Grundlagen der Biomechanik des Sports

Grundlagen der Biomechanik des Sports

Biomechanische Messmethoden

R. Preiß

Bereiche der biomechanischen Messtechnik

Kinemetrie Lage und Bewegung der Körperteile

Dynamometrie Äußere Kräfte

Anthropometrie Abmessungen und Massenverteilung

Elektromyografie Innervationsmuster

Gütekriterien für Meßverfahren

Meßgenauigkeit

Grad der Rückwirkung

Informationszeitpunkt

Personeller und materieller Aufwand

SeilzugwegaufnehmerEin Edelstahl-Seil wird im Inneren des Aufnehmer-Gehäuses auf eine präzise gefertigte, zylindrische Spule mit konstantem Durchmesser aufgewickelt, die sich dreht, wenn sich das Messseil auf- oder abwickelt.

Um die Spannung des Messseils zu erhalten, wird eine Feder an der Spule angekoppelt. Die Spule ist an der Achse des Rotationssensors (Potentiometer oder Encoder) befestigt. Während sich das Messseil des Aufnehmers mit dem beweglichen Gegenstand auszieht, bewirkt es, dass sich die Spule und die Sensorachse drehen. Die sich drehende Achse erzeugt ein elektrisches Signal, das dem linearen Auszug oder der Geschwindigkeit des Kabels proportional ist.

In einem Kupferrohr wird ein Stromimpuls erzeugt. Dadurch entsteht ein zirkulares

Magnetfeld, das sich im Wellenleiter gebündelt ausbreitet. Der Permanentmagnet

bildet den Messwert-Geber, dessen magnetische Feldlinien im 90°-Winkel zu den

vom Stromimpuls erzeugten Feldlinien stehen. Durch die Überlagerung beider Feld-

linien entsteht im Wellenleiter eine elastische Verformung durch Magnetostriktion.

Diese Verformung breitet sich im Wellenleiter aus. Die Ausbreitungsgeschwindig-

keit beträgt 2850 m/s. Dieser

mechanische Impuls wird an

einem Ende des Wellenleiters

in ein elektrisches Signal

umgewandelt.

Ein Controller errechnet die

Laufzeit vom Entstehungsort

bis zum Signalwandler.

Diese Laufzeit ist dem Abstand

zwischen Signalwandler und

Permanentmagnet

direkt proportional.

Ein Beschleunigungssensor misst die Beschleunigung, indem die auf eine

Testmasse wirkende Trägheitskraft bestimmt wird (sog. seismischer Sensor).

Die Kraftmessung kann auf eine beliebige Weise erfolgen.

Besonders preisgünstig und überlastsicher sind mikromechanische Aufnehmer.

Für die Herstellung dieser miniaturisierten Sensoren werden die Masse und die

kleinen „Federn“ als Stege mittels Fotolithografie aus dem Silizium herausgeätzt.

Die Messwiderstände auf den Stegen und die Auswerteelektronik auf dem Rand

des Chips werden mit üblichen Methoden aufgebracht.

Vergleich der räumlichen Auflösung von Film und Video

Filmbreite Bildpunkte[mm] [Megapixel]

8 0,2516 0,835 (Ton) 2,535 (stumm) 4,370 12,1

Krell, 1967

Quantitative Filmanalyse

Entzerrung der endlichen Aufnahmeentfernung

Ausgleich von Abbildungsfehlern

Rekonstruktion räumlicher Koordinaten aus mehreren ebenen

Filmaufnahmen (Direkte Lineare Transformation)

Hilfsmittel: Paßpunktsystem (rechteckig oder Stern)

Filmfrequenzen

Freie Bewegungen (z.B. Schwungbewegungen) 50 B/s

Anschlag im Gelenk (Bewegungsumkehr) 100 B/s

Externe Stöße (Bodenkontakt) 200 B/s

Schlagkontakt 1000 B/s

Beispiel Fußspitze beim Sprintstart

Numerische Differentiation ohne Filterung

Numerische Differentiation mit Filterung