DE4222373A1 - Distance and speed meter for sportsmen - derives speed and distance by integration of measured acceleration using sensor without external source - Google Patents

Distance and speed meter for sportsmen - derives speed and distance by integration of measured acceleration using sensor without external source

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Abstract

The meter measures acceleration, distance and/or speed by an arrangement which contains a sensor (1), an evaluation unit (2), memory element (3), display (9), battery or accumulator (5), control elements (10) for activating different functions and a clock (4). The sensor is an accelerometer without an external reference and the evaluation unit detects acceleration as function of time. It derives the speed by single digital or analogue integration and the distance by double integration of the acceleration. The derived speed or distance can be shown on the display. USE/ADVANTAGE - For use by skiers, surfers, sailors, cyclists, etc. Distance and speed meter operates without any external reference source.

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät für Sportler, wie Skifahrer, Surfer, Segler, Radfahrer etc., nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a measuring device for athletes, such as Skiers, surfers, sailors, cyclists etc., according to the Preamble of claim 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.In many sports it is on the one hand for training control and on the other hand out of the athlete's personal interest desirable, accurate information about the speed and / or the distance covered during the athletic To get activity. Also special values like Average or top speed are for athletes of great interest.

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.For this reason, there is already one for cyclists, for example Measuring devices that are attached to the handlebar and the cyclist the desired data at any time via a reading device make available. As a rule, these measuring devices have an inductive sensor with one on a wheel attached magnets as an external reference source  cooperates. The sensor, which is firmly attached to the fork, measures the number of wheel revolutions and calculates the desired one Data in an evaluation unit. To make statements about the To be able to hit speed is one of them Measuring device also via a clock. As additional components are in such objects a storage unit, a Display, a battery or a rechargeable battery and controls available.

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.Such a measuring device has the disadvantage that it is an external one Reference source needed. The use of an external However, reference source generally prepares large Difficulties, as a rule, such as a fixed reference for example, a wheel on the sports equipment, not available stands.

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.The object of the present invention is therefore a measuring device for athletes to measure speed and / or to propose the route covered without external Reference source.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Meßgerät der einleitend bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is based on a measuring device initially designated type by the characteristic Features of claim 1 solved.

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.Accordingly, a measuring device according to the invention realizes that as an acceleration sensor is used. Such sensors work on the principle inertia and therefore do not need an external Reference source.

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.By simultaneously recording the time, the determination the speed or the distance traveled from or integrating acceleration twice over time enables. A correspondingly designed evaluation unit, which is the acceleration as a function of time  thus able to control the speed or the to determine the distance traveled and via the display to Admit reading.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Meßgeräts möglich.By the measures listed in the subclaims advantageous further developments and improvements of the Main claim specified measuring device possible.

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.So sensors are special for a measuring device according to the invention suitable in which a preloaded inert mass piezoelectric or piezoresistive crystal used becomes. By the piezoelectric signal or by the Change in piezoresistive resistance due to Exposure to acceleration on the crystal will affect it convertible directly into an electrical signal.

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.Another way to get an electrical signal for that Getting acceleration represents the coupling of a sluggish one Mass with a capacitive element. Here, the Impact of an inertial mass as a change in capacity of the capacitive element measurable.

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.To add several components of the acceleration vector capture, several acceleration sensors are required. This must be aligned in such a way that their direction vectors linearly independent of each other in the sense of vector algebra are.

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.Since the average or top speeds for one Athletes are of particular interest, it is recommended to design the evaluation or storage unit and to coordinate with one another that these variables can be determined.

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.It is not always possible to use a measuring device according to the invention without impairing the movement of the athlete in it Field of vision. It is particularly advantageous here  train the display device as a separate device and the required display values wirelessly from the evaluation unit to Submit advertisement. The display device can then be similar a wrist watch can be worn while the actual Measuring device on sports equipment, for example on a ski, is attached.

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.To influence errors due to the influence of Gravitational force on the inert mass of the To prevent acceleration sensor, we recommend Detection of the spatial position of the measuring system. For this can A gyrocompass or a plumb sensor can be provided. The the spatial position of the measuring system detected in this way can then be in the determination of the desired data based on the sensor signals be included.

Auch ein zusätzlicher Beschleunigungssensor kann zur Erfassung der Erdbeschleunigung verwendet werden.An additional acceleration sensor can also be used Gravitational acceleration detection can be used.

Zur Verwendung bei unterschiedlichen und unter Umständen auch schwankenden Wetterverhältnissen ist eine Temperaturkompensation des Meßgeräts empfehlenswert. Ggf. muß hierzu ein Temperaturfühler eingebaut werden.For use with different and possibly also fluctuating weather conditions is one Temperature compensation of the measuring device is recommended. Possibly. got to a temperature sensor can be installed for this purpose.

Querbeschleunigungen, wie beispielsweise die Erdbeschleunigung, können durch entsprechende Ausbildung der Auswerteeinheit ebenfalls kompensiert werden.Lateral accelerations, such as the Acceleration due to gravity can be achieved through appropriate training Evaluation unit can also be compensated.

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. Short-term disturbing movements that are not relevant for the measurement result Are interested, for example, the up and down movements within a mogul slope of a ski, can be averaged the measured data over a suitable time base be filtered out. This method is common to everyone short-term interferences in their direction and size are randomly distributed, applicable.  

Für periodische Störbewegungen innerhalb bestimmter Frequenzbereiche, beispielsweise Vibrationen, können entsprechende Frequenzfilter vorgesehen werden.For periodic disturbance movements within certain Frequency ranges, for example vibrations, can appropriate frequency filters are provided.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is in the drawing shown and in the following description explained.

Die beiden Figuren stellen anhand von Blockdiagrammen schematisch die Funktionsweise zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.The two figures represent using block diagrams schematically the operation of two Embodiments of the invention.

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.In Fig. 1, an acceleration sensor 1 in conjunction with an evaluation unit 2 and a memory unit 3 is illustrated. A clock 4 , a battery 5 and a display 6 are also provided. In addition to the display 6 , controls 7 for actuating the measuring device are also attached.

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.With the help of the sensor 1 and the clock 4 , the acceleration is recorded as a function of time and stored in the memory unit 3 . The evaluation unit 2 is able to integrate the acceleration over time and in this way to determine the speed or the distance traveled as a function of time and to store it in the memory 3 . The stored data can then be used to calculate other data, such as peak speed or average speed.

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 this first exemplary embodiment, the desired data are output on a display 6 which, together with the other components of the measuring device, is located in a complete compact device which is mounted, for example, on a ski. The various functions of the measuring device are set via the operating elements 7 .

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. FIG. 2 also shows a transmitter 8 and a receiver 9 which is connected to a display device 10 . In addition to the display 11 , the display device also has operating elements 12 .

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.In this second exemplary embodiment, the information called up via the operating elements 12 is transmitted to the display device 10 via the transmitter 8 and the receiver 9 and output on the display 11 . Wireless data transmission is indicated in the drawing by the dashed line.

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.1. Measuring device for athletes, such as skiers, surfers, sailors, cyclists etc., for measuring acceleration, speed and / or distance traveled with a sensor ( 1 ), an evaluation unit ( 2 ), a storage unit ( 3 ), a display ( 9 ), a battery or rechargeable battery ( 5 ), operating elements ( 10 ) for actuating various functions of the measuring device and a clock ( 4 ), characterized in that the sensor ( 1 ) is an acceleration sensor without an external reference source and the evaluation unit ( 2 ) is designed so that the acceleration as a function of time can be determined and the speed from a one-off and / or the distance covered from two analog or digital integration of the acceleration over time can be determined by the evaluation unit ( 2 ) and can be read on the display ( 9 ) . 2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1) ein piezoelektrischer oder ein piezoresistiver Sensor ist.2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the sensor ( 1 ) is a piezoelectric or a piezoresistive sensor. 3. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1) ein kapazitiver Sensor ist.3. Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor ( 1 ) is a capacitive sensor. 4. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensoren (1) zur Erfassung verschiedener Komponenten des Beschleunigungsvektors vorhanden sind.4. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of sensors ( 1 ) for detecting different components of the acceleration vector are present. 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. 5. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the average and the top speed can be determined by means of the evaluation ( 2 ) and the storage unit ( 3 ). 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.6. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the display device ( 8 ) is a separate device, wherein the required display values can be transmitted wirelessly from the evaluation unit ( 2 ) to the display ( 9 ). 7. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung des Meßsystems ein Kreiselkompaß oder ein Lotsensor vorgesehen ist.7. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that to stabilize the measuring system a gyro compass or a plumb sensor is provided. 8. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Beschleunigungssensor zur Erfassung der Erdbeschleunigung vorhanden ist.8. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that an additional Accelerometer to measure gravitational acceleration is available. 9. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation von Temperaturschwankungen vorgesehen ist.9. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the compensation of Temperature fluctuations is provided. 10. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation von Querbeschleunigung bzw. der Erdbeschleunigung vorgesehen ist.10. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the compensation of Transverse acceleration or gravitational acceleration is provided. 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.11. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit ( 2 ) is designed such that it filters short-term, randomly distributed interference movements by averaging the measured values over a suitable time base. 12. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzfilter für Störbewegungen bestimmter Frequenzbereiche, wie Vibrationen etc., vorgesehen ist.12. Measuring device according to one of the preceding claims, characterized in that a frequency filter for Interfering movements of certain frequency ranges, such as vibrations etc., is provided.
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