游泳接力出发反馈仪的研制与应用

张俊峰，仲 宇，吴钟权

1 问题提出

游泳接力比赛，两名运动员交接棒所用的时间直接反映了运动员之间接力技术与时效配合的结果。而在平时运动员进行接力技术训练时，只能通过教练员和运动员的主观感觉来判断交接棒的快慢，缺乏客观判断依据，容易造成运动员交接棒技术运用的不稳定，难免出现交接棒的时间延误或抢跳犯规现象。

研制比较先进和实用可靠的技术设备既能客观的检测运动员接力衔接配合效果，同时，又能测试两名运动员交接棒所需要的最短时间。根据测得的时间信息结果，能够即刻反映两名运动员接跳技术运用的效果，将对游泳运动员之间交接棒技术的判断方法提供科技条件，协助教练员安排具有针对性的接力训练手段和方法起到重要作用。

2 游泳接力反馈仪的研制

本反馈仪研制经过以下几个步骤：工作原理→结构组成→现场调试→测试反馈与修改。

2.1 游泳接力反馈仪的原理

游泳接力反馈仪由出发起跳板、触板和电子计时装置三大部分组成。

2.2 游泳接力出发反馈仪的结构

2.2.1 出发起跳装置

出发起跳装置是由出发台和 L形起跳踏板两部分组成。由于出发台的斜面 （80×60 cm)与水平面成 10°夹角，L形跳板设计成厚度 0.5 cm，长 60（板面)+3（板沿) cm，宽 50 cm，板沿与板面夹角 100°刚好固定在出发台斜面上，L形起跳踏板上装有皮带，用于固定起跳踏板，使运动员做出发动作时更加稳定。

L形起跳踏板由基板、面板和压力开关 3部分组成，图2是 L形起跳踏板的内部结构图。

图 1 游泳接力出发反馈仪原理示意图

图 2 游泳出发起跳装置结构图

2.2.1.1 基板

基板采用不锈钢材料，厚度为 1.0 mm。使用不锈钢的目的是它有许多优点，如强度好、不变形、不生锈、耐酸碱、性价比高，缺点是比重大，而其他材料如铝板虽然比重小、性价比高，但强度差、易变形并且耐酸碱性也差。因此，选用不锈钢材料价格适中，效果也好。

2.2.1.2 面板

面板采用环氧树脂板材料，厚度为 1.0 mm。环氧树脂板的机械强度高、耐高温、耐油性和耐腐蚀性，并可在潮湿环境中使用。游泳池水中有腐蚀性的物质，选用此面板是比较适宜的。环氧树脂板经过打磨后粘贴防滑纱布。

2.2.1.3 压力开关

基板和面板中间内置的压力开关采用的是氧化银薄膜开关，共有 5条，每条宽度 2 cm、长 40 cm。由 8个压力开关单元组成，开关单元的形状为圆形，直径 12mm，均匀分布在每个条内。开关按键操作力在 170～300 g之间，回弹时间 ＜5m s，触电抖动时间 ＜3 m s。图 3为压力开关条的结构简图。

图 3 游泳接力出发起跳压力开关条示意图

2.2.2 游泳触板

游泳规则规定，游泳触板的尺寸是 240 cm×90 cm。厚度是 1 cm，触板上的标志线应与池壁的标志线一致并重叠，标志线为黑色的十字线，十字线的宽度为 25 cm。触板的周围和边缘应标有 2.5 cm的黑边。触板应露出水面30 cm，浸入水中 60 cm。本次研制的游泳触板是按照教练员的要求和运动员平时训练的需要而设计，其尺寸为 120 cm×90 cm，其他与游泳规则规定要求完全相同。

触板的灵敏度：日本的是 2 kg、美国 1.5 kg、国产 3 kg压力。本次研制的游泳触板不会因为水浪冲击的影响而产生水压动作，只有运动员在其上施加 2.5～3 kg的压力时才能使触板发生动作，触板上任何一点的反应力相等，触板对局部撞击敏感，但对触板表面整体压力的变化不会做出反应，当有外力作用时，压力开关发出动作信号并反馈给电子计时装置。游泳触板由 3部分组成：基板、面板和压力开关（图 4)。

图 4 游泳触板示意图

2.2.2.1 基板

基板采用了不锈钢板材料，厚度为 1.5 mm。由于运动员对触板的作用力比较大，因此，较厚的不锈钢板强度大、弹性好、不变形，使用效果较好。

2.2.2.2 面板

采用环氧树脂板，厚度 1.5mm，原因同上。

2.2.2.3 压力开关

基板和面板中间放置一种微动轻触行程开关，共有 4条长度 115 cm、宽度 2.5 cm的压力开关条，每条由 22个均匀分布开关单元组成，操作力在 160～250 g之间，行程0.9mm。

2.2.3 电子计时装置

电子计时装置通过控制电路分别与游泳触板和出发起跳装置相连，电子计时装置由两套不同精度的计时器组成，计时器设计精度分别是：1/1 000 s和 1/10 000 s。游泳规则要求计时精度是 1/100 s，因此，本装置完全符合国际游联要求。显示器直接显示测量结果，计时精确而清晰。

电子计时装置由 6个单元组成 （图 1)：1)时基信号单元，包括晶体振荡器、整形和分频器组成；2)测试单元，包括起跳装置、游泳触板和相对应的整形电路；3)控制单元，包括判别电路和主控门，通过控制单元得到一定数量的时间脉冲，表示接力被测时间，输入相应的计数器、译码器和显示器，通过脉冲数显示出来；4)锁存电路，当运动员第 1次触动触板后计时器开始计时或停止触板被锁定，即使运动员再次触动触板也不能改变计时器已有的锁定状态，只有按复位键解锁后触动触板才能改变计时器的状态；5)延时复位单元，分为自动和手动两种，每次测量完成后产生一个延时脉冲信号使计时器清零，也可以手动清零；6)电源单元，提供各单元不同的电压和电流。

2.3 反馈仪的技术指标检验

研制的“游泳接力出发反馈仪”具有显示精度为 10m s和 1m s两种即刻显示功能，前者用于测试运动员正常接力触壁、起跳时间，后者用于测试抢跳时间，并通过高速摄像系统检验了该仪器显示的精确度和灵敏度，其结果精准。

使用压力计在触板的上、下、左、右随意选择 8个点，检验各个点的受力情况，检测结果触动任何一点的反应力基本在 2.5～3 kg之间，完全符合国际泳联相关的技术指标。

3 游泳接力出发反馈仪工作原理

反馈仪在测试现场安装并经过检测各部分一切正常后就可以对运动员进行测试 （图 5)。

图 5 游泳接力反馈仪测试工作原理及注解示意图

反馈仪的测试工作原理分为 3种情况：正常交接棒：当交棒运动员触动游泳触板 A时，计时器 D开始计时，接棒运动员离开出发台时，D停止计时并显示接棒运动员的正常交接时间。时间的长短反映了接棒运动员接棒技术运用的好坏。抢跳：当交棒运动员还未触动游泳触板 A时，而接棒运动员已经起跳离开了出发台，这时计时秒表E开始计时，当交棒运动员触动游泳触板 A时，E停止计时并显示接棒运动员抢跳的时间，如果抢跳时间 ＜30 m s，按国际游联规定为正常抢跳；如果抢跳的时间≥30m s视为犯规。因此，运动员会根据抢跳犯规时间的多少来校正自己接棒前的判断，通过接力专项的时间与空间认知训练，改进交接棒技术，从而避免犯规和发挥稳定的接力效果。

4 游泳接力出发反馈仪的应用效果

为陕西省游泳队备战第 11届全国运动会女子 4×100 m、4×200m自由泳接力的 5名运动员开展科技服务工作，也作为本次研究的实验对象。运动员基本情况：3名运动健将，2名国际健将；年龄 18.20±3.05岁、身高 1.70 ±3.40m、体重 59.60±3.69 kg、训练年限 9.7±3.3年。

由于备战全运会，运动员每天都有一定的水准训练量和到异地训练的安排，教练员根据科研人员建议，在赛前6周内专门安排了接力训练内容，每周对运动员交接棒的训练测试 3课次，每次测试时对 3个接力项目的每个运动员测试 3～5次。

在为期 6周的训练中，开展了提高运动员认知水平的不同判断方式的训练，主要采用台上运动员判断水下运动员手臂和头部位置两种方式，通过对运动员不同方式的认知比较训练，加强了运动员之间起跳时机的准确把握，使接力出发技术稳定性更高，确保运动员在不抢跳的前提下尽量缩短交接棒时间，其结果从初始接力平均时间0.475 s缩短到 0.135 s。

4.1 十一运会女子 4×100 m自由泳接力比赛的技术指标分析

通过对十一运会游泳比赛公报查阅对比，陕西队运动员 4×100m预赛的接跳时间与其他队的对比分析见表 1。

表 1 十一运会女子 4×100m自由泳接力预赛接力衔接时间统计一览表 （n=12，s)

从表 1中可以看出，在女子 4×100 m自由泳接力预赛中，陕西队的 3次交接棒时间总计用时是 0.29 s，平均每棒交接时间不到 0.1 s，接力排位为第 1名，比第 3名的解放军队快了 1.4 s，比第 1名的上海队快了 0.6 s，比第 2名的浙江队快了 0.33 s，特别值得注意的是，陕西队运动员在第 3棒和第 4棒交接跳出了 0.00 s和 0.05 s的好成绩。说明在赛前训练的过程中，通过利用反馈仪的时间测试指标，来反馈提示运动员接力交接棒时间早晚的认知训练，取得了非常显著的效果。

从表 2中可以看出，女子 4×100 m自由泳接力决赛中，浙江队在本次接力衔接时间用时最少，3次交接棒的时间为 0.61 s，平均每棒交接的时间 0.203 s，和预赛成绩相比，发挥的比较稳定，无波动性，而且每棒用的时间比较平均。说明浙江队在平时的训练中，加强了对接力交接棒的练习，且与运动员的大赛经验及心理素质也有着相关性。

表 2 十一运会女子 4×100m自由泳接力决赛接力衔接时间统计一览表 （n=8，s)

而陕西队虽然在总成绩上排名第 5名，但是在接力交接棒用时上仅落后于浙江队 0.02 s，平均每棒衔接的时间为 0.21 s，和总成绩排名第 1的上海队用时相同，和预赛成绩相比虽然在接力衔接时间上比预赛慢了 0.34 s，但是接力排位上没有受到影响，这也说明陕西队运动员经过训练后，女子 4×100 m自由泳接力交接棒配合技术已位于全国的前列水平。

4.2 十一运会女子 4×200 m自由泳接力比赛的技术指标分析

女子 4×200m自由泳接力比赛也是陕西省的潜优势项目，在训练中也着重开展了针对性训练。通过赛前训练，运动员之间的配合更加默契，在十一运会比赛中表现非常明显（表 3)。

表 3 十一运会女子 4×200m自由泳接力决赛接力衔接时间统计一览表 （n=8)（s)

虽然在女子 4×200 m自由泳接力预赛中，陕西队 3次交接棒总计用时 1.06 s，接力用时排在第 8位，但是与进入决赛的 8支队伍相比，交接棒用时依然较少。从表 3的4×200m自由泳接力决赛接力衔接时间上看，陕西队交接棒衔接时间是前 8名中用时最少的队，3次交接棒总计用时 0.54 s，比总成绩排名第 1的山东队少用了 0.38 s，比第 2名的浙江队少用了 0.47 s，平均每棒衔接时间为0.18 s。

通过对以上比赛成绩对比，说明本研究研制的游泳接力反馈仪取得了预期的效果。女子 4×100m和 4×200m自由泳接力陕西队的三棒交接的总时间是参加十一运会决赛运动队中用时较少的队伍，4×100 m自由泳接力用时排名第 2，4×200m自由泳接力用时排名第 1。

5 结论

通过实验和第 11届全国运动会女子自由泳接力比赛的验证，游泳接力出发反馈仪的研发达到了预期的技术要求，不但解决了运动员间配合不默契、反馈不及时准确的问题，同时，为运动员改进接力起跳的训练时机提供了客观评价条件。游泳接力出发反馈仪安装方便、操作简单、结构合理、反馈及时、经济适用，能为运动员提供具有针对性的接力训练手段和方法，为游泳接力训练更具有科学性提供了技术支撑条件。

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