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DE4222373A1 - Weg- und Geschwindigkeitsmeßgerät für Sportler - Google Patents

Weg- und Geschwindigkeitsmeßgerät für Sportler

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DE4222373A1
DE4222373A1 DE4222373A DE4222373A DE4222373A1 DE 4222373 A1 DE4222373 A1 DE 4222373A1 DE 4222373 A DE4222373 A DE 4222373A DE 4222373 A DE4222373 A DE 4222373A DE 4222373 A1 DE4222373 A1 DE 4222373A1
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Gerhard Ruppenthal
Georg Buck
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Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät für Sportler, wie Skifahrer, Surfer, Segler, Radfahrer etc., nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In vielen Sportarten ist es einerseits zur Trainingskontrolle und andererseits aus persönlichem Interesse des Sportlers wünschenswert, genaue Angaben über die Geschwindigkeit und/oder den zurückgelegten Weg während der sportlichen Betätigung zu erhalten. Auch spezielle Werte, wie Durchschnitts- oder Spitzengeschwindigkeit, sind für Sportler von großem Interesse.
Aus diesem Grund gibt es beispielsweise für Radfahrer bereits Meßgeräte, die am Lenker befestigt werden und dem Radfahrer zu jeder Zeit die gewünschten Daten über ein Ablesegerät zugänglich machen. In der Regel verfügen diese Meßgeräte über einen induktiven Sensor, der mit einem an einem Rad befestigten Magneten als externe Referenzquelle zusammenwirkt. Der fest an der Gabel befindliche Sensor mißt die Anzahl der Radumdrehungen und berechnet die gewünschten Daten in einer Auswerteeinheit. Um Aussagen über die Geschwindigkeit treffen zu können, verfügt ein solches Meßgerät außerdem über eine Uhr. Als weitere Komponenten sind in derartigen Gegenständen eine Speichereinheit, eine Anzeige, eine Batterie oder ein Akku sowie Bedienungselemente vorhanden.
Ein derartiges Meßgerät hat den Nachteil, daß es eine externe Referenzquelle benötigt. Die Verwendung einer externen Referenzquelle bereitet jedoch im allgemeinen große Schwierigkeiten, da in der Regel eine feste Bezugsgröße, wie beispielsweise ein Laufrad am Sportgerät, nicht zur Verfügung steht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Meßgerät für Sportler zur Messung von Geschwindigkeit und/oder zurückgelegtem Weg vorzuschlagen, das ohne externe Referenzquelle auskommt.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Meßgerät der einleitend bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Demgemäß wird ein erfindungsgemäßes Meßgerät dadurch realisiert, daß als Sensor ein Beschleunigungssensor verwendet wird. Derartige Sensoren arbeiten nach dem Prinzip der Massenträgheit und benötigen somit keine externe Referenzquelle.
Durch gleichzeitiges Erfassen der Zeit wird die Bestimmung der Geschwindigkeit bzw. des zurückgelegten Weges aus ein- oder zweimaliger Integration der Beschleunigung über die Zeit ermöglicht. Eine entsprechend ausgeführte Auswerteeinheit, die die Beschleunigung als Funktion der Zeit erfaßt, ist somit in der Lage, die Geschwindigkeit oder den zurückgelegten Weg zu ermitteln und über die Anzeige zur Ablesung aus zugeben.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Meßgeräts möglich.
So sind für ein erfindungsgemäßes Meßgerät Sensoren besonders geeignet, in denen als träge Masse ein vorgespannter piezoelektrischer oder piezoresistiver Kristall verwendet wird. Durch das piezoelektrische Signal oder durch die Änderung des piezoresistiven Widerstands aufgrund der Einwirkung der Beschleunigung auf den Kristall wird diese auf direktem Wege in ein elektrisches Signal umsetzbar.
Eine weitere Möglichkeit, ein elektrisches Signal für die Beschleunigung zu erhalten, stellt die Kopplung einer trägen Masse mit einem kapazitiven Element dar. Hierbei wird die Einwirkung einer trägen Masse als Kapazitätsänderung des kapazitiven Elements meßbar.
Um mehrere Komponenten des Beschleunigungsvektors zu erfassen, sind mehrere Beschleunigungssensoren nötig. Diese müssen derartig ausgerichtet sein, daß ihre Richtungsvektoren im Sinne der Vektoralgebra voneinander linear unabhängig sind.
Da die Durchschnitts- bzw. Spitzengeschwindigkeiten für einen Sportler von besonderem Interesse sind, empfiehlt es sich, die Auswerte- bzw. Speichereinheit so auszubilden und aufeinander abzustimmen, daß diese Größen ermittelbar sind.
Nicht immer ist es möglich, ein erfindungsgemäßes Meßgerät ohne Beeinträchtigung der Bewegung des Sportlers in dessen Sichtfeld anzubringen. Hier ist es von besonderem Vorteil, das Anzeigegerät als separates Gerät auszubilden und die benötigten Anzeigewerte drahtlos von der Auswerteeinheit zur Anzeige zu übermitteln. Das Anzeigegerät kann dann ähnlich einer Armbanduhr getragen werden, während das eigentliche Meßgerät am Sportgerät, beispielsweise an einem Ski, befestigt wird.
Um Fehlereinflüssen aufgrund der Einwirkung der Gravitationskraft auf die träge Masse des Beschleunigungssensors vorzubeugen, empfiehlt sich die Erfassung der räumlichen Lage des Meßsystems. Hierfür kann bin Kreiselkompaß oder ein Lotsensor vorgesehen werden. Die hierdurch erfaßte räumliche Lage des Meßsystems kann dann in die Ermittlung der gewünschten Daten anhand der Sensorsignale einbezogen werden.
Auch ein zusätzlicher Beschleunigungssensor kann zur Erfassung der Erdbeschleunigung verwendet werden.
Zur Verwendung bei unterschiedlichen und unter Umständen auch schwankenden Wetterverhältnissen ist eine Temperaturkompensation des Meßgeräts empfehlenswert. Ggf. muß hierzu ein Temperaturfühler eingebaut werden.
Querbeschleunigungen, wie beispielsweise die Erdbeschleunigung, können durch entsprechende Ausbildung der Auswerteeinheit ebenfalls kompensiert werden.
Kurzzeitige Störbewegungen, die für das Meßergebnis nicht von Interesse sind, beispielsweise die auf und ab Bewegungen innerhalb einer Buckelpiste eines Ski, können durch Mittelung der Meßdaten über eine geeignete Zeitbasis rechnerisch herausgefiltert werden. Diese Methode ist bei allen kurzzeitigen Störeinflüssen, die in ihrer Richtung und Größe zufällig verteilt sind, anwendbar.
Für periodische Störbewegungen innerhalb bestimmter Frequenzbereiche, beispielsweise Vibrationen, können entsprechende Frequenzfilter vorgesehen werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die beiden Figuren stellen anhand von Blockdiagrammen schematisch die Funktionsweise zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
In Fig. 1 ist ein Beschleunigungssensor 1 in Verbindung mit einer Auswerteeinheit 2 und einer Speichereinheit 3 dargestellt. Eine Uhr 4, eine Batterie 5 und eine Anzeige 6 sind ebenfalls vorhanden. Außer der Anzeige 6 sind noch Bedienungselemente 7 zur Betätigung des Meßgeräts angebracht.
Mit Hilfe des Sensors 1 und der Uhr 4 wird die Beschleunigung als Funktion der Zeit erfaßt und in der Speichereinheit 3 abgelegt. Die Auswerteeinheit 2 ist in der Lage, die Beschleunigung über die Zeit zu integrieren und auf diese Weise die Geschwindigkeit bzw. den zurückgelegten Weg als Funktion der Zeit zu ermitteln und im Speicher 3 abzuspeichern. Die abgespeicherten Daten können im Anschluß daran dazu verwendet werden, andere Daten, wie beispielsweise die Spitzengeschwindigkeit oder die Durchschnittsgeschwindigkeit, zu errechnen.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel werden die gewünschten Daten über eine Anzeige 6 ausgegeben, die sich zusammen mit den anderen Komponenten des Meßgeräts in einem kompletten Kompaktgerät befindet, das beispielsweise auf einem Ski montiert ist. Die verschiedenen Funktionen des Meßgeräts werden über die Bedienungselemente 7 eingestellt.
In Fig. 2 ist zusätzlich ein Sender 8 und ein Empfänger 9 dargestellt, der mit einem Anzeigegerät 10 in Verbindung steht. Das Anzeigegerät weist außer der Anzeige 11 noch Bedienungselemente 12 auf.
In diesem zweiten Ausführungsbeispiel werden die über die Bedienungselemente 12 aufgerufenen Informationen dem Anzeigegerät 10 über den Sender 8 und den Empfänger 9 übermittelt und an der Anzeige 11 ausgegeben. Eine drahtlose Datenübermittlung ist in der Zeichnung durch die gestrichelte Linie angedeutet.

Claims (12)

1. Meßgerät für Sportler, wie Skifahrer, Surf er, Segler, Radfahrer etc., zur Messung von Beschleunigung, Geschwindigkeit und/oder zurückgelegtem Weg mit einem Sensor (1), einer Auswerteeinheit (2), einer Speichereinheit (3), einer Anzeige (9), einer Batterie oder Akku (5), Bedienungselementen (10) zur Betätigung verschiedener Funktionen des Meßgeräts sowie einer Uhr (4), dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1) ein Beschleunigungssensor ohne externe Referenzquelle ist und die Auswerteeinheit (2) so ausgeführt ist, daß die Beschleunigung als Funktion der Zeit erfaßbar sowie die Geschwindigkeit aus einmaliger und/oder der zurückgelegte Weg aus zweimaliger analoger oder digitaler Integration der Beschleunigung über die Zeit durch die Auswerteeinheit (2) ermittelbar und an der Anzeige (9) ablesbar ist.
2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1) ein piezoelektrischer oder ein piezoresistiver Sensor ist.
3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1) ein kapazitiver Sensor ist.
4. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensoren (1) zur Erfassung verschiedener Komponenten des Beschleunigungsvektors vorhanden sind.
5. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Auswerte- (2) und der Speichereinheit (3) die Durchschnitts- und die Spitzengeschwindigkeit ermittelbar sind.
6. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät (8) ein separates Gerät ist, wobei die benötigten Anzeigewerte drahtlos von der Auswerteeinheit (2) zur Anzeige (9) übermittelbar sind.
7. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung des Meßsystems ein Kreiselkompaß oder ein Lotsensor vorgesehen ist.
8. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Beschleunigungssensor zur Erfassung der Erdbeschleunigung vorhanden ist.
9. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation von Temperaturschwankungen vorgesehen ist.
10. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation von Querbeschleunigung bzw. der Erdbeschleunigung vorgesehen ist.
11. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (2) so ausgebildet ist, daß sie durch Mittelung der Meßwerte über eine geeignete Zeitbasis kurzzeitige, zufällig verteilte Störbewegungen filtert.
12. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzfilter für Störbewegungen bestimmter Frequenzbereiche, wie Vibrationen etc., vorgesehen ist.
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