюються датчики. Основою можуть бути металеві пластини, стрижні, балки, кільця.

Методи та засоби електротензометрії з кожним роком удосконалюються та дозволяють вивчати найскладніші та недоступні звичайному візуальному спостереженню елементи спортивної техніки та динаміки м'язових скорочень. Поєднання вимірювального ланцюга з пристроями обчислювальної техніки та введення даних на комп'ютер забезпечують високу якість досліджень та управління навчально-тренувальним процесом спортсменів.

У спортивній літературі наводяться схеми та методи застосування електротензометрії у різних видах спорту. Електротензометрія широко використовується у наукових дослідженнях у галузі спорту, однак у практиці роботи тренерів він ще не знайшов належного застосування. Цей метод найбільшого поширення набув при вимірі зусиль, що розвиваються спортсменом у момент виконання спортивних вправ. У воднолижному спорті для реєстрації сумарних динамічних характеристик рухів спортсмена розроблено тензометричний пристрій із використанням промислової апаратури. Пристрій складається з наступних елементів: силовимірювача, пружного сталевого кільця з наклеєними на нього тензорезисторами. Запис від силовимірювального елемента через підсилювач провадиться на комп'ютерному самописці. Силовимірювач кріпиться шарнірно одним кінцем до штанги, а другим - до буксирувального фалу і орієнтований на горизонтальні деформації. Такий пристрій дозволяє отримати об'єктивні характеристики динамічних зусиль (в діапазоні від 0 до 300 кг) воднолижників — стрибунів із трампліну, слаломістів та фігуристів.

Спортивна тензометрична апаратура.

У Вісті розроблена двокомпонентна тензометрична платформа із застосуванням напівпровідникових тензорезисторів, що дозволяє отримувати напругу вихідного сигналу 1 В. У цьому випадку запис динамограм можна робити без підсилювачів постійного струму. Платформа є розбірною конструкцією, що складається з внутрішньої і зовнішньої рам, між якими закріплені чотири тензодатчики. Вертикальну складову вимірюють напівпровідникові тензорезистори, наклеєні на горизонтальні площини, а горизонтальну - датчики, наклеєні на вертикальні площини.

Тензодинамометрична установка реєстрація зусиль складається з тензостенду, що вимірює зусилля за трьома координатами у просторі, пульта управління, світлопроменевого осцилографа, джерела постійного струму (6…9 В). Установка зібрана на фольгових тензодатчиках із підвищеним коефіцієнтом чутливості, що дозволило отримати струм у вимірювальній діагоналі моста до 50...200 мкА (зазвичай отримують струм до 15 мкА). Значення струму вище 50 мкА достатньо для розгойдування шлейфу (гальванометра) світлопроменевого осцилографа.

Радіотелеметрія у спорті застосовується вивчення діяльності серцево-судинної системи, органів дихання, біострумів мозку, скелетних м'язів. В останні роки даний метод набув широкого поширення в дослідженні техніки спортивних рухів, ритмової структури в циклічних та ациклічних локомоціях.

Для запису радіотелеметричних даних застосовують різного класу осцилографи з фотопристроями, а також магнітописці та стрілочні самописці. Для отримання термінової інформації в процесі радіовимірювань використовують прилади, що дають можливість візуально стежити за характером зміни досліджуваних величин. Записані результати вимірювань дешифруються та обробляються. Результати проведеної обробки оформляються як таблиць і графіків, характеризуючих залежності вимірюваних величин від часу.

У тренувальному процесі широко використовуються радіокардіолідери. Застосування новітніх електронних елементів дозволяє виконати такі прилади в мініатюрному вигляді, що відповідає специфічним вимогам спортивних досліджень та тренувань (невелика вага та розміри, автономність електроживлення). У Петербурзькому Університеті нашими розробниками сконструйовано мініатюрний автокардіолідер із дистанційним контролем. Прилад дозволяє програмувати ЧСС у межах 130...180 уд/хв і телеметрично контролювати фізичне навантаження на цій частоті.

Автокардіолідер відрізняється високою електричною та механічною надійністю, завадостійкістю та термостабільністю. У схемі приладу використані інтегральні та гібридно-плівкові елементи, що дозволило створити пристрій із мінімальними розмірами. Автокардіолідер застосовується для оптимізації тренувального процесу спортсменів у легкій атлетиці, велоспорті, плаванні тощо.

В даний час в ході наукових досліджень набули поширення системи, що реєструють одночасно різні функції організму і опорно-рухового апарату. В інституті біологічного приладобудування Росії розроблено чотириканальну радіотелеметричну систему для медико-біологічних досліджень спортсменів. Апаратура призначена передачі електрокардіограм, електроміограм, частоти дихання, а при використанні узгоджувальних пристроїв для передачі сфігмограми і пульсограми. Практично прилади систем, укріплені на тілі спортсмена, дозволяють передавати чотири сигнали у всіх доступних частотних діапазонах (Wi-Fi, Bluetoth та інші).

Для реєстрації основних параметрів зовнішнього дихання та ЕКГ у лабораторії ергономіки Свердловського інституту народного господарства розроблено двоканальна радіотелеметрична система. Як датчик використовувався мініатюрний крильчатий анемометр. Лічильник є магнітоелектричний перетворювач з постійним підмагнічуванням. У пристрої використовується комбінована модуляція несучої. Сигнал ЕКГ передається системою подвійний частотної модуляції, а інформація дихального комплексу накладається на поднесущую, модулюючи її з амплітуді. У блоці «дихання» реєструються хвилинний об'єм та частота дихання, у блоці «пульс» — ЧСС та сумарне значення пульсу.

Можливість дослідження та управління тренувальним процесом у природних умовах за допомогою радіотелеметричної апаратури суттєво доповнює комплексні дослідження працездатності спортсменів у лабораторних умовах. Так, радіотелеметричні дослідження, проведені на велосипедистах в умовах перегонів, показали, що під час гонки ЧСС коливається від 140 до 220 уд/хв за частоти педалювання 60...120 об/хв. Під час зниження частоти педалювання до 50-80 об/хв незалежно від профілю траси (рівнина, спуск, підйом) і співвідношення передачі ЧСС падає до 150-160 уд/хв. Встановлено, що для висококваліфікованих гонщиків оптимальний темп педалювання велосипедистів знаходиться в межах 90...120 об/хв за різних співвідношень передач.

У бігу важливими характеристиками є співвідношення опорних та польотних фаз. Зі зростанням кваліфікації час опори зменшується до 0,08...0,1 с, що промовисто говорить про високий рівень швидкісно-силових якостей атлета. Вивчення ритмової структури бігу на основі співвідношення опорно-польотних фаз можливе також за допомогою радіотелеметрії. Особливий інтерес представляє реєстрація опорно-польотних фаз у бігу з одночасною записом опорних реакцій. Такий метод, зокрема, застосовує у дослідженнях В. К-Бальсевича. В основу методу покладено застосування тензометричної системи та телеелектрокардіографа. У цьому випадку передавальний пристрій є односторонньою лінією зв'язку. Виникаючі в результаті розбалансу моста електричні імпульси, що відображають величину, характер і тривалість опорних реакцій у бігу, подаються на вхід модулятора частоти генератора імпульсного передавального пристрою. Потім сигнали з передавача надходять на приймач, посилюються та реєструються на осцилографі. Така радіотелеметрична система дозволяє оцінити:

1. характер, величину та тривалість вертикальної складової зусиль у відштовхуванні;
2. час польотних та опорних інтервалів;
3. темп, швидкість бігу;
4. ритм локомоторних рухів.

Для реєстрації опорно-польотних фаз у бігу можна використовувати апаратуру, створену на основі серійно випускається системи «Спорт-4» з підключенням цифрових вимірювачів тимчасових інтервалів з подальшою обробкою даних на цифровому цифровому пристрої.

Слід сказати, що в останні роки питання розробки та застосування технічних засобів у спорті все більше цікавлять фахівців та працівників, задіяних у сфері фізичного виховання та спорту. При цьому водночас значна частина пристроїв поки що створена в єдиних екземплярах, що, безсумнівно, ускладнює їхнє широке впровадження у спортивну практику. Крім того, відомості про створені технічні засоби та методи їх застосування не систематизовані та часто недоступні для практичних працівників. Все це значною мірою гальмує якісне покращення та вдосконалення навчально-тренувального процесу та фізичного виховання.

У цьому циклі статей авторами сайту «фітнес і бодібілдинг російською» ставиться завдання заповнити і компенсувати певною мірою цю прикру прогалину. У наших статтях наводяться конструкції тренажерів, приладів та тренувальних пристроїв, які можуть використовуватися не тільки в фітнес і бодібілдінг, а й інших різноманітних спортивних дисциплінах, причому у підготовці кваліфікованих спортсменів, і широким колом любителів фізичної культури та спорту.