Istituto di Formazione Professionale in Ambito Scientifico
Fotocellule
Le fotocellule sono degli strumenti semplici da un punto di vista costruttivo, ma allo stesso tempo molto utili e precisi. L’applicazione principale delle fotocellule è quella di calcolare il tempo, fungono quindi da cronometri. Il funzionamento è semplice: la fotocellula è composta da una sorgente di fascio infrarosso e da una superficie riflettente che rimanda […]
Le fotocellule sono degli strumenti semplici da un punto di vista costruttivo, ma allo stesso tempo molto utili e precisi. L’applicazione principale delle fotocellule è quella di calcolare il tempo, fungono quindi da cronometri. Il funzionamento è semplice: la fotocellula è composta da una sorgente di fascio infrarosso e da una superficie riflettente che rimanda il fascio alla sorgente (Figura 17).
Figura 17 – Rappresentazione schematica di un sistema a fotocellule. A: la fotocellula (1) emette un fascio di infrarossi (2) che incontrando una superficie riflettente (3) torna indietro alla fotocellula. In questo caso il cronometro è disattivato. B: il soggetto (4) attraversa il fascio di infrarosso che non torna indietro verso la fotocellula. In questo caso il cronometro è attivato o spento, rispettivamente se si tratta della fotocellula di “entrata” o “uscita”.
Software di Gestione dello Strumento
Attraverso un software di gestione dello strumento è possibile impostare il numero di fotocellule e quella di “entrata” ed “uscita” del percorso, così da avere il tempo di percorrenza del tratto in analisi.
Il tempo viene semplicemente calcolato dal primo istante in cui il fascio infrarosso della fotocellula di “entrata” risulta essere interrotto (passaggio del soggetto), fino all’ultimo istante in cui anche il fascio infrarosso della fotocellula di “uscita” viene interrotto. In caso di un tratto lineare di sprint si dovranno avere allora almeno due fotocellule, mentre in caso di percorsi circolari, in cui il punto di partenza equivale al punto di arrivo (pista o corse a navetta), si potrà utilizzare anche una sola fotocellula.
Se, oltre al tempo di percorrenza del tratto analizzato, si conosce anche la distanza, si è allora facilmente in grado di determinarne la velocità media di percorrenza.
Lo stesso principio di funzionamento delle fotocellule è stato utilizzato anche per costruire sistemi di misurazione che valutano specificatamente gli appoggi al suolo. Questi sistemi optoelettronici possono essere utilizzati in moduli singoli (Figura 18), oppure possono essere organizzati in più moduli successivi l’uno all’altro (Figura 19), offrendo così la possibilità di analizzare tratti più lunghi.
Figura 18 – Esempio di sistema optoelettronico a singolo modulo e applicazione sul treadmill per analisi del cammino. Figura 19 – Esempio di sistema optoelettronico a moduli successivi
Funzionamento
Il principio di funzionamento di questi sistemi modulari a fotocellule è sempre fondato sull’interruzione del fascio di infrarossi tra le due barre (Figura 20) che, attraverso il software di analisi, viene elaborato restituendo come dati diretti i tempi di apertura e chiusura del circuito e come dati indiretti una serie di informazioni molto interessanti che dipendono dal protocollo di analisi.
I tempi di apertura e chiusura del circuito a infrarossi offrono, ad esempio, informazioni sui tempi di volo e di appoggio nel salto e nella corsa e sulle distanze percorse (in base alla zona della barra in cui il circuito luminoso viene chiuso o aperto); da queste informazioni poi si possono ricavare molti altri dati utili.
Figura 20 – Dettaglio delle barre optoelettroniche una barra emana il fascio di infrarossi e l’altra lo rifrange.
Vantaggi e Svantaggi
Tra i vantaggi di queste attrezzature si possono elencare la precisione della misura (fino al millesimo di secondo) e la trasportabilità quali strumenti da campo.
Tra gli svantaggi troviamo:
- Condizioni ambientali che possono interferire con il fascio di infrarossi (illuminazione, pioggia, terreno irregolare etc.).
- L’influenza della forma dell’oggetto che attraversa il fascio sul tempo registrato, per quanto riguarda le fotocellule classiche, e le procedure e i tempi di montaggio e calibrazione, per quanto riguarda i sistemi modulari (Dal Monte et al., 2000; Dalla Vedova et al., 2006).
Articolo tratto dal libro Biomeccanica® Principi di Biomeccanica e applicazioni della Video Analisi al movimento umano
vincitore del premio letterario CONI
