модуль

М О Д У Л Ь ІІ АПАРАТУРНІ КОМПЛЕКСИ ТА ВИМІРЮВАЛЬНІ СИСТЕМИ РУХОВОЇ ДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ 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 механо-електричних 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. 1 2 3 4 5 Рис. 1. Блок-схема вимірювальної системи Основою інструментальних методів контролю є вимірювальні системи. На рис. 2.1 показано типову схему вимірювальної системи, що застосовується у біомеханіці, на рис.

2 2 - класифікацію інструментальних методів. Блок-схема див. рис. 2.1 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. Рис. 2. Класифікація інструментальних методів контролю. 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. 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 відносяться 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 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 провідних 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, що наклеєний на пружний си-ловимірювальний елемент, котрий 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. Електротензодинамометрія Метод електротензодинамометрія від лат. tепхог - напружую, розтягую дозволяє

реєструвати та вимірювати зусилля, що розвиває людина під час взаємодії з опорою та іншими об єктами довколишнього середовища, котрі мають певну масу. Усі тіла під дією докладених до них сил деформуються, а величина деформації кожного такого пружного тіла, як уже згадувалося, є пропорційною докладеному зусиллю. Внаслідок виконання руху людина здійснює механічний вплив на ту поверхню опори, відносно котрої вона

переміщується, наприклад бігові доріжки та різні використовувані нею спортивні снаряди, котрі під час цієї взаємодії деформуються. Щоб виміряти величини зусиль, що розвиває людина, застосовують спеціальні тензодатчики, що перетворюють величини механічної деформації на електричний сигнал. В основі роботи кожного такого тензодатчика лежить явище тензоефекта - властивість деяких матеріалів змінювати електричний опір під впливом деформації.

Такий датчик - електричний провідник - наклеюється на пружний силовимірювальний елемент, що сприймає зусилля. При деформації пружного силовимірювального елемента відбувається деформація і наклеєного на нього тензодатчика, внаслідок цього на якусь величину і змінюється електричний опір R тензодатчика. Таким чином, зміна сили струму I в електричному ланцюзі буде відображати зміни докладуваних до тензодатчика зусиль, тобто відбувається

перетворення вимірюваної неелектричної величини сила F на електричний сигнал сила струму . Це дозволяє виміряти електричними методами механічну величину. Для вимірювання зусиль у спортивній практиці використовуються проводові, фольгові, п єзоелектричні, напівпровідникові тензодатчики опору. Найбільш поширеними є проводові та фольгові тензодатчики.

Проводовий тензодатчик складається з декількох плоских петель тонкого дроту діаметром 0,01-0,05 мм, укладеного зигзагоподібне і заклеєного між полосками полімерної плівки. До його кінців припаюють вивідні провідники. Такий перетворювач, приклеєний до деталі, що досліджується, сприймає деформації її поверхневого шару. Таким чином, вхідною величиною наклеєного тензодатчика є деформація об єкта мікропереміщення , на котрий його наклеєно, а вихідною - зміни опору тензодатчика,

пропорційні цій деформації. Виготовляються тензодатчики з константану, ніхрому, елінвару та інших матеріалів, що мають високий коефіцієнт тензочутливості. Фольговий тензодатчик виготовляється з металевого листа фольги завтовшки 4-12 мкм, на котрому методом фотохімічного травлення частина металу вибрана таким чином, що решта його утворює решітку плоску петлю з виводами . Фольговий тензодатчик також заклеюється між полосками полімерної плівки.

Тензодатчики придатні для вимірювання як статичних, так і динамічних навантажень. Вхідна величина - малі деформації мкм , вихідна величина - зміна опору 1-2 номінального значення , їхньою перевагою є мала похибка вимірювань, стійкість до вібрацій, невисока ціна, а недоліком - низька чутливість, необхідність ретельного приклеювання до силовимірювального елемента. Для прикріплення тензодатчика на тілі людини бажано зменшити його габарити.

Тензодатчик наклеюється клеєм БФ-2, БФ-4, целулоїдний на ретельно знежирений cиловимірювальний елемент, що сприймає механічну деформацію при докладанні вимірюваних зусиль. Силовимірювальний елемент має задовольняти такі вимоги відповідати величині вимірюваного навантаження не мати остаточної деформації мати мінімальну жорсткість у площині вимірювання. Силовимірювальний елемент виготовляється з пружної ресорної сталі у вигляді пластини, стрижня або консольної

балки та має мінімальну жорсткість у робочому напрямку і максимальну - у напрямку дії не-вимірюваних складових сили, тобто деформація силовимдрювального елемента відбувається тільки у напрямку дії вимірюваного компоненту зусилля. Наприклад, силовимірювальним елементом у спорті може бути спортивний снаряд спорядження - лижа, жердина, весло тощо. Тензодинамометрична апаратура застосовується для визначення силових характеристик рухів

і вивчення на їх основі динамічної структури рухових дій та ефективність рухів у цілому. При цьому залежно від завдань розрізняють універсальні та окремі методики електротензодинамометрії ЕТДМ . Універсальні методики ЕТДМ. Нині дуже поширеними є тензоплатформи. Найбільш відомі з них - електротензодинамометричний комплекс Модуль площею 0,56 м2 виробництва ВІСТІ Росія та тензоплатформа фірми

КISTLER Німеччина , що має площу 0,48 м2. Такі платформи можуть розташовуватися на доріжках стадіонів, під важкоатлетичними помостами, у місцях відштовхування людини від опори при виконанні різних рухових дій. За допомогою динамометричних платформ, наприклад, вимірюються біомеханічні параметри опорних взаємодій людини у процесі ходьби, бігу, стрибків у довжину та висоту, стрибків на лижах з трампліна, стрибків у воду, а також у гімнастиці, акробатиці тощо. Застосування платформ у процесі досліджень та біомеханічного

контролю різних рухів людини потребує використання додаткових методологічних прийомів та пристроїв. Так, при контролі техніки метань молот, диск, ядро на платформу доцільно покласти спеціальний круглої форми настил сектор з обмежувальними елементами при дослідженні старту у спринті на робочій поверхні платформи встановлюють стартові колодки тощо. Доцільним є одночасне використання разом з динамометричною платформою

інших методів реєстрації, наприклад вимірювання кінематичних характеристик рухів методами гоніометрії, телекіноциклографії та відеоаналізу. Окремі методики ЕТДМ. Для різноманітних рухів людини передбачається використовувати різні вимірювальні пристрої для запису зусиль, що розвиваються при взаємодії його тіла з опорою. Основною умовою при проектуванні силовимірювальних пристроїв

є чітке передавання усього зусилля на балку, до котрої приклеєно тензодатчики. Наприклад, для таких видів спорту, як велосипедний, ковзанярський, лижний, силовимірювачі встановлюються на педалі велосипеда, гру-зову площинку лижі під усю підошву черевика . Для вимірювання взаємодії у плаванні можна сконструювати рукавички з тонким сило-вимірювачем на долоні й за допомогою такого пристрою фіксувати силу, частоту та

інтенсивність гребка. У веслуванні датчики найчастіше наклеюють на весло. Для вивчення ударів у видах спорту, наприклад таких як теніс, датчики можна наклеювати на ракетку у шийці . Те саме можна робити і у стрибках у воду, наклеюючи датчики на дошку перед середньою опорою. У гімнастиці датчики наклеюють також на кільця, бруси, перекладину, опорний місток. У важкій атлетиці датчик краще розташовувати безпосередньо на штанзі.

Тензодатчики укріплюють у підметку бігового взуття легкоатлетів або розташовують їх на біговій доріжці, у стартових колодках. Часто чутливий тензоелемент роблять зйомним, що дає змогу використовувати його на різних спортивних снарядах. Інформативність отриманих результатів набагато зростає у разі синхронного запису тензодинамограми, гоніограми та кіно- і відеозйомки досліджуваного руху.

Конструкція універсального електротензометричного комплексу. Комплекс Модуль має платформу, встановлену на жорстку масивну раму, на основі котрої прикріплено чутливі силовимірювальні елементи. Взаємно перпендикулярне розташування силовимірювальних елементів зтензодатчиками під металевою поверхнею платформи дозволяє реєструвати не тільки величину, але й вектор докладуваних зусиль у трьох площинах Fх Fу - горизонтальні складові,

Fг - вертикальна складова зусилля. Для цього використовують три роздільних канали вимірювання. Електричні сигнали, що знімаються з мостової схеми, дуже малі порядку 15 мкА і не можуть бути безпосередньо зареєстровані. Для їх підсилення застосовують спеціальний тензопідсилювач БВП-2, що дозволяє підсилювати сигнали до рівня, що є достатнім для використання реєструючого пристрою.

У якості аналогового реєструючого пристрою застосовується світло променевий осцилограф типу Нева МТ-01 із записом вимірюваного процесу на чутливий до ультрафіолетових променів папір УФ, що не потребує подальшого проявлення. Швидкість запису протягування паперу може бути різною від 0,25 до 2000 мм с і визначається характеристиками процесу, котрий реєструється. У якості цифрового реєструючого пристрою застосовується персональний комп ютер

ПК з процесором не нижче Реntium ІІ-450. Рис. 2.3 Рис. 2.3. Блок-схема електротензодинамометричного пристрою для вимірювання біодинамічних характеристик опорних реакцій тіла людини 1-тензоплатформа ПД-ЗА 2 - блок вторинного перетворення БВП-2 3 - універсальна плата перетворення електричних сигналів 4 - комп ютер з програмним забезпеченням 5 - принтер. Стабілографія Трудова та спортивна рухова діяльність у багатьох випадках вимагає від людини

здатності досить економічно і з високим робочим ефектом утримувати певні робочі пози, видозмінювати їх, зберігаючи рівновагу свого тіла у просторі. Біомеханічні раціональні рухи та пози часто визначають кінцевий результат тієї чи іншої діяльності людини й тому є предметом детального дослідження фахівців. Ще у минулому столітті угорський лікар Ромберг ввів у клінічну практику спостереження за вертикальним положенням тіла та розробив методики

оцінки ступеня коливання тіла і тремора кінцівок. Ним було доведено, що оцінка вертикального положення тіла є важливим індикатором функціонального стану організму людини, її здоров я. У практиці спорту часто зустрічаються різні статичні положення та пози. До таких статичних положень відносять різні стійки, виси, упори у спортивній гімнастиці, стартові положення у легкій атлетиці, плаванні та інших видах спорту, пози важкоатлетів, стрільців тощо.

Роль цих положень та поз як елементів спортивної техніки може бути зовсім різною, якщо розглядати їх основні три фази - початкову, проміжну та кінцеву. Залежно від того, до якої з цих фаз належить досліджувана статична поза, можна конкретно оцінити її роль в ефективному розв язанні рухового завдання. Про значну роль статичних положень та поз у спорті свідчить

і той факт, що у змаганнях за суддівськими правилами регламентується фіксація статичних поз. Процес збереження положення та пози тіла - це складний процес управління та регуляції. Тіло людини з біомеханічної точки зору у біостатиці можна уявити як багатоланкову механічну систему, що складається з ряду ланок, котрі не деформуються. Ці ланки з єднані за допомогою шарнірів, в котрих діють суглобні моменти, що забезпечують жорсткість

статичного положення усієї рухомої системи. Для оцінки умов рівноваги тіла людини нині досить широко застосовується методика стабілографії. Останнім часом ця методика, окрім дослідження власне біомеханічних основ стійкості, застосовується також для вивчення функціонального стану організму людини, стерпності до навантажень статичного характеру, оцінки координаційних можливостей людини з точки зору професійного відбору. За всієї складності електронного комплексу апаратури, що використовується у методиці стабілографії,

людина за час вимірювань не обтяжується прикріпленням датчиків до біоланок її тіла їй лише необхідно стати на стабілографічну платформу та виконати відповідний контрольний тест. Здатність зберігати рівновагу є однією з найважливіших умов забезпечення життєдіяльності організму людини. Методика, що забезпечує можливість кількісного та якісного аналізу стійкості стояння, власне й називається стабілографією. Крива зміни координат

ЗЦМ тіла при збереженні стійкості стояння називається стабілограмою. Метод стабілографії дає змогу вивчати біомеханічні характеристики рухів людини, а також дозволяє кількісно оцінювати стійкість тіла людини та системи тіл контролювати хід навчання різних видів рівноваг у спортивній та художній гімнастиці проводити тестування стану спортсменів перед змаганням визначати адаптацію до тренувальних навантажень здійснювати професіональний відбір найздатніших

індивідуумів за показниками стабілографії Міотонометрія Міотонометрія - це реєстрація та аналіз біомеханічних властивостей скелетних м язів людини. Як приклад, наведено апаратурно-програмний комплекс для реєстрації та аналізу біомеханічних властивостей скелетних м язів людини рис. 2.4 . Рис. 2.4. Апаратурний комплекс для реєстрації та аналізу біомеханічних властивостей скелетних мязів людини 1 - високочутливий датчик 2 - блок вторинного перетворення

БВП-2 3 - універсальна плата перетворення електричних сигналів 4 - комп ютер з програмним забезпеченням 5 - принтер. Комплекс призначений для якісної та кількісної діагностики біомеханічних якостей скелетних м язів людини. Його можливості дозволяють отримати термінову інформацію про стан усіх дослід жуваних м язів у графічній та цифрових формах. Під час діагностики на тілі людини закріплюється спеціальний датчик типу

МВ-30S Росія , що дозволяє реєструвати біомеханічні властивості м язів табл. 2.1 . Таблиця 2.1.Біомеханічні характеристики досліджуваних м язів Біомеханічна характеристика мязів Формула вимірювання Одиниці вимірювання Амплітуда коливань в ізотонічному напруженні A KV K 1 1000 мм Амплітуда коливань в ізометричному напруженні

A KV K 1 1000 мм Амплітуда коливань в ізотонічному напруженні після дозованого механічного впливу A KV K 1 1000 мм Амплітуда коливань в ізометричному напруженні після дозованого механічного впливу A KV K 1 1000 мм Частота коливань в ізотонічному напруженні Fізотон 1 Т Гц Частота коливань в ізометричному напруженні Fізометр 1 Т Гц Енергетика коливань в ізотонічному напруженні

Qізотон Дж Енергетика коливань в ізометричному напруженні Qізометр Дж IV - індекс жорсткості відн. од. IQ - індекс демпферності відн. од. Примітка Т- період, Гц т - маса біоланки, кг А - амплітуда коливань м язів, мм. Сигнали датчика вводяться через блок вводу інформації у ПК та обробляються за спеціальною програмою. Спільна робота датчика, блока вводу

інформації та ПК дозволяє у реальному масштабі часу обчислювати та візуалізувати біомеханічні характеристики досліджуваних м язів, визначати IV - індекс жорсткості та IQ - індекс демпферності. Вихідна інформація, котра виробляється за спеціальним програмним забезпеченням, виводиться на принтер та записується у пам ять ПК, що дозволяє документувати її у друкованому вигляді та зберігати повні кількісні дані щодо проведених вимірювань.

Це дає змогу створювати банки даних про багатьох досліджуваних, обробляти великий обсяг інформації про функціональний стан м язів людини, що виконують різноманітну роботу, порівнювати їх між собою тощо. Зауважимо, що амплітудні характеристики, що отримуються при реєстрації у мілівольтах мВ , перераховуються у метричні міри - міліметри мм , а енергетика виражається у джоулях Дж за допомогою спеціальних програм. Електроміографія

ЕМГ У процесі життєдіяльності організму у його органах та тканинах виникають біоелектричні сигнали, котрі являють собою складні коливання несиметричної форми, що називаються біопотенціалами. Певною мірою, об єктивно відображаючи фізико-хімічні результати обміну речовин, вони є досить інформативними показниками стану фізіологічних процесів в організмі. Внутрішнє середовище організму має низький електричний опір, що дозволяє біопотенціалам поширюватися

по усьому тілу людини. Внаслідок цього біопотенціали скелетних м язів, серця та мозку можуть бути зафіксовані на поверхні тіла спеціальними датчиками біопотенціалів. Як відомо, тіло людини має три основних взаємозв язаних електромагнітних поля з відповідними біопотенціалами серця ЕКГ - електрокардіографія , рухового апарату ЕМГ , кори головного мозку ЕЕГ - електроенцефалографія .

Електромагнітне поле серця людини безперервно змінюється з частотою серцевих скорочень, досягаючи максимуму у момент скорочення серцевого м яза. Це поле підсилюється при фізичних вправах, емоційному збудженні людини та слабкішає під час сну, відпочинку, у стані спокою. Оскільки серце є найбільш життєво важливим органом людини, то дослідження його електричних потенціалів вже давно цікавило фахівців. Воно має чіткий певний ритм роботи, що не переривається

ЕКГ 0,5-250 Гц , достатній за величиною електричний сигнал 1-5 мВ та локальний осередок збудження біопотенціалів. ЕМГ з явилася пізніше, тільки з появою апаратури, що дозволяє надійно вловлювати біопотенціали електричної активності скелетних м язів. Електромагнітне поле мускулатури людини має складну конфігурацію, котра спотворюється при найменшій зміні пози . Створення електромагнітного поля може відбуватися навіть при появі думки про рух. Біомеханічні методи дозволяють реєструвати зовнішню картину руху, котрий

є результатом складної нейромоторної діяльності. За зовнішньою картиною рухів можна судити про їхню внутрішню структуру. Однак це шлях непрямий і не завжди надійний. Електроміографія - це метод реєстрації біоелектричної активності скелетних м язів. Він дозволяє заглянути начебто у середину процесів, котрі відбуваються у м язах, отримати цінну інформацію про роботу м язів при виконанні рухових завдань, широко застосовується при вивченні спортивних

рухів. Він дозволяє одночасно вимірювати біомеханічні та фізіологічні параметри рухової функції. Електроміограмою називається крива зміни біопотенціалів скелетних м язів. Використовується ЕМГ для визначення ступеня участі різних м язів у русі, для вивчення координації та рівня активності м язів. Окрім того, ЕМГ дає змогу дослідити внутрішню структуру рухового акту й тим самим допомагає виявити найбільш раціональні та ефективні варіанти побудови рухів, розв язання рухових

завдань. Коли у 1924-30 рр. відбулися перші електроміографічні дослідження, то виявилося, що реєстрація ЕМГ відкрила внутрішню структуру рухів і внаслідок цього виникла можливість оцінювати участь окремих м язів у руховому акті як відомо, в електроміографах реєструється активність усіх м язів, що беруть участь у даному русі . Саме ЕМГ дозволила вивчити деякі деталі координаційної структури природних рухових актів людини, наприклад ходьби, підтримання вертикальної пози, ряду трудових та спортивних рухів.

Дослідження механізмів управління рухами та позою сполучення ЕМГ з реєстрацією зовнішніх механічних параметрів м язової діяльності дозволяють обчислювати багато чинників, котрі впливають на кількісні характеристики рухів. Нині можна виділити чотири основні напрями використання ЕМГ для вивчення активної рухової діяльності людини вивчення електричної активності окремих функціональних

рухових одиниць РО вивчення електричної активності окремих м язів вивчення узгодженості електричної активності багатьох м язів, що беруть участь в одному русі синергісти та антагоністи використання ЕМГ у якості електростимуляторів. У практиці спорту, в основному, використовують другий та третій напрями, як для дослідження механізму управління в окремих видах спорту, так і для вивчення фізіологічних закономірностей, притаманних спортивній діяльності наприклад, при стомленні,

ступеня напруження та розслаблення м язів . Метод ЕМГ дозволяє проводити дослідження, не створюючи перепон для виконання багатьох трудових та спортивних рухів. У лікувальній та спортивній практиці ЕМГ може використовуватися і у якості електростимулятора. Стимуляційна ЕМГ - це електричний вплив низькочастотним імпульсним струмом на органи та тканини людини для лікувального впливу на процеси патології у нервово-

м язових структурах, при травмах опорно-рухового апарату, знеболювання тощо. Електрична активність м яза є результатом фізико-хімічних процесів його життєдіяльності. Основними параметрами біопотенціалів є їх амплітуда та частота. Амплітудою називається розмах коливань між крайніми значеннями або величина відхилень від середньої нульової лінії потенціалу, а частота - це середнє число коливань за одиницю часу.

Для реєстрації біоелектричної активності м язів застосовуються спеціальні датчики, що в електроміографії називаються відвідними електродами, котрі дозволяють вловити зміни електричних напружень, виникнення, поширення та припинення процесів збудження у працюючому м язі. Розрізняють електроди голчасті - для локальної реєстрації біопотенціалів окремих РО та для міостимуляції плоскі та коаксіальні чашкові - для глобальної

ЕМГ, як правило, з малою відвідною поверхнею діаметр 0,65 мм і менше та найбільшими міжелектродними відстанями. Такий електрод вводиться у м язову тканину й відводить коливання біопотенціалів від окремих волокон або РО. Його перевага полягає у тому, що він дозволяє виміряти електричну активність окремого волокна або РО м яза. Для дослідження інтенсивних природних рухів, особливо спортивних, найчастіше застосовують

нашкірні плоскі та коаксіальні електроди з великою поверхнею відведення 50 мм2 . Ці електроди вловлюють сумарну різницю напруження при збудженні численних міоневральних закінчень. Для реєстрації біопотенціалів м язів використовують як монополярне один активний електрод , так і біполярне два активних електроди . При монополярному відведенні на шкірі над м язами розміщують по одному електроду, а другий електрод заземлення кріплять до електронейтральної поверхні тіла досліджуваного,

наприклад до мочки вуха або в іншому місці, що не має м язів наприклад, зап ясток . Амплітуда біопотенціалів у монополярній ЕМГ становить приблизно 5 мВ, що у кілька разів більше, ніж у біполярній, тому підсилення біопотенціалів менше. Недоліком цього способу є те, що ЕМГ може відображати електричну активність не тільки м язів, на котрих розміщено електроди, але й тих м язів, котрі знаходяться між активними та нейтральними електродами,

тобто електричну активність усього регіону прилеглих м язів. У спортивній практиці використовується переважно біполярна ЕМГ, при котрій на черевці м яза розташовуються два активних електроди. Цей спосіб відведення дозволяє реєструвати локальну різницю потенціалів, що виникають між двома ділянками м яза. При біполярному відведенні відстань між електродами становить приблизно 20 мм, а діаметр електрода

- приблизно 5 мм потребується більше підсилення біопотенціалів порівняно з монополярним, але м язові потенціали відводяться локально, що зменшує вірогідність реєстрації активності інших м язів, котрі одночасно беруть участь у русі. Величина ЕМГ-сигналу залежить від розмірів та форми електродів відстані між електродами розташування електродів щодо рухомої точки РТ розташування електродів щодо напрямків м язових волокон.

Внутрішній опір м язів як електричного генератора характеризується міжелектродним опором, котрий складається з опору шкіри з опору ороговілих клітин епітелію - епідермісу та власне шкіри , опору міжтканинної рідини та підшкірних жирових відкладень. Міжелектродний опір має бути низьким. Зниження його необхідне як для збільшення амплітуди біопотенціалів, що реєструються, так і для підвищення перешкодостійкості вимірювальної системи.

Зниження міжелектродного опору забезпечується очищенням шкіри спиртом у місцях накладання електродів. Це зменшує товщину рогового шару шкіри, підсилює кровообіг і завдяки цьому знижує міжелектродний опір становить до 10 кОм. Для кращого контакту зі шкірою внутрішні порожнини чашки електродів заповнюються спеціальною електродною пастою. Окрім того, величина потенціалу, що відводиться, залежить від розташування електродів відносно

рухової точки РТ - місця входження нерва у м яз. Найбільша електрична активність при збудженні м яза реєструється у районі РТ. Монополярний електрод кріпиться над РТ, а біполярні електроди - по обидва боки від неї на однаковій відстані. Рис. 2.5. Блок-схема ЕМГ - комплексу, де 1 - нашкірні біполярні електроди, 2- підсилювач біопотенціалів МG-42, 3 - шлейфний осцилограф типу

НЕВА МТ-О1 , 4 - монітор - індикатор візуального контролю МG-40, 5 - персональний комп ютер, прінтер Величина біопотенціалу, що реєструється, також залежить від співпадання, або неспівпадання розміщення біполярних електродів з ходом м язових волокон. Збільшення міжелектродної відстані призводить до збільшення величини електричної активності, котра реєструється. При однаковій відстані між електродами найбільша величина електричної активності реєструється,

якщо електроди розташовуються по ходу м язових волокон. Найпростіший стандартний набір ЕМГ- комплексу для досліджень у лабораторних або клінічних умовах складається з таких основних частин відвідних електродів підсилювача наприклад, МG-42, фірма МЕDICOR, Угорщина реєстратора наприклад, шлейфний осцилограф або комп ютер індикатора візуального контролю - ІВК наприклад, МG-40 .

Сучасні ЕМГ - комплекси для дослідження у природних умовах та реальному часі оп-lіпе обов язково комп ютеризовані, радіотелеметричні та, як правило, багатоканальні рис. 2.6 і 2.7 . Рис. 2.6. Загальний вигляд сучасних ЕМГ- досліджень Рис. 2.7. Стаціонарний ЕМГ- комплекс РЕАК РЕКРОМАНСЕ Німеччина Акселерометрія Результатом дії сили на будь-яке тіло може бути деформація тіла та його прискорення

зміна швидкості руху . Відповідно до цього усі силовимірювальні прилади поділяються на два типи ті, що вимірюють деформацію тіла, до котрого докладено силу знайомий нам динамометричний метод ті, що вимірюють прискорення рухомого тіла акселерометрія . Акселерометрія від лат. асselero - прискорюю - це методика, котра дозволяє вимірювати прискорення ЗЦМ тіла людини та окремих його біоланок при виконанні рухів. Акселерометр призначений для вимірювання прискорень.

Робота такого датчика заснована на вимірюванні сили інерції, котра виникає під час руху. Вимірювання прискорення відбувається у два етапи 1 механічне вимірювання прискорення 2 перетворення механічного переміщення маси датчика на електричний сигнал. Механічне вимірювання прискорення. До досліджуваного об єкта прикріплюється датчик, що складається з малої маси т на пружному підвісі певної жорсткості с.

Рух об єкта з прискоренням а обумовлює виникнення в акселерометрі сили інерції F та, котра зрівноважується пружною силою підвіса. Оскільки маса датчика m та жорсткість с є постійними величинами, то переміщення маси датчика буде пропорційним лінійному прискоренню об єкта. Одночасно відносне переміщення маси датчика дорівнює деформації пружного зв язку, а це означає, що, вимірюючи цю деформацію, можна визначити шукане прискорення об

єкта. Коефіцієнт пропорційності К між виміряною деформацією пружного елемента та виміряним прискоренням визначається при таруванні L kта, де L - величина деформації F - шукана величина вимірюваного зусилля, що визначається за таруванням залежно від реєструючого комплексу, що використовується. Перетворення механічного переміщення маси датчика на електричний сигнал здійснюється за допомогою так званих вторинних вимірювальних перетворювачів.

Це можуть бути реостатні, індукційні, п єзоелектричні та тензорезисторні перетворювачі. Найбільш поширеними у спорті є датчики прискорення, що використовують тензо- та п єзоефект. П єзорезисторні або п єзокристалічні пластинки наклеюються на пружний елемент. Під дією прискорення сила інерції маси датчика вигинає балку пружний підвіс у площині найменшої жорсткості й тензодатчик перетворює деформацію балки на електричний сигнал.

Пружний чутливий елемент у вигляді консольної балки з вантажем на кінці дозволяє дуже просто виготовити трикомпонентний датчик прискорення, за допомогою котрого можна виміряти три складових вектора прискорення. Пружні елементи балки орієнтовані так, що осі чутливості акселерометрів спрямовані по трьох взаємоперпендику-лярних площинах. Конструкція трикомпонентного тензоакселерометра. Конструктивно трикомпонентний тензоакселерометр являє собою плексиглазовий куб зі стороною 10 мм, у

котрому три однакові циліндричні камери висвердлені продольно по трьох взаємно перпендикулярних осях абсцис, ординат та аплікат відносно загальної соматичної системи координат тіла людини рис. 2.8 . Камери заповнені демпферною рідиною. В отвори занурені стальні балки однакового опору зі свинцевою напайкою на вільному кінці. На стальні балки з двох боків наклеєно по тензодатчику, котрі є суміжними плечами вимірювального моста. Консольні балки розташовуються в отворах у взаємно перпендикулярних

площинах. Виходи з усіх трьох отворів щільно закриті спеціальною пробкою з вивідними проводами. Кожний акселерометр через тензопідсилювач має вихід на три канали осцилографа і реєстрація вимірювань відбувається одночасно на одній стрічці. Датчик має спеціальні кріплення, розраховані на його фіксацію на тілі людини. Таким чином, він являє собою нібито відносно нерухому, жорстко зв язану з центром мас тієї чи

іншої біоланки просторову координатну систему. Для об єктивного аналізу складних рухів обов язковою умовою є отримання повного результуючого вектора прискорення Саме для цього необхідне використання трикомпонентного акселерометра. А для підвищення точності вимірювання необхідно знайти проекцію сумарного вектора прискорення соматичної

рухомої системи координат на нерухому систему координат при дослідженні безударних процесів - локомоцій . Акселерометри закріплюють у ЗЦМ при локомоторних переміщеннях та у ЦТ біоланки при вивченні рухів окремих біоланок Рис. 2.8. Загальний вигляд а та конструкція б тензоакселерометра 1 - інерційний вантаж 2 -консольна балка 3 - тензочуттєвий елемент 4 - струменевивідний контакт 5 - пробка 6

- рознімання 7 - скоба для кріплення датчика до тіла 8 - пластмасовий корпус датчика. Для досліджень ударних високочастотних процесів при переміщеннях - людини нині використовуються п єзоакселерометри. Як приклад розглянемо трикомпонентний п єзоакселерометр 4321 фірма Брюль Й Кьер , Данія . Цей трикомпонентний п єзоакселерометр містить у загальному ущільненому корпусі три акселерометри з нормалізованою чутливістю,

головні осі котрих спрямовані перпендикулярно одна до одної. Отож цей акселерометр одночасно вимірює механічні коливання у трьох взаємно перпендикулярних напрямках і знаходить застосування там, де потрібні вимірювання з урахуванням просторової системи координат . Легкий корпус з титану сприяє досягненню малої власної маси та широкого робочого частотного діапазону трикомпонентного акселерометра 4321 верхня межа - 12 кГц .

Конструкція усіх його елементів, що основується на застосуванні працюючих під впливом зрізуваного зусилля трьох вирізів з п єзокераміки, гарантує малу чутливість до деформації основи, змін температури та поперечних коливань у напрямках, що не співпадають з головними осями основних елементів. Чутливість щодо заряду окремих елементів акселерометра 4321 відрегульовано індивідуально на нормалізоване значення приблизно 1пКл м -1 с -1 2 .

Нормалізована чуттєвість суттєво полегшує калібрування вібровимірювальних систем та спрощує обробку результатів вимірювань, зокрема при застосуванні підсилювачів заряду з фіксованим коефіцієнтом посилення. Для надійного кріплення акселерометра 4321 можна використовувати гвинт М4 довжиною 15 мм, що проходить через передбачений для нього у корпусі отвір, або шпильку 10-32NF, для котрої передбачений відповідний отвір в основі корпусу.

Трикомпонентний п єзоелемент, що працює під впливом зрізувального зусилля фабрична марка Delta Shear , використовуваний у нових акселерометрах типу 4321 фірми Брюль і Кьер рис. 2.9 , відрізняється унікальною конструкцією та високою якістю. Будова цих акселерометрів складається з трьох плоских прямокутних вирізів з п єзо -кераміки, закріплених між розташованою у центрі опорою трикутного перерізу та трьома

інерційними масами, притиснутими стяжним кільцем. Стяжне кільце впливає на трикомпонентний п єзоелемент великою радіальною силою. Поверхні опори п єзоелектричних елементів та інерційних мас оброблено з малими допусками і ретельно доведено так, що у цих нових акселерометрах не використовуються проміжні клейкі шари наприклад, в акселерометрах з плоским п єзоелементом, що працює під впливом зрізувального зусилля .

Унікальна конструкція та ретельна обробка усіх деталей акселерометрів, що відносяться до варіанта, описаного вище, гарантує лінійність та довгочасну стабільність параметрів і, загалом, добру стійкість до впливу зовнішнього середовища. Трикомпонентний п єзоелемент, що працює під дією осьового зрізувального зусилля Працюючий при стискуванні п єзоедемент Плоский п єзоелемент, що працює

І 7 з накладено?е зверхи1 і притиснутоДІ під дією зрізувального зусилля К пружиною у центрі масою Рис. 2.9. Конфігурація та механічна конструкція акселеромірів фірми Брюль й Кьер 5і - пружина М - маса Р - п єзоелемент В - основа К - стяжне кільце Акселерометри 4321, 4366, 4368, 4369, 4370, 4371, 4375 фірми Брюл йКі рм див. додаток 1 є кращими вібродатчиками конструкції, що описана вище.

Некоторые технические характеристики акселерометров фирмы Брюль и Къер Дания Акселерометр 4321 4366 4367 4368 4369 4370 4371 Масса 55 28 13 30 14 54 11 Чувствительность мВ м.с-2 0,8 4,0 1,5 4,0 1,5 8 0,8 по напряжению мВ g 8 40 15 40 15 100 10 Чувствительность пКл м.с-2 12 4,5 2 4,5 2 102 12 по заряду пКл g 10 45 20 45 20 100 10 Резонансная частота кГц 40 27 32 27 32 18 35 Рабочий частотный диапазон ,

Гц 5 0,2-8700 0,2-5400 0,2-6600 0,2-5400 0,2-6600 0,2-3500 0,2-7000 10 0,2-12000 0,2-9000 0,2-10600 0,2-9000 0,2-10600 0,2-6000 0,2-12000 Емкость, вкл. соед. кабель пФ 1200 1200 1200 1200 1200 1200 1200 Макс.поперечная чувств. 4 4 4 4 4 4 4 Пьезоэлектрический материал PZ23 PZ23 PZ23 PZ23 PZ23 PZ23 PZ23 Конструкция ТСУ ТСУ ТСУ ТСУ ТСУ ТСУ ТСУ Чувствительность к деформации основания м.с-2 0,02 0,006 0,008 0,006 0,008 0,003 0,02

ном. значение в плоскости основания на 250 g 0,02 0,006 0,0008 0,0006 0,0008 0,0003 0,0002 Чувствительность к изменениям температуры м.с-2 0С 0,8 0,1 0,4 0,1 0,4 0,8 0,8 ном. значение, g 0С нижний предел частоты 3 Гц 0,08 0,01 0,04 0,01 0,04 0,008 0,08 Магнитнаячувствит. ном. значение, 50 Гц -0,03 Т м.с-2 т 7 3 6 3 6 12 7 g кГаусс 0,07 0,03 0,06 0,03 0,06 0,012 0,07 Акустическая чувствит. м.с-2 экв. ускорение на 154 дБ

УЗД 0,01 0,002 0,005 0,002 0,005 0,001 0,001 ном. значение, 2-100 Гц g 0,001 0,0002 0,0005 0,0002 0,0005 0,0001 0,0001 Мин. сопротивление утечки на 20 0с ГОм 20 20 20 20 20 20 20 Макс. температура окружающей среды 0С 250 250 180 250 180 250 250 Макс. удар. пик. знач. км.с-2 10 50 100 50 100 20 200 в направлении главной оси g 1000 5000 10000 5000 10000 2000 20000

Макс. непрерывное км.с-2 синусоидальное ускорение 5 20 30 20 30 20 60 пик. значение g 500 2000 3000 2000 3000 2000 6000 Макс.ускорение пик.знач км.с-2 0,75 1 2 1 2 0,5 2 при креплении на магните g 75 100 200 100 200 50 200 Материал основания Титан Нерж.c. AISI 316 Титан Нерж.c. AISI 316 Титан Нерж.c. AISI 316 Титан Индивидуально калиброванные параметры указанные в калибровочном паспорте. С кабелем, входящим в комплект при поставке.

Направление оси минимальной поперечной чувствительности отмечено красной точкой на акселерометре за искл. моделей 4321, 4374, 4375, 8306, 8308, 8309, 8310 . См. американский стандарт ANSI S2.11-1969. Нижний предел определяется параметрами предусилителя и условиями окружающей среды. Резонансная частота в поперечных направлениях ном. 11 кГц может быть причиной дополн. уменьшения верхнего предела.

Продолжение приложения 1 Акселерометр 4374 4375 8305 8306 8308 8309 8310 Масса 0,65 без каб 2 40 500 100 3 без каб 100 Чувствительность мВ м.с-2 0,2 0,53 - 10002 1 0,03 1 по напряжению мВ g 2,0 5,3 - 10000 10 0,3 10 Чувствительность пКл м.с-2 0,1 0,316 0,12 10002 12 0,004 12 по заряду пКл g 1,0 3,16 1,2 10000 10 0,04 10 Резонансная частота кГц 90 60 30 с m 20г 4,5 30 180 30

Рабочий частотный диапазон 5 1-18000 0,2-12000 0,2-3100 1 0,2-1000 1 1-6000 1-36000 1-6000 10 1-27000 0,2-18000 0,2-4400 2 0,06-1250 3dB 1-10000 1-60000 1-10000 Емкость, вкл. соединительный кабель пФ 500 600 180 1000 1100 90 1900 Макс. попереч. чувствит. 5 4 2 5 3 5 3 Пьезоэлектрический материал PZ27 PZ27 PZ100 PZ23 PZ45 PZ45 PZ45 Конструкция ПСУ ТСУ МПЦ МПЦ МПЦ МПЦ МПЦ Чувствительность к деформации основания м.с-2 0,005 0,005 0,01 верх 0,003 осн.

0,0005 0,08 5 0,08 ном. значение в плоскости основания на 250 g 0,0005 0,0005 0,001 верх 0,0003 осн 0,00005 0,008 0,5 0,008 Чувствительность к изменениям температуры м.с-2 0С 3 1 0,5 0,005 20 400 20 ном. значение, g 0С нижний предел частоты 3 Гц 0,3 0,1 0,05 0,0005 2 40 2 Магнитная чувствит. м.с-2 т 30 30 1 2 25 20 25 ном. значение, 50 Гц - 0,03 Т g кГаусс 0,3 0,3 0,01 0,02 0,25 0,2 0,25 Акустическая чувствит экв. ускорение на 154 дБ УЗД. м.с-2 0,05 0,04 0,008 0,0003 0,003 4 0,003 ном.

значение, 2-100 Гц g 0,005 0,004 0,0008 0,00003 0,0003 0, 4 0,0003 Мин. сопр. утечки на 200С ГОм 20 20 1000 - 20 20 20 Макс. температура окруж. среды 0С 250 250 200 85 400 120 400 Макс. удар. пик. знач. км.с-2 250 250 10 1 20 1000 20 в направлении главной оси g 25000 25000 1000 100 2000 10 2000 Макс. непрерывное синусоидальное ускорение км.с-2 50 50 10 0,3 20 300 20 пик. значение g 5000 5000 1000 30 2000 30000 2000

Макс. ускорение пик. значение при креплении на магните км.с-2 1 0,05 g 100 5 Материал основания Бериллий Титан Нерж.c. AISI 316 Нерж.c. AISI 316 Нерж.c. AISI 3166 Нерж.c. AISI 3166 Нерж.c. AISI 316 Емкость выхода заряда встроенного в акселерометре 8306 предусилителя. Выходное сопротивление выхода напряжения 500 Ом. Мин. сопротивление нагрузки на выход напряжения 50

кОм. Предел при обращении. Предел рабочего диапазона 9,81 м с2 пик. значения . Симметричный выход с двумя выводами емкость 40 Пф отн. точки заземления Симметричный выход с двумя выводами. Електрогоніометрія Гоніометрія від грецьк. Gопіo - кут - це метод реєстрації кутових переміщень у суглобах. Величини суглобових кутів є важливими просторовими характеристиками рухів.

Безперервний контроль за величинами кутових переміщень є корисним при вивченні спортивної техніки при навчанні спортсменів раціональної техніки рухів для біомеханічного аналізу спортивних рухів для визначення рухомості сполучень ланок тіла, їх положень при різних позах, між позами руху для оцінки гнучкості. Рухоме з єднання ланок тіла обумовлює їх кутове переміщення.

Залежно від форми суглобів рухи можуть здійснюватися в одній або кількох площинах. Зі зміною кута у суглобі змінюється довжина м яза при цьому сила тяги м яза зменшується пропорційно квадрату зменшення його довжини, тобто максимальну величину тягового зусилля м яз виявляє при своєму найбільшому розтягненні у межах анатомічної рухомості плече тяги м яза відносно осі обертання кут тяги м яза за кістку. Для вимірювання кутових переміщень ланок тіла людини, оцінки рівня розвитку гнучкості

амплітуди рухів використовуються такі методи 1 рентгенографія 2 оптико-електронні - фото кіно стробозйомка, стереоциклографія, стереостробозйомка відеометрія 3 механічний 4 механоелектричний. Рентгенографічний метод дозволяє визначити теоретично припустиму амплітуду руху, розрахувавши її на основі рентгенологічного аналізу будови суглоба. Оптичні методи вимірювання гнучкості основані на застосуванні фото кіно стробозйомки.

На суглобових точках тіла спортсмена укріплюють датчики-маркери, зміна їх взаєморозташування фіксується реєструючою апаратурою. Наступна обробка фотознімків або фотоплівки дозволяє визначити рівень розвитку гнучкості. Точність оптичних методів невисока. Найбільш точними сучасними та перспективними з оптико-електронних методів для вимірювання кутових переміщень є стереоциклографія, стереостробозйомка, відеометрія, котрі

будуть докладно описані у наступному розділі. Точність оптико-електронних методів залежить від похибок реєструючої апаратури способу кріплення маркерів на суглобових точках та величини їх зміщення при виконанні руху похибок аналізу кіно фотоматеріалів при масштабі фотографії - 1 10 і більше . Для безпосереднього вимірювання значень суглобових кутів заєтосовують прилади, котрі називаються гоніометри. Вони бувають двох типів - механічні та електромеханічні.

Суглобовий кут у статичному положенні можна виміряти механічним гоніометром. Він складається з двох шарнірне з єднаних планок, котрі закріплюються на сполучених ланках тіла плечє - передпліччя, стегно - гомілка , а вісь шарніра суміщають з віссю суглоба. Таким чином, кут, утворений двома планками, характеризує суглобовий кут. Щоб його виміряти, на одній з планок кріплять транспортир зі шкалою, а на другій - покажчик.

Недоліком цього методу є те, що за його допомогою можна виміряти кути лише у статиці визначається максимальна рухомість у суглобі . Для реєстрації змін кутів у суглобах під час руху використовують електрогоніометри, котрі дозволяють простежити за зміною суглобових кутів у різних фазах руху з великою точністю. Система для реєстрації суглобових переміщень складається з електрогоніометра датчика , джерела живлення та регістратора гоніограм. При цьому величини кутових переміщень перетворюються на пропорціональні величини

електричної напруги. Серед датчиків найбільш поширеними є потенціометричні з лінійними характеристиками. Вони забезпечують пропорціональність змін величини, що реєструється кутове переміщення , та вихідного електричного сигналу. У потенціометричному датчику вісь потенціометра з єднана з однією з кріпильних планок датчика, а корпус - з

іншою. Конструкція крипільних елементів може бути різною, але у будь-якому випадку при проведенні вимірювань планки закріплюються паралельно кісткам досліджуваної кінематичної пари, а вісь потенціометра має бути суміщена з віссю досліджуваного суглоба. Кріплення гоніометрів здійснюється відповідно до анатомічних та біомеханічних особливостей досліджуваного біокінематичного ланцюга і має у кожному конкретному випадку різну конструкцію.

У загальному вигляді універсальне кріплення складається з легких, гнучких пластмасових планок пос - К їоїраф ТІЙНОГО Перерізу, ГуМОВИХ ПОЯСІВ для їх утримання та посадочного гнізда. Посадочні гнізда та датчики, як правило, однотипові, довжина ж планок та поясів регулю-с ється залежно від особливостей и досліджуваної кінематичної, біокінематичної пари або ланцюга. У 1970 р. А.М. Лапутіним були запропоновані оригінальні елек-

Рис. 5.10. Потенціометрична схема . тромехашчш - включення електрогонюметра гоніометри, виготовлені у вигляді металевого екзоскелетона зовнішнього скелета тіла людини. Вони дозволяють реєструвати динаміку суглобових екскурсій одночасно усіх груп сполучень тіла людини та візуалізувати її в аналоговій формі на екрані осцилографа. Таким чином, ним було запропо новано екзоскелетонні гоніометри хребта, верхніх та нижніх кінцівок.

-Потенціометр, виготовлений з графіту або дроту, включається у найпростіший електричний ланцюг-міст, схема котрого представлена на рис. 5.10. Отримуваний безперервний електросигнал зручно реєструвати на самописці або шлейфному осцилографі. Перед початком роботи гоніометричну установку необхідно відтарувати, тобто визначити, наскільки зміщується перо самописця при відомих значеннях 0 , 90 , 135 , 180 суглобного кута . Тарування дозволяє відраховувати отримувані на стрічці самописа значення

суглобового кута безпосередньо у градусах. Значна кількість методів та способів вивчення кутових характеристик суглобів та взаємного розташування різних частин тіла було запропоновано Гамбурцевим 1973 . Так, зокрема, він розробив ряд порівняно простих пристосувань гоніометричного типу. Наприклад, запропонований ним штангенциркуль складається зі штанги з прикріпленою перпендикулярно до її кінця ніжкою друга ніжка прикріплена до рамки, котра ковзає по штанзі.

На штангу нанесено міліметрові поділки, на рамці є риска, що слугує початком відліку. З боку, протилежного ніжкам штангенциркуля, за допомогою шарнірного з єднання прикріплюється гоніометр, котрий може бути поставлений у різних площинах сагітальній та фронтальній відносно штанги рис. 2.11 . Гоніометр складається з основи, круглого корпуса зі шкалою та стрілки-виска, що вільно обертається на осі. Нульова поділка шкали ставиться зверху.

Праворуч та ліворуч від нульової поділки нанесено поділки від 1 до 180 . Усього на шкалі гоніометра нанесено 360 поділок. Завдяки своїй більш важкій нижній частині стрілка гоніометра завжди встановлюється у вертикальному положенні та показує за шкалою кут нахилу вимірюваного об єкта до вертикалі або горизонталі у градусах. Для вимірювань у сагітальній площині сагітальних кривин хребта - кіфозів та лордозів, амплітуд згинання та розгинання хребта тощо гоніометр встановлюється на

шарнірі в одній площині з ніжками циркуля. Гоніометр може бути скомбінований також з великим товщинним циркулем рис. 2.12 . Для вимірювань у фронтальній площині сколіозу, амплітуд фронтальних рухів хребта та ін. гоніометр встановлюють на шарнірі площини, що перпендикулярна до основних ніжок циркуля. У сучасних дослідженнях для диференційованої оцінки динаміки м язово-суглобових з єднань опорно-рухового апарату може використовуватися технічний комплекс

REV-9000 2000 р. італійської фірми Тесшіоgут рис. 2.13 . Рис. 5.11. Ковзний циркуль- Рис. 2.12. Великий товщинний гоніометр Гамбурцева циркуль-гоніометр 45 Цей апарат являє собою механічний пристрій екзоскелетонного типу, котрий дає змогу виміряти та візуалізувати на екрані комп ютера деякі динамічні характеристики рухів у великих суглобах, зокрема швидкість зміни амплітуди суглобних рухів, силу, що докладає людина до механічних

важелів пристрою, та роботу і потужність, котрі витрачаються при цьому певними ланками її тіла. Прилад може працювати в ізокінетичному, ізотонічному та пасивному режимах руху ряду великих біокінематичних пар опорно-рухового апарату. Ізокінетичний режим передбачає рухи у суглобових з єднаннях людини з постійною швидкістю сполучених ланок та з опором, що змінюється. Ізотонічний режим передбачає рух тих самих ланок з постійним опором та швидкістю, котрі змінюються.

Ізометричний режим вимагає від людини генерування відповідної сили скорочення м язів, що приводять у рух сполучені у певному суглобі ланки тіла без реального вимірювання амплітуди руху у цьому суглобі. З метою створити для того чи іншого м язово-суглобового з єднання відповідну умови, котрі необхідні для виконання людиною певної програми рухової реабілітації, у цьому апараті передбачений також режим примусових пасивних для людини рухів ланок

її тіла і тим самим стимуляції м язів, що приводять їх до руху. Усі перераховані види рухів ланок у великих м язово-суглобових з єднаннях можуть однаково аналізуватися з компютерною візуалізацією результатів вимірювання згаданих вище динамічних характеристик як у концентричному рух по колу , так і у ексцентричному переміщення по складній траєкторії режимах роботи біоланок людини.

Безконтактні методи контролю Відповідно до блок-схеми інструментальних методів контролю, представленій на рис. 5.1, розглянемо безконтактні методи - оптичні та оптико-електронні. Будова фотоапарата та кінокамери. Серед сотень сучасних моделей фотоапаратів є громіздкі й мініатюрні, більш і менш точні, складні й прості.

Усі вони складаються зі світлонепроникної камери корпусу , об єктива, видошукача та світлочутливого матеріалу. Звичайно це фотоплівка завширшки 36 або 60 мм, а у спеціальній вимірювальній апаратурі - фотопластинка розміром 130 х 80 мм. Чим більший формат матеріалу, тим вища розв язувальна здатність фотографування. У корпусі знаходиться також затвор об єктива та механізм пересування плівки на один кадр.

Затвор призначений для того, щоб на короткий, точно визначений проміжок часу пропустити світловий потік на світлочутливий матеріал. Цей проміжок часу або витримка позначається цифрами ЗО, 60, 125, 250, 500 наприклад, витримка 125 означає, що затвор об єктива відкритий протягом 1 125 долі секунди . Об єктив фотоапарата складається з оправи, лінз та діафрагми. За допомогою діафрагми можна регулювати розміри діючого отвору об

єктива. Для величини діафрагми прийнято такі позначки 2 28 4 5,6 8 11 16 22. Переходячи від меншої цифри до наступної - більшої, ми вдвічі зменшуємо отвір, через котрий світло попадає на фотоплівку. Одночасно збільшується глибина різкості , тобто зона простору, в котрій усі предмети зображуються різко. Таким чином, змінювати освітленість фотоматеріалу можна двома способами витримкою та діафрагмою. Наприклад, сполучення витримки 60 та діафрагми 11

є еквівалентним сполученню витримки 125 з діафрагмою 8. Видошукач потрібний для визначення меж кадра. Він дає можливість встановити, які предмети входять у кадр, а які лишаються за його межами. Якісний видошукач, окрім того, дозволяє наводити на різкість та контролювати її у момент зйомки. Сучасний фотоапарат стає усе більш автоматизованим. Він має вмонтований експонометр, основною частиною котрого

є фотоелемент, що дає струм, пропорційний освітленості. Завдяки цьому автоматично встановлюється витримка та діафрагма. Окрім того, можливе автоматичне регулювання різкості. Останнім досягненням фототехніки є використання повних фотоапаратів-автоматів з системою чіп-карт зображення кодується на магнітну картку, котра розпізнається за допомогою персонального комп ютера рис.

2.14 або цифрових фотокамер оп-liпе , котрі кодують зображення одразу у цифровій формі і з єднані з персональним комп ютером ПК , що дає можливість миттєво побачити відзнятий кадр на екрані монітора ПК рис. 2.15 . Конструкція кінокамери відрізняється тим, що у неї кадри змінюються автоматично за допомогою пружинного механізму або електричного двигуна, котрий працює від батарейки. Кіноплівка пересувається переривчасте кадр за кадром зі швидкістю не нижче за 16 кадрів на секунду.

Така або більш висока швидкість руху плівки потрібна для того, щоб реалізувався кінематографічний ефект , котрий полягає у швидкому бігу кадрів і сприймається глядачем як безперервне зображення. Кінокамера складається з тих самих основних частин, що й фотоапарат. Окрім того, у неї є стрічкопротяжний механізм та фільмовий канал. Фільмовий канал забезпечує суворо перпендикулярне положення плівки щодо оптичної осі об

єктива. На відміну від фотоапаратів більшість кінокамер наводиться на різкість на око . Кінооператор оцінює відстань об єкта зйомки та встановлює його на дистанційній шкалі об єктива. Точність кінозйомки тим більша, чим більший формат кінокадра на плівці. Використовується плівка шириною 8, 16, 35 мм. Чим ширша плівка, тим точніша зйомка, але застосовується складніша й дорожча апаратура. Загалом же, граничне досягнення точності при кінозйомці значно нижче,

ніж при фотографуванні. Пояснюється це тим, що фотоплівка та пластинка є нерухомими, а кіноплівка рухається, і якою досконалою не була б конструкція фільмового каналу, неможливо домогтися суворо фіксованого положення кіноплівки відносно об єктива. Рис. 5.14. Приклад фотоапарата з чіп-картою фірми MINOLTA Кінопроекційна апаратура використовується для показу зображення на екрані 1 х 1,37 м.

Застосовуються і широкоформатні системи кінопроекції з великими кутовими розмірами зображення з екранами 1 х 2,35 м або 1 х 1,85 м. Широкоформатна система проекції передбачає застосування екранів завширшки 14 - 22 м Рис. 5.15. Приклад цифрового фотоапарату. У спортивній практиці, наприклад, для кінопроекції найчастіше використовуються пересувні кіноустановки типу Русь , Волна , Україна-5 , Україна-7 . Усі вони розраховані на живлення від однофазної мережі перемінного

струму напругою 127 і 220 В з частотою 50 Гц для автономного електроживлення можуть застосовуватися бензино-електричні установки АБ1-О 230 . Кінопроектор Русь використовується для демонстрації 8-міліметрових навчальних фільмів без звукового супроводження можливе застосування магнітофону і синхронізатора . Апарат випускається у двох варіантах об єктив з постійною фокусною відстанню 18 мм відносна фокусна

відстань - 18-30 мм, відносний отвір - 1 12 . Апарат оснащений кварцево-галогенною проекційною лампою КГМ 12-100 12 В, 100 Вт . Проектор дозволяє плавно регулювати швидкість проекції, збільшувати швидкість, здійснювати покадрову проекцію, переключати механізм на зворотний хід, що особливо важливо при детальному вивченні техніки спортивних рухів. Кінопроектор Волна також дозволяє демонструвати 8-мілімет-рові фільми 3,25 х 4,4 ммЙля звичайної плівки та 4,01 х 5,36 мм для плівки

Супер-8 . Джерелом світла є кварцево-галогенна лампа КГ 12- -75 з інтерференційним відбивачем. Пересувна установка Україна-5 дозволяє демонструвати 16-мілі-метрові звукові фільми. Вона включає проектор П16П1, універсальний звуковідтворювальний пристрій КЗВП-10, автотрансформатор, кіноекран. Проектор складається з проекційної лампи розжарювання, відбивача,

конденсатора та об єктива. У якості приводу у проекторі використовується асинхронний одноразовий двигун, що забезпечує частоту руху 24 кадри на секунду. Ємність бобин - 120 та 600 м. Розміри кадра - 7,2 х 9,6 мм. Звуковідтворювальна частина проектора має лампу 4 В, 3 Вт та безщілинну циліндричну оптику для відтворення звуку з фотографічної фонограми лампа живиться постійним струмом від випрямляча підсилювального пристрою .

Перетворювачем світлових коливань працює фотодіод. Звуковий блок має магнітну головку для відтворення магнітних фонограм та 16-міліметрових фільмокопій. Пересувна кіноустановка Україна-7 відрізняється від Україна-5 новою світлооптичною системою та пристроями для відтворення фотографічних фонограм. Фотографічний комплекс стробофотозйомки включає фотографічні камери та стереокомпаратор.

Стереокомпаратор типу Стекометр складається із пристрою зчитування координат, пульта управління та друкуючого автомата. Отримана в результаті стереозйомки пара знімків фіксується на вимірювальному столі стереокомпаратора. Потім на центр кожного маркера за допомогою трьох ручних штурвалів наводиться вимірювальна марка . Перший штурвал переміщує вимірювальну марку впередшазад, другий - ліворуч праворуч, третій - вгору4вниз. Після кожного наведення друкуючий пристрій реєструє координати точки.

Реєстрація координат однієї точки триває 6-10 с, а на повну обробку стереознімка наприклад, одного кроку витрачається 1-2 год. Це у десятки разів менше, ніж при ручній обробці знімків. Після того як визначено координати маркерів, на папері будується схематичне зображення промір поз людини, котра рухається. Раніше промір будували вручну. Останнім часом цю операцію вдалося автоматизувати. Для цього координати маркерів вводять у пам ять ПК, котра управляє графопобудовником.

Відеомагнітофони та їх застосування. У фотографії та кінозйомки є великий недолік обробка фотоматеріалів проявлення плівки, фотодрук тощо дуже трудомістка й забирає багато часу. Більш оперативним є запис і відтворення рухів за допомогою відеомагнітофонів. Система відеозапису складається з відеокамери пристрій запису віде- рІЬигналу на магнітну стрічку , відеомагнітофона пристрій відтворен- ня та відеомонітора спеціальний телевізор для перегляду відеозапису

. Сучасні відеомагнітофони дозволяють виконувати стоп-кадр та уповільнене відтворення зображень. Такі можливості мають вітчизняні відеомагнітофони Електроніка ВМ-32 , а також дуже поширені у нашій країні відеомагнітофони фірм 8ОНУ, РАNА8ОNIС, АКАІ та ін. Останні моделі відеомагнітофонів важать менше 3 кг і призначені для запису та відтворення кольорового зображення, що робить відео-запис більш привабливим

у навчальному процесі. Магнітна стрічка, на котру записується зображення, схожа на стрічку для звукозапису, але вона ширша 13, а не 6 мм і міститься у касеті розміром із невелику книжку 188 х 104 х 25 мм . У нашій країні випускаються відеокасети п яти типів ВК-30, ВК-60, ВК-90, ВК-120, ВК-180 цифра означає тривалість запису або відтворення у хвилинах . Одночасно із зображенням відеомагнітофон записує звук.

Наприклад, коли відтворюється запис веслувальної гонки, чутно сплески весел, дихання веслярів, а при відтворенні футбольного матчу - звук ударів по м ячу, шум трибун тощо. Окрім того, оператор має можливість робити мовні вставки , коментуючи події, що відбуваються. Дуже зручним є таймер зображення на екрані монітора супроводжується цифрами поточного часу. Зйомка відеокамерою мало чим відрізняється від кінозйомки.

Єдина суттєва різниця полягає у тому, що під час відеозйомки є можливість одразу ж перевірити якість запису. Для цього плівку перекручують назад, включають відеомагнітофон на відтворення та розглядають зображення на екрані відеокамери цей невеликий екран розташований з боку, протилежного до об єктиву, і під час запису використовується для контролю записуваного зображення . Користь, котру приносить відеомагнітофон при навчанні рухів,

є безсумнівною. Він, як дзеркало, дає можливість подивитися на себе з боку Ј побачити усі помилки й неточності своїх рухів та швидко їх виправити. Не менш корисно застосовувати відеотехніку при опануванні теоретичних знань, і тут відеомагнітофон дає змогу практично реалізувати принцип наочності у навчанні. Відеофільм, що є у розпорядженні педагога це дуже ефективний засіб.

У будь-який момент можна зупинити перегляд або почати його з будь-якого місця запису. Можна пропустити нецікаві моменти фрагменти або, якщо якийсь епізод особливо сподобався чи зацікавив, або не засвоєно з першого разу, то можна переглянути його ще кілька разів. У 1995 р. у світі відео відбулася революція, котру здійснила, об єднавшись у консорціум, невелика, але вельми впливова група, до котрої увійшли 55 міжнародних виробників

електроніки, у тому числі SОNI, РНІЛРS, НІТАСНІ, РАНАSОМС та JVС. Було прийнято цифровий формат відеозапису на магнітну плівку ОУС Оі іїа1 Уісіео Саззеіїе або ОУ Ощіїаі Уідео . І вже наприкінці 1995 р. 8 ЖУ представила першу ОУ-відеокамеру ОСК-УХ1000, що забезпечує дивовижно високу вихідну якість за деякими оцінками вона наближається до якості формату

Веіасат 8Р , відрізняється невеликими розмірами та досить доступною ціною, що майже у три рази нижче ціни найдешевшої відеокамери, котра працює у форматі Веіасат. Але й це ще не все! Відповідно до стандартів ІЕЕЕ 1994 Ріге Уіге цифрове відео може переноситися з відеокамери на жорсткий диск комп ютера і назад без поцифровки та інших перетворень. Завдяки цьому стають непотрібними складні системи поцифровки

відео, що коштують кілька тисяч доларів. ОУ - що це таке? ОУ - це формат запису на магнітну стрічку завширшки 6,35 мм зі швидкістю пересування 18,831 мм-с 1. Для порівняння нагадаємо, що знайомі нам УН8, 8-УН8, навіть професіональні Веіасат-касети мають ширину 12,65 мм, а швидкість пересування стрічки для УН8 та 8-УН8 становить 23,39 мм-с-1, для Веіасат - 101,5 мм-с 1.

Це означає, що щільність запису ОУ-інформації надзвичайно висока - понад 0,4 Мбайт на 2 мм2, і тому касета тіпі-ОУ, розрахована на 60 хв відео, має розміри 66x48 х 12,2 мм. Ємкість стандартної великої ОУ-касети 125 х 78 х 14,6 мм може становити 120 і навіть 180 хв було оголошено і про касету на 240 хв , а ємкість Веіасат-касети - ЗО хв. Окрім того, 8 ШУ запропонувала

ОУ-касети з інтегрованою мікросхемою пам яті для збереження списку записаних відеосюжетів часові коди початку й кінця кожного відеосюжету, монтажні помітки, номери сцен та дублів. Кадрові на стрічці відповідають 12 похилих рядків-доріжок для N180-10 завширшки 10 мкм, на кожній з котрих, поряд із записом власне аудіо- відеоданих, тайм-коду кадра

Ііте-соде - година, хвилина, секунда Щ порядковий номер кадра та службових даних ІТІ - Ішегі апд ТгасК Іпґогтаїіоп передбачено можливість запису розширеної інформації про відеозйомку. ОУ - це компонентний УУУ формат зображення сигналу, котрий забезпечує пропускна здатність по горизонталі 500 ліній для 8-УН8 - 400, а для Веіасат 8Р - 650 ліній , відношення сигнал шум - 54 дБ для

Веіасат 8Р - 51 дБ , а також ширину частотного діапазону кольоропередачі - 1,5 МГц для Веіасат 8Р - 1,5 МГц, для 8-УН8 - 0,5 МГц . Отже він забезпечує професіональну якість запису відеосигналу. ОУ - це цифровий формат запису, що саме по собі гарантує ідентичність кожної копії оригіналу і можливість цифрового редагування відео до окремих кадрів без втрати

якості. Оцифровка здійснюється з пропускною здатністю 720 х 576 відповідно до схеми 4 2 0 для N780 - 720x480 4 1 1 . Це означає, що кожний кадр містить 720 х 576 значень яскравостГ і по 360 х 288 значень II та V. Однак максимальна швидкість відеозйомки за найкращої якості навіть у спеціальних професіональних відеокамерах, про котрі йтиметься далі, лишається 1000 кадрів на секунду. Саме тому високошвидкісні явища наприклад, виліт кулі, вибухова хвиля, різноманітні ударні взаємодії

та ін. досліджуються за допомогою так званої раїгідної зйомки швидкість зйомки - 5000 - 10 000 кадрів на секунду . Немає сумніву, що цей недолік відеозйомки найближчим часом буде усунутий. Наприклад, вже у 1998 р. фірма Е О УЕІОЕЯТ РІЬМ Німеччина представила на світовий ринок цифрові відеокамери СЕОІАКЕ Мотіоп 8соре , що мають швидкість зйомки до 8000 кадрів на секунду. Автоматизовані відеокомп ютерні системи. Розвиток

ПК та відеотехніки у світі у 1990-ті роки надало нового імпульсу в удосконаленні засобів автоматизації управління процесом рухів людини. До цього часу у біомеханіці вже було накопичено багатий досвід аналізу рухів людини. Однак його широкомасштабне використання, що базувалося переважно на традиційних кіно- та фотометодах реєстрації рухів, на практиці дуже гальмувалося через складність та об

ємність обчислювальних операцій з обробки кінограм. Тому вдале поєднання відеометодів реєстрації рухів з високоефективними методами обробки їх результатів, що основуються вже на перевірених численними дослідами алгоритмах біомеханічного аналізу, призвело до вельми вражаючих результатів. Найбільшого розвитку цей напрям набув у розвинених країнах заходу, де вже з початку 80-х років відбувається переоснащення матеріальної бази в області вимірювань

рухових дій людини у режимі оп-Ііпе реального часу . Нові біомеханічні центри відкрилися в Австрії, Греції, Швеції, Чехії, Словаччині, Великобританії, Південній Кореї. Збільшилася кількість колективів фахівців- б іомеханіків, що працюють у країнах, котрим належить науковий пріоритет у цій галузі

США, Канаді, Японії, Німеччині. Втілення у практику передових досягнень біомеханіки потягнуло за собою зміни методології досліджень, що виявилося у все більшій їх комп ютеризації на всіх рівнях, розробкою та втіленням високопродуктивних та недорогих мікрокомп ютерів. Саме тому важливою відмінністю цих змін стала поява більш ефективних методів вимірювання, складної високоточної вимірювальної апаратури, здатної зафіксувати усі необхідні параметри.

На перший план виступають дистанційні та безконтактні методи дослідження. Дані положення визначають на сьогодні у біомеханіці три основних напрями розвитку вимірювальних систем, основаних на застосуванні високошвидкісних відеокамер у комплексі з дешифраторами ві-деофільмів для персональних комп ютерів ПК стаціонарно встановлених динамографічних платформ, що працюють у природних умовах, з виводом даних через аналого-цифрові перетворювачі на

ПК автоматизованих систем обробки відеограм на базі ПК. У всіх трьох випадках технологія фіксування та обробки інформації із застосуванням ПК у режимі реального часу дає можливість оперувати великим обсягом даних, причому акцент у дослідженнях спрямований в основному на вивчення моделей техніки спортсменів високого класу. Це послужило основою появи пересувних лабораторій з компактними вимірювальними системами, що

дозволяють контролювати рухові дії спортсменів у ході тренувального процесу у природних умовах і упритул підійти до розв язання проблеми моделювання спортивної техніки. До числа найсучасніших високопродуктивних систем, на наш погляд, нині можна віднести такі 1. Система аналізу рухів у двох і трьох площинах ТАКЕL Японія , котра може аналізувати рухи тіла людини при зчитуванні з точністю до хвилини, коли кольорові

маркери кріпляться на суглоби. Спеціальна кольорова ТУ-камера має високошвидкісний затвор, котрий можна використовувати як сенсор, а камеру сконструйовано таким чином, щоб розпізнавати та визначати кольори кожного маркера, прикріпленого до людини. Ця система вимірює локальні координати маркера зі швидкістю до 60 кадрів на секунду у реальному часі та запам ятовує результати вимірювання на гнучкому диску.

Потім дані вимірювання можуть бути проаналізовані безпосередньо після вимірювання. Зовнішнє розняття системи дозволяє легко приєднувати інші пристрої, включаючи тензоплатформи з синхронізованою базою таким чином, щоб можна було швидко й легко зібрати необхідні додаткові дані. Можлива конфігурація основних блоків у двох варіантах для аналізу рухів тіла у двох площинах і для аналізу рухів у трьох площинах,

її можливості включають такі операції вимірювання проводяться незалежно від розміру простору, внаслідок чого отримуються високоточні та об єктивні дані кількість каналів - 4, 8 або 12 механізм визначення кольорового маркера виключає необхідність у задньому фоні, тому вимірювання при зчитуванні їхніх координат проводяться у реальних умовах під час вимірювання місцеположення рухомих частин тіла висвітлюється на моніторі, тому рухи можна попередньо переглянути дані координат запам ятовуються

на гнучкому диску безпосередньо наприкінці вимірювання, тим самим підвищується ефективність вимірювання дані координат, переміщень, швидкостей, прискорень, кутів, кутових швидкостей графічно представляються на дисплеї у кольорі числові дані можуть бути одразу надруковані вимірювання та аналіз можуть проводитися після запису на відеострічку. 2. Система VІСОN-370 Великобританія складається зі станції-сервера бази даних, з

єднаних високошвидкісною мережею з однієї або більше робочих станцій. У системі встановлюється від 4 до 7 відеокамер. Станція даних синхронізує відеокамери та оцифровує у реальному часі зображення пасивних ретрорефлективних обернено відбиваючих маркерів, прикріплених на суглоби спортсмена. Число необхідних камер залежить від природи та складності руху, що вивчається. Звичайно використовується не менше 5 камер для трасування білатерального руху у трьох координатах.

Конструкція системи дозволяє розміщувати камери у будь-якій конфігурації, що найкращим чином фіксують об єкт. Камери обладнані інфрачервоними стробоскопічними джерелами світла, котрі не відволікають уваги досліджуваного та дозволяють використовувати систему у нормальних умовах флуоресцентного освітлення всередині приміщення. До VІСОN-370 за допомогою додаткового аналогового блоку можуть бути приєднані динамоплатформи, електроміографи та інші аналогові пристрої.

Велика кількість рухів людини успішно вимірюється камерами, котрі працюють зі швидкістю від 50 до 60 кадрів на секунду, що відповідає більшості європейських або американських відеостандартів. Однак для вимірювання висо-кошвидкісних рухів або ударних взаємодій VІСОN-370 пропонує до використання камери з діапазоном швидкостей до 240 кадрів на секунду. Рис. 2.16. Загальний вигляд досліджуваного зі спеціальними світловідбивачами-маркерами, закріпленими

на суглобах тіла. 3. Модульні аналізатори рухів РЕАК СО та СШАІЛ8У8 Кана- 7 да СШАТНімеччина дозволяють виконати безконтактні вимірювання у сагітальній, поперечній та похилій площинах на базі використання трьох професіональних відеокамер та відеокомп ютерного інтерфейса, що фіксують траєкторії переміщення біоланок за допомогою спеціальних світловідбивачів-маркерів, закріплених на суглобах тіла людини усього 24 канали рис.

5.16 . Системи РЕАКУ-Ш та риАІЛ8У8 працюють у комплексі з тензоплатформами, електромі- бурафами, електрокардіографами, електроенцефалографами, акселерометрами, лічильниками деформації, електрогоніометрами, датчиками тиску. Швидкість зйомки - до 1000 кадрів на секунду. 4. Автоматизована система обробки відеограм АСОВ Україна, НУФВСУ, кафедра кінезіології дозволяє не тільки відстежувати та оцифровувати переміщення біоланок тіла людини в одноплощинній дії, як у зарубіжних аналогах 1-3, але й виконувати на базі спеціальних

програмних продуктів широкий спектр математично-статистичних процедур. Для кількісного біомеханічного аналізу нині використовується відеокомп ютерний комплекс КINЕХ Р. Хальянд, 1989 , у котрому стандартний відеотелевізійний блок, що дозволяє відтворювати відеозображення з частотою 50 напівкадрів на секунду, сполучений із системою аналого-цифрового перетворення у комп ютері рис. 2.17 . Зчитування координат точок об єкта, котрий цікавить, здійснюється зі стоп-кадра відеофільму,

відтворюваного на відеомоніторі, за допомогою аналогове перетворювача типу миша . У якості моделі опорно-рухового апарату людини використовується розгалужений кінематичний ланцюг, ланки котрого за геометричними характеристиками відповідають великим сегментам тіла людини, а точки відліку координат - основним суглобам усього 18 точок . Програмне забезпечення комп ютера-відеоаналізатора дозволяє розраховувати кінематичні параметри руху будь-якої оцифрованої занесеної у пам ять точки як у соматичній,

так і в інерціальній системі координат . Якісна та кількісна інформація про техніку способу пересування, що вивчається Рис. 2.17. Блок-схема відеокомплексу КШЕХ Реєстрація положень тіла у русі рис. 5.18 здійснюється відеока-мерами типу ІУС ОР-500 зі стандартною швидкістю відеозйомки для системи УН8. Ураховуються усі метрологічні вимоги, що дозволяють звести до мінімуму систематичні та випадкові

похибки, котрі виникають внаслідок специфічних якостей оптики, правильного масштабування площини зйомки для наступного визначення реальних координат необхідних точок, відповідним орієнтуванням камери у просторі відносно площини руху. Для зменшення похибок вимірювань просторових характеристик під час руху людини при зйомці використовується високошвидкісний електронний режим, що дозволяє знімати з витримкою 0,001 с. Зменшення похибки обчислень часових та просторово-часових характеристик, пов язаних зі швидкістю

протягування плівки та випадковими помилками оператора при покадро-вому гортанні зображення на відеокомп ютерному комплексі, здійснюється за рахунок кодування відеосигналу під час відеозапису, котрий згодом при скануванні розпізнається та зчитується відеокомп ютером. Рис. 2.18. Умови відеозйомки Аналіз існуючих розробок у даній області дозволяє зробити висновок, що безконтактні оптико-електронні методи відеокомп ютер-ного аналізу мають найбільші перспективи по втіленню

у теорію та практику біомеханіки рухів людини для отримання об єктивної кількісної інформації про рухову діяльність по ефективному управлінню руховою структурою складнокоор-динаційних вправ у спортсменів вищих розрядів по визначенню нових педагогічних засобів в управлінні рухами. Контрольні питання . Назвати склад блок-схеми вимірювальної системи. 2. Навести класифікацію інструментальних методів вимірювання кількісних параметрів рухів.

3. Дати характеристику контактних механо-електричних методів вимірювання. 4. Дати характеристику безконтактних оптичних, оптико-електронних методів вимірювання. 5. Розповісти про теоретичні основи електротензодинамометрії, блок-схему універсального електротензодинамометричного комплексу. 6. Розповісти про універсальні та окремі методи електротензодинамометрії. 7. Назвати умови стійкості тіла людини, види та управління збереженням положення рівноваги.

8. Що таке стабілографія, стабілограма? З чого складається стабілогра-фічний вимірювальний комплекс? 9. Яке значення і як діє апаратурно-програмний комплекс для реєстрації та аналізу біомеханічних якостей скелетних м язів людини за методом мі-4 чшографії? 10. Що таке електроміографія? З чого складається вимірювальний комплекс? 11. Назвати типи ЕМГ-електродів. Розказати про монополярне та біполярне відведення.

12. Назвати основні напрями використання електроміографії. 13. Назвати види прискорень та особливості застосування акселерометрів. 14. Розповісти про п єзоелектричний акселерометр. 15. Розповісти про конструкцію та принципи дії трикомпонентного акселерометра. 16. Які є методи реєстрації суглобних переміщень? 17.

Яка будова та принцип роботи гоніометричного датчика? 18. Розповісти про схему підключення та тарування електрогоніомет-ричних пристроїв. 19. Як вимірюються кривини хребта за допомогою електрогоніомет-ричних пристроїв. 20. Навести класифікацію безконтактних методів контролю оптичних та оптико-електронних . 21. Який принцип роботи сучасних цифрових фотоапаратів?

22. Як отримати фотограму, кінограму, стробофотограму? 23. Які переваги швидкісної кінозйомки у вимірюваннях рухів людини? 24. Розповісти про принцип роботи фотоелектронних методів дослідження. 25. Яка різниця у методах - телебачення та відеозапис? 26. Що таке ОУ-формат у відеозапису? Його переваги.

27. Який принцип дії сучасних відеокомп ютерних систем у вимірюваннях рухів людини? 28. Як отримати відеограму? Питання з альтернативною відповіддю 1. Датчик - це реєструючий прилад. Правильно Неправильно 2. Блок-схема реєструючого комплексу складається з підсилювача та реєстратора. Правильно Неправильно 3. реостатні тензодатчики. Правильно

Неправильно 4. Електротензодинамометрія - метод реєстрації сили при взаємодії людини з опорою. Правильно Неправильно 5. Стабілограма характеризує стійкість тіла людини. Правильно Неправильно 6. Жорсткість та демпферність м язів вимірюються міотонометрами. Правильно Неправильно 1. В електроміографії використовуються п єзо датчики. Правильно Неправильно 8. Для вимірювання прискорень біоланок тіла людини найкраще використовувати

три площинні акселерометри. Правильно Неправильно 9. Гоніометрія - метод реєстрації електричної активності скелетних м язів. Правильно Неправильно Т . Кривину хребта можна виміряти механічним гоніометром. Правильно Неправильно 11. В усіх оптичних методах використовується фотографічний процес. Правильно Неправильно 12. Кінограму можна отримати за допомогою фотозйомки.

Правильно Неправильно 13. Кінозйомку можна використовувати у режимі оп-Нпе реального часу при вимірюваннях кількісних характеристик руху. Правильно Неправильно 14. Маркер - це спеціальний кристал, що відбиває світло. Правильно Неправильно 15. Відеограма - це модель тіла людини. Правильно Неправильно 16. До складу сучасної відеокомп ютрної системи входить спеціальна ві-деокамера,

персональний комп ютер з відеоінтерфейсом, пакет прикладних програм для обробки зображень та побудови відеограм. Правильно Неправильно 17. Тільки за допомогою відеометрії можна вивчати змагальну діяльність спортсмена. Правильно Неправильно 18. У відеометрії можна знімати зі швидкістю 20 000 кадрів на секунду. Правильно Неправильно 19. Найбільші переваги у вимірюваннях кількісних характеристик рухів тіла людини мають безконтактні методи. Правильно Неправильно 20.

Оцифровка зображень виконується за допомогою цифрових реєструючих приладів. Правильно Неправильно