Розділ 2. Експериментальна частина
Загальна характеристика апаратурних комплексів та вимірювальних систем, що використовуються у біомеханіці
У практиці вивчення рухових дій людини використовуються візуальні та інструментальні методи контролю. У першому випадку фахівці, науковці, тренери, спортсмени, спостерігачі за переміщеннями тіла людини отримують переважно якісне уявлення про її рухи. Результат візуальної оцінки здебільшого є суб'єктивним, не основаним на чітких критеріях, його важко використати для порівняльного аналізу.
Інструментальні методи контролю є більш об'єктивними. За їх допомогою отримують кількісну оцінку характеристик та показників рухових дій людини, а також можливих змін, що відбуваються у її організмі під час тієї чи іншої рухової діяльності. Нині у біомеханіці для цього використовуються методики, прийоми, котрі запозичені з багатьох галузей знань. Для підвищення точності інструментальних методів вимірювання біомеханічних характеристик рухів залучаються всі останні досягнення інженерної думки — радіотелеметрія, лазерна техніка, радіоізотопи, інфрачервона техніка, ультразвук, ЕОМ, телебачення, відеотехніка тощо. Інструментальні методи контролю переміщень тіла людини методично зручно поділити на дві групи — контактні та безконтактні, хоча на практиці вони часто застосовуються у комплексі, доповнюючи один одного.
В оптичних та оптико-електронних методах контролю інформація передається на реєструючий пристрій променем світла або тепловим випромінюванням. У механоелектричних методах вона передається електричними сигналами по проводах або радіохвилями. Ці методи основані на перетворенні вимірюваної якимось чином фізичної величини, що об'єктивно відбиває певні якості рухів людини, в електричний сигнал (оскільки електрика є універсальним засобом передачі енергії та інформації) з наступним вимірюванням та реєстрацією.
|
|
|
Рис. 1. Блок-схема вимірювальної системи
Основою інструментальних методів контролю є вимірювальні системи. На рис. 1 показано типову схему вимірювальної системи, що застосовується у біомеханіці, на рис. 2 — класифікацію інструментальних методів.
Блок-схема (рис. 1) складається з блоків. Блок 1 — об'єкт вимірювання (звичайно це організм людини або окремі точки, системи точок, біоланки), котрий виконує будь-які рухові дії. Блок 2 — пристрій, що сприймає вимірювану величину. Для цього використовується чутливий елемент засобу вимірювання — датчик. Він сприймає інформацію та передає її у наступний блок. Блок 3 — перетворювач. У ньому вимірювана величина перетворюється на електричну (гідравлічну, пневматичну) величину на основі фізичного закону про зв'язок між ними. Тут же відбувається посилення сигналу. Блок 4 призначений для передачі електричного сигналу на відстань (по проводах або радіотелеметричним зв'язком). Блок 5 призначений для обчислювальних операцій.
|
|
|
Рис. 2. Класифікація інструментальних методів вимірювання кількісних характеристик рухів
Датчики можуть мати найрізноманітніші конструктивні особливості. При вивченні рухів та інших змін в організмі людини найчастіше застосовуються датчики контролю біоелектричних процесів та датчики біомеханічних величин. До датчиків біомеханічних процесів належать датчики відведення біопотенціалів серцевого м'яза та датчики відведення біопотенціалів скелетних м'язів. Для реєстрації біоелектричної активності м'язів застосовуються спеціальні датчики або відвідні електроди, котрі дозволяють вловлювати зміни електричної напруги, виникнення, поширення та припинення процесів збудження у працюючому м'язі. Розрізняють електроди, що застосовуються для локальної (окремі рухові одиниці — РО), стимуляційної та глобальної електроміографії (ЕМГ). Для локальної та стимуляційної ЕМГ застосовуються електроди з малою відвідною поверхнею (діаметр — 0,65 мм і менше) та найбільшою міжелектродною відстанню. Такий електрод вводиться у м'язову тканину і відводить коливання біопотенціалів від окремих волокон або РО. Для дослідження інтенсивних природних рухів, особливо спортивних, застосовуються нашкірні електроди з великою поверхнею відведення (50 мм2). Ці електроди вловлюють сумарну різницю напруг на поверхні м'яза, що виникає при збудженні численних міоневральних закінчень.
|
|
|
Датчики біомеханічних процесів — тензорезистори — це вимірювальні перетворювачі малих деформацій на електричні сигнали, що дозволяють виміряти зусилля, котрі людина докладає до опори або, наприклад, до спортивного снаряда. Величина механічної деформації проводових елементів цих датчиків є пропорційною величині електричного сигналу та силі впливу, що докладається до них. Таким чином, визначивши механічну деформацію цих датчиків, можна розрахувати докладену силу. Тензодатчики придатні для вимірювання як статичних, так і динамічних навантажень. їхня вхідна величина — переміщення малих деформацій, вихідна — зміна опору. Реостатні датчики (гоніометри) використовуються для вимірювання кутів (амплітуд) руху у різних суглобах. Принцип дії реостатного датчика: його вхідна величина — кутове (лінійне) переміщення, вихідна величина — зміни електричного опору. Акселерометри — це датчики для вимірювання прискорень. В основі роботи такого датчика — зміна сили інерції, що виникає під час руху. Сила інерції, котра впливає на певну масу акселерометра, пропорційна прискоренню, що виникає. Ця величина вимірюється тензодатчиком, наклеєним на пружний сило-вимірювальний елемент, що здатний сприймати деформацію тільки в одній площині. Для реєстрації повного вектора прискорення (у трьох площинах) в одній конструкції монтують три однакових датчики та орієнтують їх перпендикулярно один до одного подібно до осей координат тривимірного простору. Основною перевагою електричних методів вимірювання біомеханічних величин є оперативність отримання вимірюваних характеристик та можливість автоматизації розрахунку характеристик, що безпосередньо не вимірюються з використанням АОМ.
|
|
|
Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 130; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!