400米标准田径场分道线越线犯规检测仪

摘要

一种400米标准田径场分道线越线犯规检测仪，属于体育仪器领域。通过导线串联将电磁传感器与电磁测距仪与多功能电子计数器连成闭合电路，在起端和终端的两端分别用导线连接在分道线外沿与可偏程序控制现场总线集成电路芯片上，在分道线外沿与可偏程序控制现场总线集成电路芯片与分道线内沿与压力传感器的中间到边沿一周全部加入磁粉，磁粉离合器和分道线内沿与压力传感器通过串连导线连接成闭合电路，它的起端与终端分别连接在分道线外沿与可偏程序控制现场总线集成电路芯片上，磁粉的中间上方固定通电导线，在通电导线的起端与终端连接在分道线外沿与可偏程序控制现场总线集成电路芯片上。

说明书

技术领域

本发明涉及一种400米标准田径场分道线越线犯规检测仪，属于体育仪器检测设备 领域。

背景技术

在田径竞赛项目200m、400m、400m栏、800m、4x100m，4x400m等项目比赛中，运 动员经常发生踏入内道线外沿导致犯规现象发生，而裁判员只有通过肉眼或摄像机来判 罚运动员是否犯规，往往存在主观意念或舞弊行为发生，甚至存在人为因素导致运动员 无法正常发挥运动成绩。该400米标准田径场分道线越线犯规检测仪能够准确判罚运动 员在400米标准田径场分道线外沿越线或踏入内道线是否犯规，对运动员发挥运动成绩 起到客观准确的目的。该400米标准田径场分道线越线犯规检测仪能够给裁判员在比赛 中带来客观执法的效果。

电磁传感器是一门应用很广的高新技术，国内、国外都投入了一定的科研力量 在进行研究，这种传感器的应用正在渗透入国民经济、国防建设和人们日常生活 的各个领域，随着信息社会的到来，其地位和作用必将更加突出。电磁感应现象 是电磁学中最重大的发现之一，它揭示了电、磁现象之间的相互联系。法拉第电 磁感应定律的重要意义在于，一方面，依据电磁感应的原理，人们制造出了发电 机，电能的大规模生产和远距离输送成为可能；另一方面，电磁感应现象在电工 技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种结构简单，操 作实用的400米标准田径场分道线越线犯规检测仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该400米标准田径场分道线越线犯规 检测仪，其特征在于：包括：电磁传感器、电磁测距仪与多功能电子计数器、可偏程序 控制现场总线集成电路芯片、压力传感器等。通过导线串联将电磁传感器与电磁测距仪 与多功能电子计数器连成闭合电路，在起端和终端的两端分别用导线连接在分道线外沿 与可偏程序控制现场总线集成电路芯片上。在分道线外沿与可偏程序控制现场总线集成 电路芯片与分道线内沿与压力传感器的中间到边沿一周全部加入带粘合剂和磁粉等材 料制成的磁浆。磁粉离合器和分道线内沿与压力传感器通过串连导线连接成闭合电路， 它的起短与终端分别连接在分道线外沿与可偏程序控制现场总线集成电路芯片上。磁粉 的中间上方固定通电导线，在通电导线的起短与终端连接在分道线外沿与可偏程序控制 现场总线集成电路芯片上。

使用前，将磁粉与粘合剂、溶剂等材料制成磁浆，与各种传感器、多功能电子计数 器、可偏程控制器与现场总线集成电路芯片等固定在塑胶材料封闭的带有导线电流的 400m标准塑胶田径场分道线下，与各跑道打成一体。使用时：运动员穿上钉子鞋踏入分 道线外沿后钢钉垂直地插入到带有磁粉和通电电流缠绕的各种传感器的电磁场中，使得 游离有规则的电磁粉瞬间发生无规则的电磁力线，钢钉被磁粉磁化后切割电磁力线，导 致导线电流两端感生出电动势，使各种传感器接触电磁力线，利用集成电路及闭合电流 把磁力线的输入信号转换成实际应用的电信号，此时电磁传感器和电磁测距仪可以感应 到在分道线检验区域内的钢钉进入磁场后所引起磁场的变化及时将电磁传感器的电信 号通过电磁能量聚焦在电磁探测器上，使信号放大器和信号处理电路按照目标发射率转 变为被测目标向电磁管理器发射电磁信号并报警，电磁信号被接收后分别将信号输入到 信号分析仪进行各种分析处理，通过集成电路、显示仪器等把电磁成像技术、计算机技 术、图像处理技术接收电磁力线，经过可偏程控制器与现场总线集成电路芯片等处理后 将其显示在荧光屏上，从而准确判断运动员所犯规的位置及踏入的距离。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

本发明结构简单，体积小、不受场地和时间限制，安装方便，容易操作，比较适用 于国内和国际400米标准田径场，测试效果直观，灵敏度高，准确无误。

附图说明

图1是本发明400米标准田径场分道线越线犯规检测仪的最佳实例，

其中：1.分道线外沿与可偏程序控制现场总线集成电路芯片  2.电磁传感器  3.电 磁测距仪与多功能电子计数器  4.磁粉  5.通电导线  6.磁粉离合器  7.分道线 内沿与压力传感器

具体实施方式

下面结合附图对本发明400米标准田径场分道线越线犯规检测仪作进一步说明：

如图1所示：400米标准田径场分道线越线犯规检测仪，其特征在于：包括：电磁 传感器、电磁测距仪与多功能电子计数器、可偏程序控制现场总线集成电路芯片、压力 传感器等。通过导线串联将电磁传感器2与电磁测距仪与多功能电子计数器3连成闭合 电路，在起端和终端的两端分别用导线连接在分道线外沿与可偏程序控制现场总线集成 电路芯片1上；在分道线外沿与可偏程序控制现场总线集成电路芯片1与分道线内沿与 压力传感器7的中间到边沿一周全部加入带粘合剂和磁粉4等材料制成的磁浆；磁粉离 合器6和分道线内沿与压力传感器7通过串连导线连接成闭合电路，它的起短与终端分 别连接在分道线外沿与可偏程序控制现场总线集成电路芯片1上；磁粉4的中间上方固 定通电导线5，在通电导线5的起短与终端连接在分道线外沿与可偏程序控制现场总线 集成电路芯片1上。

使用前，将磁粉与粘合剂、溶剂等材料制成磁浆，与各种传感器、多功能电子计数 器、可偏程控制器与现场总线集成电路芯片等固定在塑胶材料封闭的带有导线电流的 400m标准塑胶田径场分道线下，与各跑道打成一体。使用时：运动员穿上钉子鞋踏入分 道线外沿后钢钉垂直地插入到带有磁粉和通电电流缠绕的各种传感器的电磁场中，使得 游离有规则的电磁粉瞬间发生无规则的电磁力线，钢钉被磁粉磁化后切割电磁力线，导 致导线电流两端感生出电动势，使各种传感器接触电磁力线，利用集成电路及闭合电流 把磁力线的输入信号转换成实际应用的电信号，此时电磁传感器和电磁测距仪可以感应 到在分道线检验区域内的钢钉进入磁场后所引起磁场的变化及时将电磁传感器的电信 号通过电磁能量聚焦在电磁探测器上，使信号放大器和信号处理电路按照目标发射率转 变为被测目标向电磁管理器发射电磁信号并报警，电磁信号被接收后分别将信号输入到 信号分析仪进行各种分析处理，通过集成电路、显示仪器等把电磁成像技术、计算机技 术、图像处理技术接收电磁力线，经过可偏程控制器与现场总线集成电路芯片等处理后 将其显示在荧光屏上，从而准确判断运动员所犯规的位置及踏入的距离。

运动员钉子鞋的钉子一般都用锰钢、钛钢或硬度较大的钢性材料制成。分道线内沿 道外沿距离5厘米。

磁粉离合器具有高磁感应强度、高导磁率，低剩磁、低矫顽力、距离点高、传递力 矩大等特点。并具有良好的耐热性、耐磨性、导热性和化学稳定性。对磁粉有一定的要 求：①比饱和磁化强度和矫顽力要大；②颗粒呈微细针状而均匀；③在磁浆中有高的分 散性和填充性；④磁性稳定，内部磁粉：铁钴镍磁粉80目-400目。

闭合电路的分道线内所用导线是均以铜导线为主，各种传感器在直线电流磁场的 磁感线分布中，磁感线是以通电直线导线为圆心作无数个同心圆，同心圆环绕着 通电导线。绝缘导线外面涂着绝缘层，电流不会由一圈跳到另一圈，只能沿着导 线流动。闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中就会产生电流。这 种现象叫电磁感应现象。产生的电流称为感应电流。由磁力在移动中的电线中可产生运 动电动势及由磁场转变而成的电力所产生的感应电动势。

传感器为便于信号处理，需要磁传感器能将磁信号转化成为电信号输出。磁 传感器主要由半导体磁阻元件、永久磁铁、固定器、外壳等几个部分组成，是将 一对磁阻元件安装在一个永磁体的刺激上，元件的输入输出端子接到固定器上， 然后安装在固定器具上，再用工程塑料密封，形成密闭结构，具有良好的可靠性， 具备很高的灵敏度和很大的输出信号，而且有很强的转速检测范围。压力直接作 用于传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻 值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标 准测量信号。能够具有很长的工作寿命、抗灰尘、水和油污的能力强，因此耐受 各种环境条件及外部噪声。电磁传感器利用电磁感应原理，即当运动的导体在固 定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势。电磁测距仪是将测振仪直 接固定在被测振动物体的测点上，当传感器外壳随被测物体运动时，由弹性支承 的惯性质量块将与外壳发生相对运动，则装在质量块上的记录笔就可记录下质量 元件与外壳的相对位移幅值，然后利用惯性质量块与外壳的相对位移的关系式， 即可求出被测物体的绝对振动位移波形。测量线路是将传感器的输出电量最后变 为后续显示、分析仪器所能接受的一般电压信号。

压力传感器是被测压力传送到接收膜片上(接收膜片与测量膜片之间用拉杆 坚固的连接在一起)。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝 宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。 传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响， 机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。传感器的线形 范围是指输出与输入成正比的范围。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并 且能保证一定的测量精度。精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整 个测量系统测量精度的一个重要环节。

磁粉离合器是根据电磁原理和利用磁粉传递转矩的具有激磁电流和传递转矩 基本成线性关系，具有响应速度快、结构简单、无污染、无噪音、无冲击振动节 约能源等优点。磁粉离合器：在主动与从动件之间放置磁粉，不通电时磁粉处于 松散状态，通电时磁粉结合，主动件与从动件同时转动。磁粉离合器是由传动单 元(输入轴)和从动单元(输出轴)合并而成。在两组单元之间的空间，填有粒状的磁 粉(休积大约40微米)。当磁性线圈不导电时，转矩不会从传动轴传于从动轴， 但如将线圈电磁通电，就由于磁力的作用而吸引磁粉产生硬化现象，在连继滑动 之间会把转矩传达。铁中有许多具有两个异性磁极的原磁体，在无外磁场作用时， 这些原磁体排列紊乱，它们的磁性相互抵消，对外不显示磁性。当把铁靠近磁铁 时，这些原磁体在磁铁的作用下，整齐地排列起来，使靠近磁铁的一端具有与磁 铁极性相反的极性而相互吸引。磁性是物质放在不均匀的磁场中会受到磁力的作 用。在相同的不均匀磁场中，由单位质量的物质所受到的磁力方向和强度，来确 定物质磁性的强弱。因为任何物质都具有磁性，所以任何物质在不均匀磁场中都 会受到磁力的作用。磁铁之所以吸引铁钉是因为铁钉被磁化后，铁钉与磁铁的接 触部分间形成异名磁极，异名磁极相互吸引的结果。感应到进入自己检验区域的 金属物体，控制自己内部电路的开或关。开关自己产生磁场，当有金属物体进入 到磁场会引起磁场的变化。这种变化通过开关内部电路可以变成电信号。

电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器具有一定的电感，它只 阻止电流的变化。如果电感器中没有电流通过，则它阻止电流流过它；如果有电流流过 它，则电路断开时它将试图维持电流不变。电感器通常是用漆包线在磁心上直接绕制 而成，主要用在滤波、振荡、陷波、延迟等电路中。电感是导线内通过交流电流 时，在导线的内部周围产生交变磁通，导线的磁通量与生产此磁通的电流之比。 当电感中通过直流电流时，其周围只呈现固定的磁力线，不随时间而变化；可是 当在线圈中通过交流电流时，其周围将呈现出随时间而变化的磁力线。根据法拉 弟电磁感应定律-磁生电来分析，变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势，此 感应电势相当于一个“新电源”。当形成闭合回路时，此感应电势就要产生感应电流。 由楞次定律知道感应电流所产生的磁力线总量要力图阻止磁力线的变化的。磁力 线变化来源于外加交变电源的变化，故从客观效果看，电感线圈有阻止交流电路 中电流变化的特性。电感线圈有与力学中的惯性相类似的特性，在电学上取名为“自 感应”，通常在拉开闸刀开关或接通闸刀开关的瞬间，会发生火花，这自感现象产 生很高的感应电势所造成的。

多功能电子计数器是利用数字电路技术数出给定时间内所通过的脉冲数并显 示计数结果的数字化仪器。在它的输入通道接入各种模-数变换器，再利用相应的 换能器便可制成各种数字化仪器。多功能电子计数器的优点是测量精度高、量程 宽、功能多、操作简单、测量速度快、直接显示数字，而且易于实现测量。多功 能电子计数器由信号输入电路、信号处理电路、计数及显示驱动电路、计数状态 控制电路、显示器和电源电路构成，可接受各种电压幅度的脉冲电压和触点开/ 关两种形式的输入信号，信号处理电路通过光电耦合器与信号输入电路联接实现 了信号输入电路与计数工作电路的光电隔离，利用计数状态控制电路可控制输入 信号的阻断及计数器的复位。多功能电子计数器有外接端子可与外部控制电路或 装置联接由外部来控制计数器的工作状态和计数器的复位。

多功能电子式计数器，包括有电源电路，其特征是由信号输入电路、信号处 理电路、计数及显示驱动电路、计数状态控制电路、显示器构成，信号输入电路 由至少两条由限流电阻与开关串联构成的分挡开关电路并联构成的迭挡器、一端 与选挡器输入端并联另一端与电源电路正极联接的输入方式控制开关、阳极与选 挡器输出端联接的发光二极管、阳极与发光二极管阴极联接，集电极经电阻与电 源电路正极联接的光电偶合器，阳极与光电偶合器阴极联接的整流二极管构成， 信号处理电路由输入端与信号输入电路光电偶合器集电极联接，其输出端经电阻 与电源电路正极联接的施密特触发器、输入端与施密特触发器输出端联接的同相 缓冲器、反相缓冲器，控制端分别与同相缓冲器、反相缓冲器输出端联接，其输 出端并联的两个膜拟开关、与模拟开关输出端并联的滤波电路构成，与同相缓冲 器输出端联接的模拟开关的输人端接电源正极与反相缓冲器输出端联接的模拟开 关的输入端接公共地，计数及显示驱动电路由计数及显示驱动集成电路芯片和芯 片工作辅助外围电路构成，其计数输入端接信号处理电路输出端，其输出接显示 器输入端，计数及显示驱动集成电路芯片为具有复位端和计数使能端的并对计数 输入端的脉冲信号以十进位方式计数的具有多位显示译码和直接驱动显示器进行 数码显示的集成电路芯片，计数状态控制电路由一端接计数及显示驱动集成电路 芯片复位端，另一端接系统公共地的复位开关和公共端接集成电路芯片的计数使 能端，其另外面端分别接电源电路正极和公共地的单刀双掷开关构成。

现场总线主要表现在以下六个方面：现场通信网络：用于过程自动化和制造 自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络；现场设备互联：依据实际需 要使用不同的传输介质把不同的现场设备或者现场仪表相互关联；互操作性：用 户可以根据自身的需求选择不同厂家或不同型号的产品构成所需的控制回路，从 而可以自由地集成FCS；分散功能块：FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制 站，把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，从而构成虚拟控制站，彻底 地实现了分散控制；通信线供电：通信线供电方式允许现场仪表直接从通信线上 摄取能量，这种方式提供用于本质安全环境的低功耗现场仪表，与其配套的还有 安全栅；开放式互联网络：现场总线为开放式互联网络，既可以与同层网络互联， 也可与不同层网络互联，还可以实现网络数据库的共享。