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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