CC BY
40
УДК. 62-791.! Н. Ф. РОЖКОВ
Омский государственный технический университет
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОПОРНЫХ РЕАКЦИЙ
В статье рассматривается устройство для измерения опорных реакций. Подробно рассматривается конструкция устройства. Показано крепление центральной опоры, крепление боковых опор и конструкция датчика. Раскрываются приемущества устройства по точности измерения по сравнению с аналогами.
Устройство может использоваться: для измерения опорных реакций спортсменов; при профотборе, когда проводится проверка устойчивости субъекта после пробы физической нагрузкой, связанной с вращением при отработке упражнений в спортивной и художественной гимнастике, а также при исследовании биомеханики движения. Устройство может быть использовано в медицине при исследовании опорно-двигательного аппарата и других частей тела после получения травм.
Работа устройства иллюстрируется на рис. 1 — 7.
Устройство относится к разделу биомеханики и предназначено для измерения временных параметров при ходьбе [1, 2].
Рис. 1. Устройство для определения опорных реакций
Устройство для измерения опорных реакций спортсменов содержит смонтированную на основании 1, которое может быть выполнено в виде ребер 2 жесткости посредством опор с датчиками Д1-Д9 платформу 3, выполненную в виде шарового сегмента, обращенного криволинейной поверхностью вниз. Для установки платформы в основании 1 выполнена выемка по форме шаровой поверхности платформы 3. Ребра 2 жесткости связывают горизонтальные и вертикальные стенки рамы. Восемь боковых опор 9 равномерно и симметрично размещены по краям платформы со стороны ее криволинейной поверхности, опора 6 расположена в центре платформы З.для связи платформы 3 и основания 1 посредством опор 9 и 6 с датчиками Д1-Д9 в основании 1 выполнены каналы 4 для установки датчиков Д1-Д9 и опор 9 и 6. Один из каналов 4 выполнен в виде рамы с ребрами 2 жесткости каналы 4 выполнены в ребрах жесткости. Боковые опоры 9 крепятся к платформе 3 с помощью винтов 10. Центральная опора 6 имеет шаровой наконечник 15, и для ее установки в центральной части криволинейной поверхности платформы выполнена выемка 7 с прокладкой 8.
Датчики Д1-Д9 расположены 4 и выполнены в виде связанных с опорами 9 и 6 поршней 16 и пьезо-элементов 17, помещенных в корпус 18. Для регулировки начального давления и ограничения пределов давления на пьезоэлемент 17 корпус 18 выполнен в виде стакана, на дне которого помещен пьезоэлемент 17 с установленным на нем поршнем 16, имеющим в верхней части выступ по размеру внешнего диаметра стакана, причем в начальном положении между выступом поршня 16 и стаканом имеется зазор, определяющий максимальную величину перемещения поршня при измерении опорных реакций. Под корпусом 18 в канале 4 расположен винт 5 со скользящей шайбой 19, служащей для регулировки начального давления и уровня платформы.
Пьезоэлемент 17 датчиков имеет металлизированные покрытия с контактами: сплошное 22 с одной стороны и два разделенных 23, 24 — с другой. Покрытие 23 выполняет роль возбуждающего пьезоэлемента 17, покрытия 22 и 24 — генераторные контакты. Вывод проводов от контактов пьезоэлементов 17 осуществлен по трубкам 20 отвода, расположенным в выемке 21 каналов 3. Провода от пьезоэлементов 17 датчиков выведены к разъемам 11 и 13 основания 1, к которым также подключены генератор 12 возбуждения и регистрирующее устройство 14.
Помост для измерения опорных реакций спортсменов подготавливают к работе следующим образом.
Рис. 2. Крепление центральной опоры
Рис. 3. Крепление боковых опор
Рис. 4. Чувствительный элемент
Рис. 5. Датчик в сборе
Рис. 6. Разрез крепления
Рис. 7. Схема расположения центральной опоры датчиков
К контактным площадкам металлизированных покрытий 22 — 24 (рис. 4, 5) пьезоэлемента 17 приваривают провода, которые пропускают через трубки 20 отвода, пьезоэлемент помещают в корпус 18 и туда же помещают поршень 16, таким образом получают датчик в сборе. Опорную раму с ребрами 2 жесткости (рис. 1) размещают на любой горизонтальной поверхности. В направляющие каналы 4 ввинчивают регулировочный винт (рис. 1 — 3), на поверхности которого со стороны установки датчиков Д1-Д9 размещают скользящую шайбу 19, далее в корпус 18 устанавливают пьезоэлемент 17 так, что трубки 20 отвода размещаются в выемке 21 (рис. 2, 3, 6) направляющего канала 4. В направляющем канале 4 (рис. 2), где размещен центральный датчик Д9, вставляют опору с шаровым наконечником 15. В платформе 3 крепят предохранительную прокладку 8 в центральной выемке 7, а также боковые опоры 9 (рис. 3) с помощью винтов 10 со стороны криволинейной поверхности. Боковые опоры 9 и шаровая опора 15 с датчиками Д1-Д9 расположены согласно рис.19.далее опорную плиту (рис. 1) помещают в опорную раму 1 с ребрами 2 жесткости так, что она с шаровым наконечником входит в центральную выемку 7, боковые опоры 9 входят в направляющие каналы 4. Таким образом, помост в сборе, далее производят регулировку помоста. Включают генератор 13 возбуждения, сигнал с выхода которого через разъем
11 по проводам поступает на возбуждающие металлизированные покрытия 22 и 23 пьезоэлемента 17 (рис. 3, 4), сигнал с которых по проводам через разъем 13 (рис. 1) поступает на вход регистрирующего устройства 14. В результате различной величины механического давления на датчики Д1-Д9 разная, поэтому с помощью регулировочных винтов 5 проводят регулировку уровня и величины силы давления платформы 3. При регулировании необходимо добиться одинаковой величины сигнала на выходе датчика Д1-Д9. После того, когда это условие будет выполнено, можно считать, что помост для измерения опорных реакций спортсменов подготовлен к работе.
Помост для измерения опорных реакций спортсменов работает следующим образом.
Помост в сборе размещают на горизонтальной поверхности. Через разъем 11 подсоединяют генератор
12 возбуждения, а через разъем 13 — регистрирующее устройство 14. Спортсмена размещают в центре опорной плиты 3 и включают генератор 12 возбуждения и регистрирующее устройство 14. Сигнал с выхода генератора 12 возбуждения через разъем 11 по проводам, пропущенным через трубки 20 отвода, поступает на возбуждающие контакты 22 и 23 пьезоэлемента 17 и заставляет его механически колебаться. Вследствие механических колебаний пьезоэлемента 17 на генераторных контактах 22 и 24 появляется сигнал. Спортсмен выполняет необходимое упражнение. При этом воздействует силой давления на опорную плиту 3, которая через шаровую опору 6 и боковые опоры 9 через поршень давления 16 передает ее на датчики давления Д1-Д9. С выхода Д1-Д9 измененная величина сигнала, пропорциональная величине опорной реакции, поступает через провода, пропущенные трубки 20 отвода, и через разъем
13 на вход регистрирующего устройства 14.
Применение в помосте для измерения опорных реакций спортсменов опорной рамы с ребрами жесткости, опорной плиты, выполненной в виде сферической поверхности, шаровой опоры и боковых опор, расположенных по краям платформы под углом к горизонтали, направляющих каналов опор, в которых размещены датчики сил, имеющих полный корпус, в котором расположены пьезоэлемент и поршень давления генератора возбуждения и регистрирующего устройства, дает возможность увеличить жесткость конструкции и повысить точность измерения.
Помост для измерения опорных реакций спортсмена, содержит смонтированную на основании посредством опор с датчиками платформу, отличающуюся тем, что с целью повышения точности измерения усилий опорных реакций, платформа выполнена в виде шарового сегмента, центральная опора установлена в центре ее криволинейной поверхности, а остальные —
по окружности с равным шагом и под углом к ее плоской поверхности.
Библиографический список
1. Помост для измерения опорных реакций спорных реакций спортсменов / Н.Ф. Рожков, В.В. Барболин.- АС 1625505 СССР. МКИ А63В 69/00-9с.
2. Помост для измерения опорных реакций спорных реакций спортсменов / Н.Ф. Рожков, В.В. Барболин.- АС .16229032 СССР. МКИ А63В 63/00-6с.
РОЖКОВ Николай Федорович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Информационно-измерительная техника».
Дата поступления статьи в редакцию: 25.10.2007 г. © Рожков Н.Ф.
УДК 621.317.328 Е. В. ТИМОНИНА
С. В. БИРЮКОВ
Омский государственный технический университет
ТРЕХКООРДИНАТНЫЙ ЭЛЕКТРОИНДУКЦИОННЫЙ СФЕРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ПОЛЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДИПОЛЯ
В статье проводится анализ работы трехкоординатного сферического датчика напряженности в электрическом поле диполя.
Было установлено, что поле электрического диполя обладает большей неоднородностью по сравнению с полем точечного заряда, которое ранее [1,2] рассматривалось в качестве наихудших условий для работы датчика. В связи с этим, считаем целесообразным, привести теоретический анализ работы трехкоординатного электроиндукционного сферического датчика (ТЭСД) напряженности в неоднородном электрическом поле (ЭП) диполя.
В ходе исследований, согласно методике, предложенной в [2], была составлена математическая модель ТЭСД с чувствительными электродами в виде сферических сегментов, включающая взаимосвязанные с соответствующими координатными осями датчика интегральные уравнения, ядром которых является выражение для определения нормальной составляющей напряженности на поверхности сферического
датчика, находящегося в поле электрического диполя, полученное путем решения задачи для сферы в поле электрического диполя:
