Българска търсачка и начална страница

Основи на метрологията. Поява и историческо развитие. 

Ръководни органи и видове метрология. 

Международна система на единиците за измерване “СИ” или SI- System International

 

Метрология от гръцки език означава metron – меря, logos – наука, тоест наука за измерването, за измерване на физични величини. Основни задачи на метрологията са: създаване на мерни единици и еталони за тях, създаване на рационални системи измервателни единици, разработване на измерителни уреди, разработване на методи за измерване и оценка на точността, стандартизация на мерните единици и методите за измерване и други. 

 

Основни понятия.

Физична величина – свойство присъщо на процеси, явления или обекти в природата.  Мерна единица – количествена стойност на конкретна физична величина, условно приета за единица мярка.

Еталон – средство за вързпроизвеждане и съхранение на мерната единица за дадена величина. 

Система мерни единици – мерни единици и техните производни. 

Мярка – измерително средство за възпроизвеждане на дадена физична величина. За ново начало на науката се приемат ’90 години на 18в. когато във Франция се въвеждат мерните единици метър и килограм. В началото на 19в. се въвежда понятието „система“ на основата на метъра, килограма и секундата. След това в Париж се провежда международна конференция, на която се подписва „Конвенция на метъра“. В България в края на 19в. се приема „Закон за мерките и теглилките“ с който се приема метричната система. 1960г. се приема международна система на единиците за измерцане „СИ“ (SI от systeme international d’unites). Разработена е на базата на старата система метър-килограм-секунда. Физичните величини съществуват не само самостоятелно, а между тях съществуват зависимости. Поради това няколко величини се приемат за основни, а останалите производни на тях. В СИ има 7 основни величини: за дължина (l, h, s, d и др.) – метър (m); за маса (m) – килограм (kg); за време (t) – секунда (s); за големина на ел. ток (I) – ампер (A); за термодинамична температура (O) – Келвин (K); за количество вещество (N) – мол (mol); за интензивност на светлината (Iv) – Кандела (cd). Производните единици за формирани като произведения на основните (за площ, за обем, за скорост, за ускорение и др.). Представки преди мерните единици от СИ са: деци, санти, мили, микро, кило, мега, гига и други. Единици извън СИ: морска миля (1820м.); ар и хектар; бар; бари (във физиката); градус по Целзии и фаренхайт и др.

 

Теория на измерването. Точност, грешка и неопределеност. 

Технически средства и методи за измерване и изследване. 

Измервателна верига. Метрологично осигуряване на научните изследвания –нормативни основи. Стандартизация и стандарти в спорта.

 

Измерване – процес на сравнение между една физичка величина и еднородна на нея, приета за измервателна единица. Резултат от измерването е количествената стойност на физичната величина. За извършване на процеса измерване е нужна измервателна апаратура, която да осигурява точността. Величината (Х), числена стойност (А) и мерна единица (Х?) => Х = А. Х?. При описание на измерването се използват понятията: измервана величина (обект на измерването), влияеща величина (не е измерваната величина, но влияе върху резултата), резултат от измерването (стойността на величината), метод на измерване (описана логическата последователност от действия), процедура на измерване (съвкупност от подробно описани действия, използвани при извършването за измерването съгласно даден метод), изпитване (техническо действие – определяне на характеристиките на предмет, обект, услуга, процес), калибриране (установяване на връзка между стойности на величини, дадени от еталони и показанията на системата за измерване, извършени при определени условия, включвайки и неопределеността на измерване). Резултатите от измерването имат 3 основни свойства: ред (подреждане на резултатите), разстояние (различие между резултатите от измерването >=<), начало на отчитането (обикновено „0“). Скали на измервания: на наименованията (групиране на обектите по класове), редова (рангова), интервална (подредени по ранг и разделени с интервали) и на отношенията (има абсолютна „0“ – отсъствие на свойството). Изисквания за реализиране на измерването: мерни единици за физичната величина; обект; средства за измерване (технически средства с метрологични характеристики); специалист, запознат със средствата за измерване. 

Фактори, влияещи върху изменчивостта на резултатите: оператор, технически средства за измерване (ТСИ), калибриране на ТСИ, условия на средата, времето между измерванията, обект. Видове измервания: преки (дължина-метър), косвени (V=S/t), съвкупни (едновременно няколко величини) и съвместни (едновременни измервания на нееднородни променливи величини). Биват още: еднократни, многократни, единични, лонгитудинални (повтарящи се многократно в продължителен период от време). 

Точност – степента на доближаване на резултатите до реалната стойност на величината. Грешка при измерването – алгебрична разлика между реалната и измерената количествена стойност. Грешките могат да се: обективни и субективни; систематични и случайни; абсолютни и относителни. 

Неопределеност представлява разсейването на стойностите, които могат да се отдадат на измерваната величина. Технически средства за измерване – служат за определяне на големините на измерваните величини и имат нормирани метрологични свойства. Видове: механични, електрически, електронни и оптически. 

Метрологично осигуряване – съвкупността от дейности, които осигуряват точността, възпроизводимостта, повтаряемостта и достоверността на резултатите от изследванията. 

Метрологична експертиза – експерти с професионална квалификация и акредитация установяват изправността на документацията за дадено измерване. 

Нормативни основи – система от закони за осигуряване на единство на измерванията. В Република България това са: „Закон за измерванията“, „Наредба за средствата за измерване, които подлежат на метрологичен контрол“ и други. 

Стандарт е вид официален документ, който е специфично създаден, чрез консенсус, след което е одобрен от признат орган. При тази процедура, стандартът става определящ за общо, повтарящо се прилагане на определен тип/порядък от правила, насоки или характеристики за дейности, заедно с описаните (постигнатите) резултати за постигане на оптимален ред в една определена съвкупност от обстоятелства. 

Национален стандарт е приет от (официален) национален орган и е общодостъпен. 

Стандартизацията е  – дейността, чрез която може да се отчете работата за определяне на предписания за общото и повтарящо се прилагане, отнасящи се за действителни или евентуални проблеми, насочена към постигане на оптимален ред в дадена съвкупност от обстоятелства. Стандарти в спорта въведени в България от Техническия комитет за стандартизация в областта на спорта към Български институт за стандартизация: БДС за „Трибуни за зрители“, БДС за „Светлина и осветление. Осветление на спортни площадки.“, БДС за „Уреди за гимнастика. Батути. Изисквания за функционалност и безопасност. Методи за изпитване“, БДС стандартни съоръжения за тренировка и др

 

Технически средства и методи за измерване и изследване. Електрически средства и методи за измерване и изследване. 

Измервателна верига. Видове преобразуватели. 

 

Технически средства за измерване – служат за определяне на големините на измерваните величини и имат нормирани метрологични свойства. Основните работни измервателни средства са: мерки, измервателни уреди, измервателни инструменти, измервателни машини, измервателни уредби, измервателни принадлежности, измервателни преобразуватели. Видове технически средства: механични, електрически, електронни и оптически. Повечето средства принадлежат на повече от една група. Измерванията се делят на две групи: морфологични (ръст, тегло, обиколките, ширините и дължините на тялото и неговите части) и функционални (жизнена вместимост, мускулна сила и др.). При използване на електрически средства за измерване, резултатът от измерването е електически сигнал. Предимства на електрическите измервания: висока точност на резултатите; лесно запазване и систематизиране на резултатите; възможност за моделиране на електрическият сигнал; едновременно наблюдение от много лица и др. Измервателната верига представлява функционална система от детайли (апарати) подредени в строга последователност, които образуват техническо средство за измерване. 

Всеки тип измервателната верига съдържа: 

- Първичен преобразувател; 

- Усилвател 

- Регистратор. 

Измервателната верига от електричен тип има допълнително още едно звено -  Захранващ блок. 

Други допълнителни звена могат да бъдат: 

- Предавател; 

- Приемник; 

- Аналогово-цифров преобразувател; 

- Компютърно устройство; 

- Програмен продукт 

- Печатащо звено. 

Преобрзувателят преобразува величината Х във величина Y. В зависимост от принципа на преобразуване има: механични (лостове, пружини и др.), пневматични, хидравлични, оптически и електически (тензометрични, индуктивни, пиезоелектрически и др.). Преобразувателите се делят на два основни класа: активни (не изискват захранване) и пасивни (изискват захранване). 

Температурни преобразуватели – основават се на топлинните процеси. Състоят се от два споени разнородни проводника (термоелектроди) от хром, Fe, Cu, сплави на Ni и др. Тензометрични преобразуватели - пасивни, основават се на тензометричният метод за измерване (измерване на деформации). Биват три вида: жични (съпротивление 60-300 ома; изолационна хартия или пластмасова подложка, върху която е залепена плоска решетка + втора хартиена подложка; най-голямо приложение), фолийни (съпротивление 120 ома) и полупроводникови (тънък нишковиден кристал от германий и силиции; най-голяма чувствителност). 

В спорта се използват специално конструирани тензоплатформи за измерване на натиск в оста Y, осите Х и Y или осите X, Y и Z. Използват се за измерване на механична и мускулна сила, реакция на опората, деформация на спортният уред, ускорение и други. Пиезоелектрически преобразуватели – при приложена сила върху някой твърди кристали се появяват равни по големина и противоположна полярност заряди в противоположните страни на кристала. Зарядите са пропорционални на приложената сила. Използват се за измерване на сила, вибрации, ускорение и други. Преобразуватели конструирани на принципа на Доплеровия ефект – основават се на принципа на отразените вълни. Използват се за измерване на скорост. Използват се главно в астрономията, военното дело, транспорта и др. В спорта се използват в л. атлетика, колоезденето, гребането и др. Звукови преобразуватели – микрофони от различен тип, които се използват за отваряне и затваряне на ел. верига, в следствие на звуков сигнал. Биват няколко вида спрямо физическия принцип на преобразуване: въгленови, кондензаторни, кристално-пиезоелектрически и електродинамични. В спорта се използват, заедно с усилвател и времеизмерващо устройство, за да има възможност да се измери времето на летеж на топка, копие и други спортни уреди.

 

Спрямо принципа на преобразуване на неелектрична величина в електричен сигнал биват: електроконтактни (принцип – отваряне и затваряне на ел. верига; устойство – два проводника; приложение – за измерване на време; в спорта – л. атлетика, плуване, ски, сноуборд и др.), фотоелектрични (принцип – фотодиоди, фототранзистор; устройство – светлочувствителен слой от редки метали; приложение – за измерване на време), капацитивни (принцип и устойство – кондензатори с променлив капацитет, който зависи от входната величина; приложение – за измерване на кръгови и линейни движения и силата която ги поражда), потенциометрични (принцип – големина на съпротивление => електродвижеща сила; устройство – съпротивителен елемент, по който се премества плъзгач; приложение в спорта – за измерване на динамична подвижност на ставите в човешкото тяло), индуктивни (принцип – електромагнитни явления в електрическа верига; приложение – за измерване на премествания, сила, вибрации и др.; в спорта – за измерване на колебанията на трамплин, лост на висилка и др.).

 

Усилватели, записвачи, анализатори. Автоматизирани и компютъризирани системи. Телеметрични измервания и изследвания. Принцип на действие, приложения във Вашата специалност.

 

 Усилвател – служи за усилване на ел. сигнала предаден от преобразувателя, за захранване на пасивен преобразувател, за нулиране на измервателния мост и за вътрешно калибриране (при нужда). В практиката се използват два вида усилватели – за пасивни и за активни преобразуватели. Регистратор – служи за регистриране на получената информация при измерване с преобразувател. Според принципа на действие биват: пишещи осцилографи (най-широко приложение), електроннолъчеви осцилографи, магнитографи, цифропечатащи апарати и компютърни системи (дават възможност за автоматичен анализ на получените резултати). Автоматизирани и компютъризирани системи за измерване все повече се използват в областта на спорта, поради множеството им предимства. Компютъризирането на измерването позволява измерване на повече величини с по-голяма точност (по-малка вероятност от човешка грешка), по-бързо записване и анализиране на получените резултати. Персоналният компютър се определя като част от измервателната верига, като обработващ блок, анализираща апаратура и система за натрупване на данни. Последователността на движението на сигнала от измерването в измервателната верига може да бъде: непрекъснат директен сигнал, прекъснат чрез магнитен носител или непрекъснат телеметричен сигнал. Телеметрични измервания и изследвания – най-точен метод при измерване на двигателна дейност в областта на спорта, когато е необходима свобода на движенията. Най-съвременните технологии, използвани за тези измервания, се базират на GPS (Global Positioning System).

 

 

Оптически средства и методи за измерване и изследване. Средства и методи на класическата фотография. Средства и методи на цифровата фотография. Кинематография. Устройство и приложения във Вашата специалност.

 

Оптически средства и методи за измерване и изследване – чрез оптическа система се заснема и запазва изображение на даден обект, след което се правят необходимите за целта на изследването измервания и анализи. Оптическите средства и методи се делят на: средства и методи на класическата фотография; средства и методи на цифровата фотография; кинематографични средства и методи; класически видеометрични средства и методи; дигитални видеометрични средства и методи; системи със светлинно-излъчващи диоди; лазери и GSM. 

Средства и методи на класическата фотография – при тях с помощта на фотоапарат, без допълнителни принадлежности, се правят един или няколко последователни кадъра, които се използват за различни измервания и изследвания. Основното средство е фотоапарата – сложен оптически уред. Основните му части са: корпус (затворена тъмна камера със здрава конструкция), обектив (оптически отвор, съставен от лещи, тубус и диафрагма), визьор (служи за определяне на кадъра), фотозатвор (определя времето за експониране на кадъра), далекомерно устройство (служи за определяне на предметното разстояние, за фокусиране). Освен основните части има и допълнителни: спусък, жило, самоснимачка, статив, сенник и други. За заснемане на една снимка се използва фотоапарат за единична снимка, а за заснемане на няколко последователни снимки има няколко варианта: няколко апарата свързани помежду си, фотоапарат с механизъм за зареждане и правене на серия от снимки или фотоапарат с 4,6,8 и повече симетрично разположени обектива. Единични снимки служат за определяне на ОЦТ, за определяне на посоката и действието на опроните реакции при силови и статични упражнения, за антропометрични измервания. При такива снимки, изследваното лице трябва да е с подходящо облекло, а фотоапарата трябва да е поставен на статив. 

Фотоциклограф – фотоапарат, пред чиито обектив е поставен въртящ се диск с един или повече отвора (прозореца). С механичен фотоциклограф се получават три вида циклограми: на равни интервали върху фотоплака се получават последователни фази от движението; „хора от пръчки“ и редица от прекъснати светлинни следи върху плака. 

 

Фотофиниш – пример за приложение на фотоапарата в областта на спорта. Средства и методи на цифровата фотография – заснемането на кадрите се извършва чрез цифров фотоапарат. 

Устройство на цифровия апарат: корпус (в него се намират всички останали звена), обектив (вариообектив с автофокус, и автоамтично нагласяне на блендата), визьор (при повечето апарати е електронен екран), експонатор (фотозатвор), електронен чип (сензор за изображение, фоточувствителна матрица), АЦП (аналогово-цифров преобразувател), електронна карта памет, система за връзка с компютър. Едно от предимствата на дигиталната фотография е, че картата памет е за многократна употреба. Разделителна способност – броя на пикселите на едно заснето изображение. При подбиране на дигитален апарат се следи за: разпознаване на лице, ISO (светлочувствителност), стабилизатор, Zoom (увеличение) и резолюция. Кинематография – появата на метода се свързва с появата на кинокамерата и кинопрожекционната машина. В началото се използва за учебно-тренировъчни цели, за добиване на визуална представа за техниката на изпълнение на движения от различни спортове. Варианти на прилагане на метода: кинографичен (анализ на кинограми), контурографичен (графично копиране на формата на движение) и циклографичен (информация за преместването на звена от тялото, детайлно анализиране). Устройство на кинокамера – корпус, обектив, грайферен механизъм, обтуратор, устройство за каданс.

 

 

Оптически средства и методи за измерване и изследване. Класическо видеозаснемане и други видове видеозаснемане. 

Устройство и приложения във Вашата специалност.

 

Освен класическото видеозаснемане, други варианти за заснемане са с дигитални видеометрични средства, компютъризирани видеозаснемания, лазери, GSM апарати и прочие. 

Оптически средства и методи за измерване и изследване.

Чрез оптическа система се заснема и запазва изображение на даден обект, след което се правят необходимите за целта на изследването измервания и анализи. Оптическите средства и методи се делят на: средства и методи на класическата фотография; средства и методи на цифровата фотография; кинематографични средства и методи; класически видеометрични средства и методи; дигитални видеометрични средства и методи; системи със светлинно-излъчващи диоди; лазери и GSM. Класическо видеозаснемане – необходимата апаратура включва три звена (телевизионна камера, видеомагнетофон и монитор). Основна разлика между кино камерата и телевизионната камера е, че обективът на кино камерата регистрира върху филмова лента открито изображение, а обективът на телевизионната се регистрира оптическо изображение преобразувано в електрически сигнал. Записът от телевизионната камера се записва посредством видеомагнетофона върху магнитна лента. Преобразуването на електрическия сигнал в оптически изображение става с помощта на монитор. Видеотехническите средства могат да се използват в процеса на обучение, за спортно-технически усъвършенстване, за спортно разузнаване, в съдийската практика и за научно изследователска дейност. Дигитални видеометрични средства и методи – широко разпространени и усъвършенствани чрез комбинирането им с компютърни технологии. Компютъризирани видеозаснемания - множество програмни продукти използвани за преглед, запис и анализ на видеозаснети материали днес в спорта дават възможност за подробен анализ на движенията; изучаване на движенията с цел подобряване на техниката на изпълнение и намаляване на риска от травми; разглеждане на огледален образ на записа с цел сравнение на спортисти, които си служат с лява или дясна ръка и др. Системи със светлинно-излъчващи диоди (SELSPOT) – системата SELSPOTСЕ се състои от шест устройства – 1. Светлоизлъчващи диоди ЛЕД прикрепени към движещия се обект, вкл. към специален фотодетектор; 2. Приемателна камера; 3. Основния SELSPOT-инструмент, който съдържа необходимата електроника за приемане на сигнал от камерата; 4. Интерфейс, които модулира сигналите и ги предава към следващото звено; 5. Компютър, който съхранява и обработва заснетата информация; 6. Устройство, което регистрира в аналогичен вид върху хартия или екран изследваните параметри на обекта. Лазери – в областта на спорта започват да се прилагат първо за измерване в състезания. В спортната тренировка лазерът се използва като тренажорно устройство, средство за контрол на специалната подготовка. С усъвършенстването и разширяването на възможностите на мобилните телефони, чрез комбинирането им с фотоапарат и видеокамера, те започват да се използват не само за любителски цели.

 

 

Научен контрол в спорта – същност, видове, апаратурни методи. Средства и методи за контрол на двигателното качество “сила” във Вашата специалност.

 

Научен контрол в спорта е специфичен процес, насочен към измерване и определяне на моментното състояние на даден обект или система и сравняване след това на получения резултат с характеристиките на планирания, в началото на управлението. Алгоритъм за реализиране на контрола: създаване и прилагане на специализирани и стандартизирани методики на изследване; измерване и систематизиране на данни; прилагане на математически методи за обработка на данните (вариативност, характер на разпределение на данните, системи за оценка, нормограми). Технологични и функционални задачи: измерване и определяне на най-информативните показатели; изработване на нормативна база; сравняване със задачите на плана; изводи от сравнението; подобряване на плана; актуализиране на показателите и нормативната база. Видове контрол: контрол върху състезателната дейност; контрол над съдържанието на учебно-тренировъчния процес (обем, интензивност, средства, методи и др.); контрол върху ефекта от тренировъчните натоварвания; контрол над процесите на възстановяването. Контрола в зависимост от мястото на провеждане се дели на: лабораторен, теренен и лабораторно-теренен. Според времето на провеждане бива: оперативен, текущ и базисен. Обект на контрол в спорта са: спортни постижения (време, дължина, степен на точност и др.); двигателни качества на човека (сила, издръжливост, бързина, гъвкавост, ловкост); спортна техника; състезателни и тренировъчни натоварвания (промени във физичните, биологичните и химичните параметри); възстановяване (пулс, лактат, изменения във физичните параметри и др.). Контрол на двигателното качество сила..