CH627836A5 - Arrangement for automatic length measurement in ski jumping - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur automatischen Entlang der Aufsprungbahn sind in definierten Abständen Weitenmessung bei Skisprung mit Dauermagnet und Messinduk- Laser-Infrarot-Schranken mit einer Strahlrichtung rechtwinklig tionsschleife. Die Anordnung ist für alle Skisprungschanzen zur Sprungrichtung und in sehr geringer Höhe über der Schneeanwendbar. fläche installiert, die vom Springer bei der Landung durchbro-

Die beim Skisprung gesprungene Weite ist die Entfernung chen werden. Ein elektromagnetischer Signalimpuls, durch von der vorderen Kante des Schanzentisches (Absprungort) bis 30 einen geeigneten Geber beim Aufschlagen eines Skis erzeugt,

zum Aufsprungort. Letzterer wurde bisher an allen Schanzen wird in einer, den gesamten Aufsprungbereich umfassenden,

visuell ermittelt, d. h. von Kampfrichtern geschätzt, die an einer Induktionsschleife empfangen und startet einen Zeitmesser. Die

Seite des Aufsprunghanges postiert sind. Ihr Abstand zueinander Zeit, die bis zum Durchbrechen der nächsten Laser-Schranken muss laut Reglement so bemessen sein, dass jeder Kampfrichter vergeht, wird registriert. Daraufhin wird auch die Zeit ermittelt,

einen Bereich von 3 m erfassen kann. 3S die bis zum Durchbrechen einer weiteren Laser-Schranke ver-

Die Weite wird zu dem Zeitpunkt gemessen, zu dem beide Ski geht. Da der Abstand der Laser-Schranken bekannt ist, kann den Schnee oder die Matte vollständig berühren. Anvisiert wird unter der Voraussetzung, dass die Geschwindigkeit sich nicht dabei die Skibindung oder bei Telemark-Aufsprung die Mitte verändert und die Körperhaltung beibehalten wird, der Auf-zwischen beiden Skibindungen. Bei dieser visuellen Bestimmung sprungort rechnerisch ermittelt werden. Nachteilig sind die Fehtreten Messfehler bis zu 4 m auf. Wesentliche Ursachen dafür 40 lereinflüsse durch Änderung der Geschwindigkeit und der Körliegen in folgenden Tatsachen begründet: perhaltung sowie die Wartung und das Nach- und Einjustieren

— Da die Landegeschwindigkeit der Skispringer etwa 100 km/ der Laser-Schranken bei unterschiedlichen Schneehöhen. Ein h beträgt, kann das menschliche Auge aufgrund seiner Trägheit weiterer grosser Nachteil liegt auch bei diesem Verfahren in der den genauen Aufsprungort nicht exakt ermitteln. Notwendigkeit, dass jeder Springer einen aufwendigen Signalge-

— Die beim Springen oft unterschiedlichen Licht- und Wet- 45 ber mit sich führen muss. Beabsichtigte Störungen von aussen terverhältnisse beeinträchtigen eine reale Erfassung des Auf- sind leicht möglich.

sprungortes. Laser-Infrarot-Messsystem mit Vielfachsensoren entlang der

— Die Kampfrichter können die Skispringer absichtlich Aufsprungbahn:

begünstigen oder benachteiligen. Am Schuh des Springers ist ein Infrarot-Laser-Sender ange-

Nachteilig wirkt sich ferner aus, dass für die visuelle Ermitt- 50 bracht, der im Augenblick des Aufsprunges einen Impuls von lung der gesprungenen Weiten ein hoher personeller Aufwand etwa 3 • 10~6 s Länge nach einer Seite hin rechtwinklig zur Sprungerforderlich ist. Das hat zur Folge, dass im Training die gesprun- richtung aussendet. Dieser Strahl gelangt zu den seitlich an der genen Weiten in der Regel noch ungenauer ermittelt werden, da Aufsprungbahn in etwa 1 m Höhe angebrachten und längs der oft nur wenige Kampfrichter zur Verfügung stehen. Bahn verlaufenden Sensorschienen und beeinflusst dort — je

Neben der bis jetzt üblichen visuellen Methode sind einige 55 nach seiner Strahlbreite — eine Reihe von Infrarot-Sensoren.

Verfahren bekannt geworden, die darauf orientiert sind, die Eine elektronische Schaltung stellt danach die Mitte des betroffe-

Weitenmessung im Skisprung mit höherer Genauigkeit und frei nen Bereiches fest und gibt die Sprungweite an. von Subjektivität durchführen zu können. Dazu gehören: Auch diesem System haftet eine Reihe von Nachteilen an:

— Strahlenschrankenmethoden — Nachjustieren der Sensorschienen bei Änderungen der

— Ultraschall-Entfernungsmesssysteme (Echolotprinzip) 60 Schneehöhe

— Laser-Schranken-Messsystem mit Impulsaufnahme durch — Die Sensorschienen sind der Witterung voll ausgesetzt Induktionsschleife — Auf dem Ski oder Schuh muss ein kleines Gerät angebracht

— Laser-Infrarot-Messsystem mit Vielfachsensoren entlang werden, das den Laser-Impuls erzeugt. Bei jedem Springer sind der Aufsprungbahn Kabelverbindungen zwischen Batterieteil, Auslösekontakt und

— Direktes induktives Mäander-System mit Einfach-Signal- 65 Laser-Impuls-Sender notwendig.

gebern Direktes induktives Mäander-System mit Einfach-Signal-

— Radar-ESM-System (ESM = Elektronische Skisprung- geber:

weitenmessanlage) Dieses Verfahren ist auf Schanzen noch nicht erprobt wor-

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den. Ein Kontakt am Schuh schaltet eine Induktivität zum Zeitpunkt des Aufsprunges kurz. Am Aufsprunghang wird eine mäanderförmig quer zur Bahn hin- und herlaufende Kabelschleife verlegt und mit etwa 70 Hz gespeist. Zwischen zwei nebeneinander verlaufenden Leitern befinden sich in der Mitte einfache Leiterdrähte, die im nicht gestörten Zustand stromlos sind. Wird das Gleichgewicht beim Aufsprung durch das Einschalten der Induktivität gestört, baut sich in den Mittelleitern ein Signal auf. Eine elektronische Schaltung ermittelt dann den Aufsprungort. Problematisch erscheint, eine so grosse Anzahl von Messleitern (Mitteldraht) über längere Zeit bei allen möglichen Umwelteinflüssen stromlos zu halten. Ein Kontakt und eine Spule sind vom Springer mitzuführen.

Das Radar-ESM-System:

Das Radar-ESM-System verwendet zur genauen Bestimmung des Aufsprungzeitpunktes einen Signalgeber, einen Druckschalter und einen Radarreflektor als Ausrüstung am Springer. Zwei CW-Radargeräte messen im unteren Bereich der Schanze die Entfernung. Sie sind rechts und links der Flugbahn etwa 10 m hoch in der Höhe des Schanzentisches installiert. Ein weiteres Radargerät, direkt am Schanzentisch montiert, misst die Weite im oberen Bereich.

Als Hauptnachteile sind anzuführen:

— die aufwendige Ausrüstung jedes Springers

— die hohen Kosten

— der hohe Wartungsaufwand der Springerausrüstungen.

Die Informationen zu diesen Verfahren stammen aus der

Broschüre:

K. Kreiselmeyer, M. Bolkart,K. H. Schmall, Elektronische Sprungweitenmessung, Voraussetzung — Stand — Ausblick, Verlag W. Steinbrück Baden-Baden (1976).

Den oben beschriebenen Varianten der automatischen Weitenmessung haften zusammenfassend folgende Nachteile an:

— Der Springer führt am Ski oder an sich selbst eine Ausrüstung mit, die ein relativ grosses Gewicht hat, die zuwarten ist und den Sportler behindert.

— Die Verfahren zeigen mehr oder weniger starke Störanfälligkeit gegenüber Umwelteinflüssen und Manipulationen von aussen.

— Die Anlagen sind in der Anschaffung kostenaufwendig.

Der Gegenstand der Erfindung ist es, eine Anordnung zur automatischen Weitenmessung im Skisprung zu schaffen, welche funktionstüchtig, nahezu wartungsfrei, frei von Subjektivität, unempfindlich für Umwelteinflüsse und preisgünstig ist.

Die vorgeschlagene Anordnung zeigt ein völlig neues Herangehen an die zu lösende Aufgabe. Bisherigen Varianten lag die Tatsache zu Grunde, dass sich der Skispringerin einem extrem flachen Winkel der Ebene des Aufsprunghanges nähert. Zur Bestimmung des Aufsprungortes war es daher notwendig, im Moment des Aufsprunges ein zeitlich begrenztes Signal zu erzeugen , welches von einem Empfänger aufgenommen und in geeigneter Weise ausgewertet wurde. Die erforderlichen Signalstärken bedingten zu gewichtige, vom Springer mitzuführende Geber. Die Bestrebungen gingen demzufolge dahin, die Empfindlichkeit der Empfangsanlagen zu erhöhen oder neue, günstigere Übertragungsprinzipien zu finden. D abei wurde nicht erkannt, dass sich unter Ausnutzung der Besonderheiten der Skiflugtechnik völlig neue Möglichkeiten für Anordnungen zur automatischen Weitenmessung bei Skisprung ergeben. Die vorgeschlagene Anordnung beruht darauf, dass die gesamte Fläche des Aufsprungbereiches der Sprungschanzenanlage mit an sich bekannten Messinduktionsschleifen (Empfangsantenne) belegt wird. Diese werden unter dem Schnee oder dem Mattenbelag zweckmässigerweise im Abstand von 0,5 m rechtwinklig zur im Normalfall vorgesehenen Flugrichtung des Skispringers verlegt. Jeder Messinduktionsschleife ist ein geeigneter Signalverstärker nachgeschaltet. Auf dem Sprungski wird vor der Skibindung ein bereits brk«v-<nter. kleiner, stabförmig ausgebildeter Dauermagnet angebracht. Der Sportler bestimmt den Ski, auf dem der Dauermagnet befestigt werden soll. Mit Beendigung des Landevorganges des Skispringers ist der Abstand des auf dem Ski angebrachten Dauermagneten zu den Messinduktionsschleifen 5 so gering geworden, dass in diesen jeweils ein elektrisches Signal induziert wird. Diese Signale werden über die dazugehörigen Verstärker durch Signalleitungen einer Zentraleinheit zugeführt. Die Verstärker sind in unmittelbarer Nähe der Ausgänge der Messinduktionsschleifen angebracht. In der Zentraleinheit steht io jedem Signal ein Speicherplatz zur Verfügung. Eine logische elektronische Schaltung ermittelt durch Abfragen der Speicher den Speicherplatz, dem zuerst ein Signal zugeführt wurde. Jeder Messinduktionsschleife und somit jedem Speicherplatz ist eine bestimmte Weite, ausgehend von der Absprungkant des Schan-15 zentisches, zugeordnet. Da die Messinduktionsschleifen in einem Raster von 0,5 m ausgelegt sind, kann auf 0,5 m genau gemessen werden. Die so ermittelte Sprungweite lässt sich sofort durch Ziffernanzeigeeinheiten anzeigen und mit Hilfe von geeigneten Druckern ausdrucken. Das beschriebene Verfahren ist bis zu 20 einer maximalen Schneehöhe von 0,8 m anwendbar.

Unterschiedliche Schneehöhen machen es erforderlich, dass sich der Verstärkungsgrad der Messinduktionsschleifenverstär-ker variieren bzw. optimal einstellen lässt. Damit wird u. a. verhindert, dass in mehreren Messinduktionsschleifen zur glei-25 chen Zeit Signale induziert werden. Analysen der Aufsprungtechnik ergaben, dass der Springer zunächst mit der hinteren Skikante aufsetzt, und danach erst mit der Spitze, was eine hohe Relativgeschwindigkeit der Skispitze zur Folge hat. Es ist deshalb anzustreben, dass der Dauermagnet möglichst weit vor der 30 Bindung auf dem Sprungski angebracht wird, da sich auf diese Weise der Abstand zwischen Dauermagnet und Messinduktionsschleifen unmittelbar vor dem Beenden der Flugphase schneller verringern kann. Die geringe Masse des Dauermagneten von ca. 12 g wirkt sich diesbezüglich nicht nachteilig aus.

Der optimalen Einstellung (manuell oder automatisch) des Verstärkungsgrades der Messinduktionsschleifenverstärker und der Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des grössten Teils der Weitenmessanlage dient eine Kontrollinduktionsschleife (Sendeantenne). Diese befindet sich am Rande des Aufsprunghanges 40 der Sprungschanzenanlage auf dem Schnee oder dem Mattenbelag etwa rechtwinklig zu den Messinduktionsschleifen. Sie wird mit elektrischen Signalen gespeist, die ihrerseits in den Messinduktionsschleifen Signale induzieren, welche den durch die Dauermagnete hervorgerufenen Signale ähnlich sind. Während 45 des Kontrollvorganges wird die Verstärkung so lange in definierten Schritten verändert, bis die verstärkten Signale der Messinduktionsschleifen einer Norm-Amplitude entsprechen. Die so ermittelten Verstärkungsgrade werden bis zur nächsten Überprüfung beibehalten.

so Als Vorteile der beschriebenen Erfindung sind zu nennen:

— einfacher Aufbau der gesamten Weitenmessanlage

— hohe Messgenauigkeit bei der Bestimmung der gesprungenen Weiten

— Zuverlässigkeit im Betrieb 55 — geringer Wartungsaufwand

— geringe Störanfälligkeit gegen Umwelteinflüsse und Manipulationen von aussen

— geringes Gewicht der Vorrichtung am Springer

— relativ niedrige Anschaffungs- und Installationskosten. 60 Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Hierzu wird in Fig. 1 der Aufsprungbereich einer Sprungschanze mit automatischer Wei-tenmessanordnung und in Fig. 2 der Sprungski mit darauf befestigtem Dauermagnet sowie ein Dauermagnet im Detail darge-

65 stellt.

Fig. 1 zeigt Aufsprunghang 1 und Schanzentisch 2 einer Sprungschanze. Im Aufsprungbereich sind an den Stellen X), x2. . . die Messinduktionsschleifen 3 ausgelegt, die über

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Messinduktionsschleifenverstärker 5 mit einer Zentraleinheit, bestehend aus Logik, Drucker und Anzeige, verbunden sind. Die über einen Leistungsverstärker 6 gespeiste Kontrollinduktions-schleife 4 überdeckt sämtliche Messinduktionsschleifen.

Die Messinduktionsschleifen bestehen aus einer Windung, 5 die sich über die ganze notwendige Aufsprungbreite erstreckt. Hin- und Rückleitung verlaufen parallel und besitzen einen Abstand von 0,20 m. Die Schleifen werden quer zur Aufsprungbahn mit der Schleifenebene parallel zur Schneeoberfläche ausgelegt. Zweckmässigerweise bestehen die Messinduktionsschlei- 10 fen aus isolierter Litze ausreichender mechanischer Festigkeit. Um Unfallgefahren vorzubeugen, ist es erforderlich, die Messinduktionsschleifen bei Mattenspringen unter den Mattenbelägen zu verlegen, bei Schneespringen unter dem Schnee bzw .falls ein Netz vorhanden ist, sie in dessen Massen zu befestigen. Die 15 Verlegung der Messinduktionsschleifen muss auf jeden Fall so erfolgen, dass der Skispringer nicht zusätzlichen Gefahren ausgesetzt wird.

Es ist darauf zu achten, dass die Hin- und Rückleitungen der Messinduktionsschleifen stets den jeweils entsprechenden Ver- 20 Stärkereingängen zugeordnet sind. Die Signalleitungen von den Messinduktionsschleifen zu den Verstärkern, wie auch die von den Verstärkern zur Zentraleinheit, sind abgeschirmte Leitungen.

Der Verstärker besitzt einen symmetrischen Eingang. Er zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus:

— hohe Gleichtaktunterdrückung

— Durchlassbereich von 20 Hz ... 40 Hz

— 50 Hz-Sperrfilter

— automatische optimale Verstärkungseinstellung im Bereich30 MO5. . . 150-105

— Schwellwertschalter

Die Signale der einzelnen Messstellen werden über Standard-

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Interface-Eingangsschaltungen den Speichern der Zentraleinheit zugeführt. Von dort werden sie parallel in ein Schieberegister übernommen und anschliessend seriell ausgegeben. Die Anzahl der Schiebetakte, die nötig sind, um den ersten besetzten Speicherplatz an den Ausgang zu schieben, ist ein Mass für die gesprungene Weite. Es werden die entsprechenden Schiebetakte in einem Zähler gezählt, welcher mit einer Zahl voreingestellt ist, die mit der ersten mit Messinduktionsschleifen besetzten Weite identisch ist.

Da der Dauermagnet vor der Skibindung angebracht ist, muss das Sprungweitenergebnis noch um diesen Abstand elektronisch verringert werden. Danach wird das Ergebnis in einer Ziffernan-zeigeeinheit dargestellt und mit Hilfe eines Druckers ausgedruckt.

Die Kontrollinduktionsschleife besteht ebenfalls aus einer Windung und ist mit isolierter Litze ausgeführt. Sie wird mit Hilfe eines Kunststoffolienbandes auf einem konstanten Abstand von 0,20 m gehalten. Sie ist im unbenutzten Zustand wegen ihrer notwendigen Länge (über alle Messinduktionsschleifen hinweg) auf einer Trommel aufgewickelt. Die Kontrollinduktionsschleife wird vor dem Sprunglauf zur Überprüfung der Weitenmessanlage und zur Optimierung der Verstärkungsgrade der Messin-duktionsschleifenverstärker auf dem Schnee oder der Matte ausgerollt. Sie wird aus einem Generator mit einer sinusförmigen Spannung im Frequenzbereich von 20 Hz . . . 40 Hz bei einem Strom von ca. 3 A gespeist.

In Fig. 2 wird die Anordnung des Dauermagneten auf dem Ski dargestellt. Es wird vorgeschlagen, den Dauermagneten mit Hilfe einer Flanschhülse oder einer Gummiummantelung aufzukleben oder aufzuschrauben. Der Dauermagnet hat mit Hülse ein Gewicht von ca. 12 g und die Abmessungen von 8 mm 0 X 15 mm. Die magnetische Polarität muss bei der Montage stets die gleiche Richtung haben.

M

1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

627 836 2 PATENTANSPRÜCHE Diese Verfahren sollen im folgenden kurz beschrieben werden.

1. Anordnung zur automatischen Weitenmessung bei Ski- Strahlenschrankenmethode:

sprung mit Dauermagnet und Messinduktionsschleife (3), Bei dieser Methode sind entlang der Aufsprungbahn in gekennzeichnet durch einen zur Anordnung auf einem Sprungski 5 bestimmten Abständen Strahlenschranken (auf optischem oder vorgesehenen Dauermagneten und zur Anordnung auf einem akustischem Prinzip) mit einer Strahlrichtung rechtwinklig zur Aufsprunghang etwa im rechten Winkel zur Flugrichtung des Sprungrichtung und in sehr geringer Höhe angebracht, die vom Springers unter der Schneeoberfläche oder einem Mattenbelag Springer beim Landen durchbrochen werden. Die ermittelte bestimmte Messinduktionsschleifen (3) mit zugehörigen Messin- Weite ist stark abhängig von der Landehaltung des Springers, duktionsschleifenverstärkern (5), die mit einer Zentraleinheit 10 Umwelteinflüsse wirken sich sehr nachteilig auf die Zuverlässigverbunden sind, wobei dieMessinduktionsschleifenverstärker keit aus (Schneefall,Nebel, Gegenlicht, Vereisung, Störschall). (5) ausgepegelt sind. Der Wartungsaufwand ist sehr gross.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ultraschall-Entfernungsmesssystem (Echolot-Prinzip) :

zur Anordnung im rechten Winkel zu den Messinduktionsschlei- Der Aufsprungzeitpunkt wird durch einen Geber signalisiert,

fen (3) auf dem Schnee oder dem Mattenbelag bestimmte 15 Daraufhin wird die Entfernungsmessung ausgelöst. Ein prakti-

Kontrollinduktionsschleife (4), die zur Auspegelung der Messin- scher Anwendungsfall ist nicht bekannt. Als nachteilig kann die duktionsschleifenverstärker (5) dient. Dämpfung der Ultraschallwellen bei Schneefall und Nebel ange-

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich- sehen werden. Windgeräusche können stören. Störschall stellt net,dassdie Kontrollinduktionsschleife (4) zur Anordnung am die Funktion völlig in Frage. Die Reflexionseigenschaften der Rande eines Aufsprunghanges einer Sprungschanzenanlage 20 Sportbekleidung können sehr unterschiedlich sein. Jeder Sprin-bestimmt ist. ger muss einen Signalgeber für die Signalisierung des Aufsprungzeitpunktes mit sich führen.

Laser-Schranken-Messsystem mit Impulsaufnahme durch

Induktionsschleife (Falun/Schweden 1974):