Телеметрические системы

Телеметрические системы (греч. теле — далеко) служат для передачи информации от датчиков на регистрирующее устройство. Известно много разновидностей телеметрических систем;

они отличаются друг от друга прежде всего физической природой переносчика информации. В проводной телеметрии эту роль выполняет поток электронов, в радиотелеметрии — радиоволны, в гидротелеметрии — ультразвуковые колеба­ния, распространяющиеся в воде.

Электрокардиограмму, гониограмму, динамограмму, электромиограмму и другие показатели жизнедеятельности организма спортсмена легче всего записать по проводам. Достоинство проводной телеметрии состоит в ее простоте и высокой помехоустойчивости. Основной недостаток — ограниченная подвижность спортсмена, трудность ис­пользования проводных телеметрических систем в борьбе, боксе, спортивных играх и других 'видах спорта, где спортсмен много и активно перемещается.

Радиотелеметрия является отраслью радиотехники, разрабатывающей методы автоматической передачи по радио инфор­мации о результатах измерений. Применение радиотелеметрии в спорте позволяет исследовать спортсменов в естественных условиях трениро­вок и соревнований, при свободном перемещении по стадиону или спортивной площадке.

Совокупность технических средств для передачи результатов измерения по радио называется радиотелеметрической системой. Она состоит из передающего и приемного устройств (рис. 54). Передающее устройство включает в себя: датчики информации с усилителями или преобразователями измеряе­мых величин в электрический сигнал, блок уплотнения радиоканала, радиопередатчик и передающую антенну. В состав приемного устройства входит приемная антенна, радиоприемник и блок разделения канала.

Усилители телеметрической системы нужны для того, чтобы увеличить в несколько сот (иногда в несколько тысяч) раз электрические сигналы, образующиеся в датчиках информации. Кроме того, усилители служат оптимальными фильтрами и тем самым повышают помехоустойчивость те­леметрической системы. Благодаря оптимальной фильтрации из смеси полезного сигнала и различных «помех» выделяется только полез­ный сигнал (например, зубец R электрокардиограммы) и предель­но подавляются «помехи» (фон пе­ременного тока и др.). Качество усилителя тем выше, чем меньше его вес и габариты. Есть сообще­ния о сверхминиатюрных усилителях, умещающихся, например, на электрокардиографическом или электромиографическом электроде.

Рис. 54

Структурная схема многоканальной ра­диотелеметрической системы:

А — передающее устройство 1 — датчики, 2 — усилители, 3 — блок уплотнения радиоканала,

4 — радиопередатчик, 5 — передающая антенна, Б — приемное устройство 6 — приемная антенна,

7 — радиоприемник, 8 — блок разделения каналов, 8 — вычислительное устройство

В многоканальной радиотелеметрии в целях экономии применяют «уплотнение» радиоканала, когда по одной радиолинии передается несколько измеренных величин. Способ уплотнения определяется способом преобразования инфранизкочастотнь (от лат. infra— ниже, под) и низкочастотных физиологических биомеханических сигналов в высокочастотные радиосигналы. Современные радиотелеметрические системы строятся по принципу двойного преобразования, когда инфранизкочастотные сигналы преобразуются колебания звуковой частоты, а те, в свою очередь, — в сигналы радио частоты.

Качество применяемых в спорте радиотелеметрических систем оценивается их техническими характеристиками. С точки зрения тренера, важнейшими из них являются: число и перечень регистрируемых сигналов, дальность действия, вес размещаемого на спортсмене передающего устройства, время непрерывной работы без замены источников питания, точность передачи информации и возможность беспоисковой и бесподстроечной связи спортсмена с тренером и регистрирующей аппаратурой.

Радиотелеметрические системы бывают одноканальным и многоканальными. Число каналов равно числу одновременно контролируемых показателей. Серийно выпускаемая радиотелеметрическая система «Спорт» позволяет записывать электрокардиограмму, электромиограмму, температуру тела и автоматически вычислять ЧСС и частоту дыхания. Эта система может по желаю тренера регистрировать либо 4 показателя у одного спортсмена, ли по 2 показателя одновременно у двух спортсменов, либо по одному у четырех.

Под дальностью действия радиотелеметрической системы понимают наибольшее расстояние между приемником и передатчиком при условии сохранения требуемой точности информации. Дальность действия обычно тем выше, чем больше вес и габарита источника питания в передающем устройстве. Радиопередатчики предназначенные для спортивных залов (дальность действия до 30 м) весят 50—100 г; устройства, применяемые на стадионе (дальности действия до 150 м), — 100—500 г. Эти цифры верны для радиотелеметрических систем средней точности, в которых относительна приведенная погрешность передачи информации близка к 5%.

Точность радиотелеметрической систем! можно оценить как прямо (по величине погрешности измерения), так косвенно (по ширине полосы пропускания каждого канала и по величине динамического диапазона).

Полоса пропускания системы определяется по амплитудно-частотной характеристике. Всякий электрический сигнал частотный состав которого укладывается в полосу пропускания канала связи, будет передан по этому каналу без искажений. Например электрокардиограмма содержит в своем составе частоты от 0,2 Д 100 Гц и, следовательно, может быть с удовлетворительной точность! записана телеметрической системой с полосой пропускания 0,2—100 Гц.

Динамический диапазон системы показывает, во сколько раз уровень измеряемого сигнала на выходе канала связи превышает уровень помехи. Обычно динамический диапазон измеряют в децибеллах (дб): 1 дб = 20 log , где log — знак десятичного логарифма, Ас — предельно возможная амплитуда полезного сигнала, Ап — амплитуда помехи. Если, к примеру, полезный сигнал в 100 раз больше помехи ( = 100), то log = log100 = 2 и динамический диапазон системы равен 40 дб.

Организация радиотелеметрического ис­следования имеет свои особенности. Необходимое условие успеха радиотелеметрического исследования состоит в абсолютной, безусловной надежности радиотелеметрической системы. Она должна отлаживаться и тщательно проверяться до начала исследования. Исправление неполадок в процессе исследования, когда передающее устройство уже размещено на спортсмене, совершенно недопустимо: это редко приводит к ожидаемому результату и только дискредитирует радиотелеметрическую технику в глазах спортсмена. Если же радиоте­леметрическая система работает надежно, процесс измерения изучае­мых показателей по радио ничем существенным не отличается от измерения по проводам.

Работа радиостанций строго регламентирована. Контроль за распределением радиочастот и их использованием осуществляют Министерства связи СССР и союзных республик. Именно там и следует получать разрешение на проведение радиотелеметрических исследова­ний.

И, наконец, последнее об организации радиотелеметрических исследований. Бытует еще мнение, будто спортсмен, выступающий в ответственных соревнованиях с радиотелеметрической системой, не может показать своего лучшего результата, а исследование функцио­нального состояния и установление рекорда — несовместимые вещи. Эта точка зрения неверна. Современная радиотелеметрическая аппара­тура не создает дискомфорта; чаще всего спортсмен просто забывает о ней. На первенстве страны 1969 г. по скоростному бегу на коньках на высокогорном катке Медео 6-кратная олимпийская чемпионка Лидия Скобликова победила на дистанции 3000 м, неся на себе радиотеле­метрическую систему. Частота пульса у чемпионки на финише достигла 230 уд/мин.

В последние годы стала возможной регистрация показателей жизнедеятельности у человека, свободно плавающего под водой. Наиболее эффективным переносчиком информации в воде является звук. Звуковые волны различной частоты (от инфразвуковых до ультразвуковых) могут распространяться в воде на десятки, а при благоприятных ус­ловиях — на сотни километров.

Раздел телеметрии, занимающийся исследованием спортсменов в условиях подводного плавания, называется спортивной гидротелеметрией. Состав и структура гидротелеметрической системы ничем существенным не отличаются от состава и структуры радиотелеметрической системы. Различие состоит лишь в том, что для передачи сигналов в воде вместо радиопередатчика и радиоприемника используются гидроизлучатель и приемник механических колебаний ультразвукового диапазона частот.