Класифікація інстру­ментальних методів

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.

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.

Рис. 2.1. Блок-схема вимірювальної системи. 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. 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 напруги 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 cиловимірювальний 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.

Рис. 2.2. Класифікація інструментальних методів контролю.