Samenvatting beweginganalyse 1

Bewegingsanalyse 1
Hoofdstuk 1 de opbouw van een meetsysteem
Wat is bewegingsanalyse?
 Verzamelen, verwerken en interpreteren van signalen tijdens en na het
meten van bewegings-gerelateerde data (bijv. positie van lichaamsdelen,
spieractiviteit)
 Snelheid en versnelling afleiden van positie
 Spieractiviteit: spieren sturen bewegingen aan
Historie
 Eadweard Muybridge (1830-1904)
 Étienne Jules Marey (1830-1904)
 Eerste toepassingen in ‘clinical gait’
 Cerebral Palsy, 1918 kijken hoe deze kinderen anders lopen
Voorbeeld meetopstelling + bewegingsanalyse
 Spieractiviteit
 Sensor data
 Hersenactiviteit
 Eeg: hersenfilmpjes met verschillende elektrodes, die hersensignalen
meten
 ‘ruwe data’ bemonsterfrequentie / aliasing, analoog digitaal,
verschilversterker
 Data ‘schoonmaken’ m.b.v. filters (differentiaalvergelijking) tijd
frequentie (Fourier-analyse)




1.1 Meten van grootheden
Wetenschappelijke meting: een waarneming die tot doel heeft om een
verschijnsel op een eenduidige manier te beschrijven.
 Eenduidige of objectieve waarnemingen stelt de wetenschap in staat om
theorieën en modellen van de werkelijkheid te vormen.
Een meting is:
 Onafhankelijk van de observator
 Herhaalbaar
 Produceert een numerieke waarde gerelateerd aan een standaardeenheid
(SI-systeem)
Objectieve eigenschappen zijn bijvoorbeeld positie, massa en afmeting van een
voorwerp deze zijn vooral relevant voor de wetenschap binnen de
natuurwetenschap worden het ook wel fysische grootheden genoemd.

,Een subjectieve eigenschap kan moeilijk eenduidig worden vastgesteld.
De grootte van een fysische grootheid wordt bepaald middels een meting.
Meting: is erop gericht om een numerieke waarde te verkrijgen die aangeeft hoe
een grootheid zich verhoudt tot een bepaalde standaard of eenheid.
 Een veel gebruikt eenheden-stelsel is het SI-stelsel
 Een meetresultaat heeft geen enkele betekenis indien de gebruikte
eenheid niet wordt vermeld
 Voor het bepalen van de grootte van een grootheid wordt een
meetinstrument gebruikt
Directe meting: de gemeten grootheid wordt vergeleken met een bekende geijkte
grootheid van dezelfde soort (meteen van het meetinstrument afleiden).
Indirecte meting (wordt het meeste gebruikt): de gemeten grootheid wordt in een
andere fysische grootheid omgezet (meting met sensor).
Een algemene benaming voor deze ‘omzetters’ tussen verschillende grootheden
is sensoren of transducers een sensor/transducer is gevoelig voor een
specifieke grootheid en zet deze om in een andere grootheid.
Tegenwoordig bestaan de meeste meetsystemen uit elektrische transducers de
elektrotechniek heeft het de laatste decennia mogelijk gemaakt dat er allerlei
fysische grootheden kunnen worden omgezet in elektrische grootheden.
Elektrische meetsystemen verdienen de voorkeur omdat de informatieoverdracht
stabieler is dan bij mechanische meetsystemen bovendien kan men gebruik
maken van de voordelen van de computertechniek voor het verrichten van
metingen en analyseren van data.
 Middels aanpassingen van de software op de computer is het relatief
eenvoudig om een meetopstelling te veranderen en ingewikkelde
rekenoperaties uit te voeren.
(Digitale) data-acquisitie: het verkrijgen van meetgegevens middels een
computer.
 Het gebruik van digitale apparatuur heeft als belangrijk gevolg dat analoge
signalen moeten worden omgezet in digitale signalen.

1.2 Analoge en digitale signalen
Signaal: bestaat uit meetgegevens die de grootte van een grootheid beschrijft als
functie van de tijd.
 Een signaal kan worden weergegeven in een grafiek door op de verticale
en horizontale as respectievelijk de grootte van de grootheid en de tijd uit
te zetten.
 De grootte van een grootheid is meestal niet constant maar verandert in
de tijd
Het EMG wordt gemeten met oppervlakte-elektroden die op de huid zijn geplakt
het EMG representeert de optelsom van actiepotentialen die door spieren worden

,opgewekt tijdens een aanspanning uit het EMG-signaal is dus de activiteit van
spieren te herleiden.
 Het EMG-signaal fluctueert rondom de waarde EMG 0
 Tijdens een contractie zijn de uitwijkingen van het EMG-signaal rondom
EMG0 groter dan in de situatie dat de spier ontspannen is
Binnen de meettheorie bestaan twee typen signalen:
1. Analoog signaal: dit is een continu signaal. Dit betekent dat een analoog
signaal alle mogelijke waarden kan aannemen op elk mogelijk tijdstip
een analoog signaal is dus continu in grootte én tijd.
 Fysische grootheden worden binnen de klassieke natuurwetenschap
beschouwd als continue variabelen oftewel de grootte van een
fysische grootheid kan elke willekeurige waarde aannemen.
 Doordat een analoog signaal alle mogelijke waarden kan aannemen
is deze dus in staat om een fysische grootheid met oneindige
precisie weer te geven, vandaar ook de term analoog (= gelijk aan)
2. Digitaal signaal: dit is een niet-continu oftewel discreet signaal. Een
digitaal signaal kan discreet zijn in grootte en/of tijd.
 Een signaal met discrete tijd bevat de waarde van een grootheid op
een beperkt aantal tijdstippen.
Directe meting is altijd analoog (kan elke waarde aannemen).
Indirect is digitaal zitten tussenstapjes tussen.
Aangezien een digitaal signaal slechts beperkt in staat is om veranderingen in de
grootte van een grootheid en/of tijd weer te geven, is het per definitie minder
nauwkeurig dan een analoog signaal.
Het gebruik van een digitaal meetsysteem heeft dus als nadeel dat het gemeten
signaal minder nauwkeurig is dan de gemeten werkelijkheid dit hoeft echter
niet tot problemen te leiden indien de data-acquisitie aan bepaalde
randvoorwaarden voldoet.
Een (meet) signaal
Analoog vs. digitaal
Meetsignaal opgenomen met ECG meet verschil tussen 2 elektrodes op 2
locaties over een bepaalde tijd.
Filmpje zo ging het vroeger
Huidig voorbeeld van een meetsysteem bij Bewegingswetenschappen
Split-belt geïnstrumenteerde loopband
 Krachtplaten
 VICON motion capture (camera’s)
 180o Virtual Reality

 Wat is de bemonsteringsfrequenties, fps, en waarom is dit belangrijk?
 Berekenen gewrichtshoeken uit positiedata

, 1.3 Voorbeeld van een eenvoudig meetsysteem
Voorbeeld eenvoudig meetsysteem het is een elektrisch meetsysteem waarbij
gebruik wordt gemaakt van een computer: verrichten complexe metingen,
betrouwbaar, flexibel door gebruik van software.
 Het meetsysteem is in staat om de temperatuur te bepalen en weer te
geven
 Voor het meten van de temperatuur wordt gebruik gemaakt van een
temperatuurgevoelige sensor, namelijk de thermistor
Omzetting gemeten grootheid in een elektrische grootheid  indirecte meting
van een grootheid (bijv. T  R  V).




Thermistor: een elektrische sensor waarvan de weerstand afhankelijk is van de
temperatuur.
 De weerstand van deze thermistor neemt af bij toenemende temperatuur
volgens een niet-lineair verband
Het verband tussen temperatuur en de weerstand wordt beschreven door de
zogenaamde Steinhart en Hart vergelijking:
 In deze vergelijking stellen T en R T respectievelijk de temperatuur en de
temperatuursafhankelijke weerstand van de thermistor voor
 De coëfficiënten a0, a1 en a3 bepalen de vorm van de curve en worden
bepaald door middel van een kalibratieprocedure welke meestal door de
fabrikant van de thermistor wordt uitgevoerd
Een thermistor kan dus als elektrische thermometer worden gebruikt indien R T
kan worden gemeten.
Omdat een computer alleen maar in staat is om elektrische spanningen te meten
dient de thermistor opgenomen te worden in een elektrische schakeling, namelijk
de spanningsdeler:




 Spanningsdeler: variabele weerstand omzetten in uitgangsspanning met
aarde van 0 volt.