Всенаправленный датчик удара

[dnp41]

Можно вставить в грушу что-то вроде клизмы с трубкой и мерять давление на другом ее конце. Хотя бы шариком в трубке, насколько высоко он подлетит. Магнит и катушка. Типо того.

Поддерживаю. Условно говоря, использовать принцип сообщающихся сосудов. По одному бьют, на другом закреплен датчик (тензо-, давления и т.п). Причем, сосуд с датчиком может быть вынесен за пределы груши.

[Kabron]

Поддерживаю. Условно говоря, использовать принцип сообщающихся сосудов. По одному бьют, на другом закреплен датчик (тензо-, давления и т.п). Причем, сосуд с датчиком может быть вынесен за пределы груши.

Итак проблему с быстродействием акселерометра прояснили.
Теперь перейдем к проблеме быстродействия датчика давления.

[Lisenko2008]

- "Интеграл ускорения по времени всегда была скорость!!!"

Не уж-то еще существуют люди, которые интегралы применяют не только в качестве лекала для изготовления резных наличников и ставней.

[kreking]

Турнир по силе удара Панчер (Puncher) 2:47:50. Присутствует диалог с изобретателем груши, где освещаются некоторые тонкости измерения силы удара. Дзамболат Цориев. Сила удара 1083 кг. И противоположный парадокс физике удара Дюймовый удар шаолиньского монаха, т. е. с расстояния ~ 25 мм, сила удара намного выше, чем при прямом классическом ударе. У профессора биомедицинской инженерии Dr. Cindy Bir зашкалил прибор, правда, в журнале пишут 773,41 фунта (350.8128748817 кГ), а голос переводчика произносит 772 (350.17330964) {Онлайн переводчик величин}, но в данном случае это не критично.
Человек, изобретая технические "протезы", не догадывается о своих возможностях.
Вернёмся к датчикам. Одни из быстродействующих - приборы на основе переноса заряда, можно по поиску найти в интернете, но доставаемость и цена портит весь вид. Можно попробовать ёмкостные датчики, основой которых будет гелевый диэлектрик с изменяемой диэлектрической проницаемостью от давления. Принцип простой, две обкладки конденсатора находятся в гелевом веществе, ёмкость изменяется под действием давления. Для начала можно изучить свойства мармелада чистого без шоколада и добавок. Покупаем мармелад, вставляем два электрода и измеряем ёмкость при разных давлениях на мармелад. Если эксперимент удастся, можно приступить к исследованию 3-х атомных спиртов (глицерин) с загустителями (агар-агар, желатин, сок красной смородины, калины и др.). Почему не вода а желе? Желеобразные вещества обладают низкой добротностью и быстрому гашению колебаний. При использовании сегнетоэлектриков, возможно изготовить данный датчик. Датчик может быть и оптический с изменяемой поляризацией света.

[Lisenko2008]

Спасибо за развернытый комментарий.
1. По поводу датчика в гелевом вещенстве я упоминал в начале темы. Его использование весьма осмысленно: зачастую наиболее качественный удар - тот который пробивает в глубину цели. Но он сложен в изготовлении и хорошо себя оправдывает только в больших грушах.
2. По поводу разных результатов ударов с размаха и дюймовых - абсолютно верно. Эта тот факт , из-за которого я пока не применяю датчиков на основе акселерометров, в частности MPU6050, как здесь рекомендовали, а остановился на датчике из куска трубки со светодиодом и фотоприемником на концах. И вот почему.
Ударяем по груше. Воспользовавшись абсолютно условными величинами предположим, что в точке "0" скорость груши - "0", через 10см - скорость "10", через 20 - "20", через 30 максимальная - "30". Далее груша летит по инерции. Через 40см скорость будет 20, через 50 - 10, через 60см груша остановится и пойдет назад.
Аселерометр MPU - это чистый акселерометр. Его показания будут увеличиваться до тех пор, пока увеличивается скорость и своего максимума достигнут в точке "30см скорость 30" и далее пойдут на убыль. Показания же моего датчика (при пренебрежительно малой упругости его возвратной пружины и жесткости самой трубки) будут максимальны в точке "60см скорость 0".
Таким образом я могу оперировать двумя переменными: 1-скорость нарастания скорости, 2-величина смещения груши. Отсюда реалистичное представление об ударе в отличие от электронных акселерометров, при которых приложив максимальную фазу удара к точке на 5мм за началом груши хлестко врезав по ней и порвав в клочья чехол мы увидим чуть встрепенувшуюся грушу, но при этом показания акселерометра радостно зашкалят.
По этой причине мне пока не видится целесообразность применять передовые в техническом плане датчики. И проблема с которой я сейчас сражаюсь - фиксация хотя бы на короткое время механического датчика в крайнем положении. Так как при при этом его ускорение близко к нулю и вычисления сильно плавают.

[DK]

ИМХО, что-то тут не так. Вот мое видение:
1. Удар. Большая часть энергии тратится на деформацию груши. Ускорения нет!
2. В какой-то момент превышается порог преодоления противодействия массы покоя (ну я хз, как это правильно назвать). Т.е. момент начала движения груши. При этом сила еще прикладывается к груше и начинает ее разгонять.
3. Какой-то момент, когда груша разогналась и отошла на достаточное расстояние, на котором приложенная сила перестает действовать. В этот момент (точнее, немного раньше) возвращается часть энергии, потраченной на деформацию. Я так думаю, немного, но есть. Тоже чуток к скорости добавляет. Может отсюда вылезают эти полсекунды? Ну точно не микросекунды и не единицы миллисекунд.
4. Свободный полет, тормозящийся. Не интересно.
5. Колебания. Но они уже не интересны.

Интересует происходящее в п.п. 2-3. Так какая проблема? Пиковые детекторы на выходы акселерометра, через полсекунды измеряем, сбрасываем детекторы.

Сразу вижу кучу подводных камней. Да тут скалы!!! Изменение (небольшое) угла удара. Как по азимуту, так и по углу места. Площадь, к которой прикладывается удар. И т.п.

Жестко закрепленная оболочка, которая не растягивается, заполненная плотной жидкостью (может, и водой). И измерять изменение объема/давления.
Мож просто поршень гидроцилиндра? Площадь поршня известна, плотность жидкости тоже, упругость самого поршня можно не учитывать.

[Kabron]

Если смарт акселерометр не успевает, берем с аналоговыми выходами XYZ. Обеспечиваем достаточную(~100-1000кHz) скорость преобразования. Умудряемся записать 3 массива отсчетов. Вычисляем(корень из суммы кв XYZ) массив абсолютных величин вектора ускорения. Находим максимум.


PS кстати удостоверится нужно, что реально встречающиеся ускорения удара превышают 16G.
Но даже если и так, то динамика процесса до перегрузки вполне позволит сделать вычисления.

[vlanis]

наверное нужно сначала разобраться, что конкретно Вы хотите измерять. Как мне кажется, сила есть сила, для измерения силы существуют динамометры, а для измерения ускорения акселерометры, я почему и упоминал про то что это несколько разные понятия,

[kreking]

...вот почему.
Ударяем по груше. Воспользовавшись абсолютно условными величинами предположим, что в точке "0" скорость груши - "0", через 10см - скорость "10", через 20 - "20", через 30 максимальная - "30"...

Всё верно. Для проектирования любого прибора необходимы все данные на физические эффекты, возникающие при ударе, а так же все физические свойства всех материалов, включая человека, непосредственно влияющих на результат измерения. Поскольку данная работа требует много человеко часов, оптимисты - изобретатели пытаются создать собственными силами приборы и устройства, похожие на промышленные образцы. Одним словом - молодцы. В некоторых случаях, технические решения изобретателя, экономически выгоднее, чем приобретения готового промышленного образца. В подтверждение сказанному - в 80-х годах (КТИ НИС) заменил измеритель высоты волны (морской) 17500 ДМ на кусок трубы из Д16Т и микросхему К561ЛА7, к стати, до сих пор на кафедре лежит.
Зашёл на форум "Город мастеров" в теме "Как сделать своими руками боксерскую грушу?", посмотреть, как другие делают и из чего. В #13 посту "...Хочу предложить наглядное пособие как сделать боксёрские лапы самому. В магазине стоят дорого. А делать - работы на пол часа. У нас в спортзале сделаны оба варианта. Может кому понадобится. Прошу прощение за неудобство, что не описываю здесь. Очень много фотографий.
http://depositfiles.com/files/aroh7by8d", натолкнуло на простое решение. Если груша набивается резиной, почему её не набить токопроводящей резиной с графитом, получим подобие угольного микрофона, где амплитуда и форма импульса будет регистрировать силу удара. По скорости изменения ёмкости между рукой и грушей, можно судить о скорости руки, вплоть до электрического контакта руки с грушей, где начинается деформация материала груши.
Эти примитивные трюки с методом измерений не смогут заменить полноценный прибор, но в какой то степени, при определённых навыках, способны дать количественную оценку удара.
Более сложная задача - определение возможностей индивидуума для дальнейшей тренировки в данном виде спорта без травм.

[makakus]

в точке "0" скорость груши - "0", через 10см - скорость "10", через 20 - "20", через 30 максимальная - "30". Далее груша летит по инерции. Через 40см скорость будет 20, через 50 - 10, через 60см груша остановится и пойдет назад.
Аселерометр MPU - это чистый акселерометр. Его показания будут увеличиваться до тех пор, пока увеличивается скорость и своего максимума достигнут в точке "30см скорость 30" и далее пойдут на убыль.

Нет. В вашем эксперименте вы изобразили равноускоренное движение: каждые 10 секунд скорость увеличивается на 10 единиц, или на 1 за секунду. (к груше приложена одинаковая сила в течение 30 секунд) Величина ускорения от приложенной силs не изменяется, она одинаковая на интервале "0" - "30".

Но вы не учли силу тяжести.
Акселерометр (а что такое "не чистый"?) будет показывать векторную сумму ускорения, созданного приложенной силой, и ускорения силы тяжести. В точке "30" воздействие внешней силы прекращается. На рисунке это точка А.


Если акселерометр установлен осью Z параллельно нити подвеса, то в его системе координат вектор Fупр направлен в зенит; акселерометр выдаёт сигналы, описывающие вектор mg, который болтается относительно надира, пока груша качается на подвесе.

Показания же моего датчика ... я могу оперировать двумя переменными: 1-скорость нарастания скорости, 2-величина смещения груши.

Скорость нарастания скорости есть ускорение. Его и выдаёт акселерометр.
Величина смещения (акселерометра) может быть найдена двойным интегрированием сигнала акселерометра. Для вашей задачи даже с приемлемой точностью.

Подумалось сейчас, что для оценки силы удара акселерометр правильнее ставить в перчатку, а не в грушу с её упругостью, раскачиваемостью и т.д.
Вообще, что нужно померить? Угол отклонения груши после удара? Или импульс силы в месте удара? (хлестко врезав по ней и порвав в клочья чехол мы увидим чуть встрепенувшуюся грушу)