基于水平位移差补偿的足球反弹率光电检测方法技术

本发明专利技术公开的基于水平位移差补偿的足球反弹率光电检测方法，包括测量时间数据、计算出足球反弹率：1)测量足球第一次下落过程中及第一次触地反弹过程中，足球下表面三个点、足球上表面三个点先后触发三个传感器的时间数据；2)根据足球下降过程中所测量的时间点数据，计算出下落过程中球心的水平位移差⊿x，⊿x小于0.03m为合格；利用1)测得的数据计算出足球第一次反弹的高度；并在计算时根据2)计算出来的水平位移差进行高度补偿；进而计算出足球反弹率。本发明专利技术通过水平位移差判断检测数值是否合格，消除错误测量结果；同时对合格的数据采用水平位移差进行高度补偿计算出足球反弹率，能有效克服一定范围内的微风影响，绝对检测误差≦0.1％，提高设备检测精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测方法，具体地说是一种利用运动力学对足球场地足球反弹率检测的方法。 
技术介绍
足球运动中，足球落地后弹起的高度会直接影响运动员对球的判断和技术水平的发挥。因此，足球反弹率(又称球反弹率)，即足球垂直自由落向场地表面后反弹的高度与开始下落高度的百分比(原理参见说明书附图图1)，是检测足球场地合格与否的一项重要指标。两标准规定了一致的球反弹率测定方法：将压力0.7kg/cm2FIFA认可的足球，从3米高处自由落下，记录球反弹高度H，球反弹率BR＝H/3×100％；该值最佳范围值20％～50％，允许范围值15％～55％。 目前，国内对该参数的测量通常使用简单的工具实现，即：一人护立着3米高的塔尺，另一人将球送到3米的高度，然后将球松开，自由下落，目测球的第一次回弹高度。 上述测量存在的问题是：由于每个场地需要测试比较多的位置，因此，这种手工检测方法费时费力、精度较低、检测质量难以保证。 国外足球场球反弹率检测仪所采用的检测方法包括直接测量间接测量的方法。 直接测量的方法如下： 1、采用真空装置将球固定在指定高度，使球自由下落； 2、下落过程中采用高速摄像机进行跟踪拍摄、计算与测量。 间接测量的方法如下： 1、采用真空装置将球固定在指定高度，使球自由下落； 2、测量反弹过程中时间量，通过反弹过程中时间量的测量反算高度。 在上述测量中，国外大多采用专用的设备，测量设备较贵重，仪器成本较高，不易大规模推广应用。 国内的测量，现有的测量方法中均没有进行细致的分析研究，测量计算中没有考虑空气流动对足球下落及反弹的影响，故存在测量精度不高，误差较大的现象。 
技术实现思路
本专利是一种足球场地足球反弹率的光电检测方法，考虑空气流动对足球下落及反弹的影响，采用水平位移差补偿进行高度补偿；进而计算出足球反弹率，从而克服上述测量中出现的技术问题，提高足球反弹率检测效率和精度，满足国内足球场地球反弹率指标的检测需要，实现了比较简单的达到准确测量的目的，降低测量的成本，取得大规模推广应用。 为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案： 基于水平位移差补偿的足球反弹率光电检测方法，包括测量时间数据、根据时间数据计算出足球反弹率： 1)所述的时间数据测量是通过在水平方向上相互间隔设置的三个传感器；测量足球第一次下落过程中及第一次触地反弹过程中，足球下表面三个点、足球上表面三个点先后触发三个传感器的时间数据； 2)根据足球下降过程中所测量的时间点数据，分别计算出足球下落到某一点时球心的偏移量x1、x2，并由上述数据计算出一个直径内，足球的下落过程中球心的水平位移差⊿x＝x1－x2，水平位移差⊿x小于0.03m视为合格；根据上述水平位移差判断检测数值是否合格，若合格，则； 3)利用1)测得的数据计算出足球第一次反弹的高度；并在计算时根据2)计算出来的水平位移差进行高度补偿；进而计算出足球反弹率。 本方法在测算足球反弹率时，能通过水平位移差判断检测数值是否合格，可以有效地去除不合格的测量数据，减小测量的误差并消除错误测量结果；同时本方法对测量合格的数据采用水平位移差进行高度补偿，能有效克服一定范围内的微风影响，绝对检测误差≦0.1％，提高设备检测精度。 作为对本技术方案的进一步改进，传感器在水平方向上间隔相等，0.04m～0.07m。上述间隔相等，便于分析计算相关数据。 作为对本技术方案的进一步改进，以三个传感器中的中间传感器为原点，水平方向为横坐标、竖直方向为纵坐标建立笛卡尔直角坐标系，计算出足球下落到中间传感器时球心的偏移量x1、x2，并由上述数据计算出一个直径内，足球的下落过程中球心的水平位移差⊿x＝x1－x2。 作为对本技术方案的进一步改进，传感器安装距离间隔为0.05m。 附图说明图1是足球反弹率测量原理图。 图2是足球第一次下降过程中足球下表面先后触发三个传感器，采集到三个时间点数据的顺序示意图。 图3是图2中传感器所检测到的三个高度的示意图。 图4是足球下落过程中受力分析图。 图5是足球下落过程中受力分析图。 图6是足球下落一个直径过程中水平偏移示意图。 图7是足球第一反弹经过传感器检测到的位置点图。 图8是足球上升过程中受力分析示意图。 具体实施方式下面接合附图对本专利技术作进一步的详细说明。 结合图1可知： BR＝H/3×100％   (1) 式中： BR-足球的反弹率(％)； H-足球下落后反弹起的最高高度(m)。 上述是测量足球反弹率的原理；但实际测量中，为减小误差，往往通过测量时间量来计算出上述的足球的反弹率。 本方法通过在水平方向上相互间隔设置的三个传感器；测量足球第一次下落过程中及第一次触地反弹过程中，足球下表面三个点、足球上表面三个点先后触发三个传感器的时间数据，然后根据上述测量的数据进行分析判断，并利用合格数据计算出足球的反弹率。 本专利技术的基于水平位移差补偿的足球反弹率光电检测方法主要测算过程包括以下几个部分： 第一：数据测量 在水平方向上相互间隔设置的三个传感器，传感器安装距离间隔为0.05m，利用上述传感器测量足球第一次下落过程中及第一次触地反弹过程中，足球下表面三个点、足球上表面三个点先后触发三个传感器的三个时间点的时间数据如下： 足球下降时下表面三点A、B、C的时间点HW1_time2,HW2_time2,HW3_time2。 足球下降时上表面三点D、E、F的时间点HW1_time2,HW2_time2,HW3_time2。 足球上升时下表面三点L、M、N的时间点HW1_time3、HW2_time3、HW3_time3。 足球上升时上表面三点O、P、Q的时间点HW1_time4、HW2_time4、HW3_time4。 第二：水平位移差计算，并判断数据是否合格 结合图2可知，假设足球受向右的微风影响(向左微风影响分析方法相同)，足球下降到传感器检测位置后，其下表面三点A、B、C先后触发三个传感器，采集到三个时间点数据，第1到3个传感器时间点：HW1_time1,HW2_time1,HW3_time1，用这三个时间点数据与足球释放的起始时间点数据作差，得到三组时间差，如公式(2)所示： HW1_TimeIntval1=HW1_Timel-t0HW2_TimeTntval1=HW2_Timel-t0HW3_TimeIntval1=HW3_Timel-t0---(2)]]>结合图3可知，t0为初始时间，此处，t0＝0；利用这三组时间差可以计算出足球表面点遮挡红外传感器位置自松开起下落的高度Hmeai(i＝1,2,3)。 在足球下降过程中，除了受自身重力外，还受到空气阻力的影响，所以在计算过程中，需要考虑空气阻力，空气阻力如公式(3)所示： 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于水平位移差补偿的足球反弹率光电检测方法，包括测量时间数据、根据时间数据计算出足球反弹率，其特征在于：1)所述的测量时间数据是通过在水平方向上相互间隔设置的三个传感器；测量足球第一次下落过程中及第一次触地反弹过程中，足球下表面三个点、足球上表面三个点先后触发三个传感器的时间数据；2)根据足球下降过程中所测量的时间点数据，分别计算出足球下落到某一点时球心的偏移量x1、x2，并由上述数据计算出一个直径内，足球的下落过程中球心的水平位移差⊿x＝x1－x2，水平位移差⊿x小于0.03m视为合格；根据上述水平位移差判断检测数值是否合格，若合格，则；3)利用1)测得的数据计算出足球第一次反弹的高度；并在计算时根据2)计算出来的水平位移差进行高度补偿；进而计算出足球反弹率。

【技术特征摘要】
1.基于水平位移差补偿的足球反弹率光电检测方法，包括测量时间数据、根据时间数据计算
出足球反弹率，其特征在于：
1)所述的测量时间数据是通过在水平方向上相互间隔设置的三个传感器；测量足球第一
次下落过程中及第一次触地反弹过程中，足球下表面三个点、足球上表面三个点先后触发三
个传感器的时间数据；
2)根据足球下降过程中所测量的时间点数据，分别计算出足球下落到某一点时球心的偏
移量x1、x2，并由上述数据计算出一个直径内，足球的下落过程中球心的水平位移差⊿x＝x1－x2，水平位移差⊿x小于0.03m视为合格；根据上述水平位移差判断检测数值是否合格，若
合格，则；
3)利用1)测得的数据计算出足球第一次反弹的高度；并在计算时根据2)计算出...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙群，尹成强，陈林林，王翀，陈峥峰，张来刚，
申请(专利权)人：聊城大学，
类型：发明
国别省市：山东;37