Quanto sono precise le nostre fotocellule?

Spesso nelle competizioni di Agility capita di vedere cani con lo stesso tempo spaccato al centesimo di secondo, oppure sfortunatamente cani che hanno un solo centesimo di differenza, facendo ovviamente dispiacere a qualcuno che magari non ottiene una medaglia, un titolo o un passaggio di brevetto.

Ma quanto è preciso il tempo misurato?

Per rispondere a questa domanda devo prima fare una piccola introduzione.

Che cosa è la precisione?

La precisione si riferisce a quanto si avvicinano tra di loro misure indipendenti, indica quanto vicini o quanto ripetibili siano i risultati. Quindi proprio quando abbiamo cani che corrono in tempi quasi uguali la precisione è di fondamentale importanza.

Realizzare un sistema di cronometraggio preciso al centesimo di secondo è tutt’altro che semplice. Per trovare la precisione al centesimo di secondo bisogna cercare di trovare il millesimo di secondo.

Esistono sul mercato diversi costruttori di sistemi di cronometraggio. Alcuni sono molto costosi altri sono a prezzo economico (direi a volte eccessivamente economico). Alcune marche offrono prodotti altamente professionali ma il loro costo è proibitivo. Altre ditte minori offrono prodotti a prezzi ragionevoli ma la qualità è bassa e la precisione non è dichiarata ne data a sapere.

Ogni sistema è composto da più elementi, ognuno dei quali è determinante per avere un sistema accurato.

I sistemi si suddividono in due tipologie:

• Sistemi di cronometraggio con cavo cablato in campo
• Sistemi di cronometraggio senza fili, mediante comunicazione via radio

I sistemi con cavo sono in teoria quelli più precisi in assoluto. Il segnale di partenza dato dalle fotocellule e il segnale di arrivo, viaggiano direttamente alla velocità della luce lungo il cavo, senza alcun ritardo; è importante che l’unità di conteggio del tempo sia costruita e progettata (software/hardware) con gli accorgimenti necessari al fine di rilevare il tempo con una precisione millesimale, altrimenti è possibile che vi siano errori importanti. Pertanto se i sistemi sono realizzati a dovere la loro precisione è migliore rispetto quelli via radio. Questi sistemi hanno una serie di vantaggi, tra cui: precisione, sicurezza, insensibilità ai disturbi. L’unico problema è la presenza del cavo che comporta dei disagi dovuti al passaggio dei cavi sul campo di gara.

I sistemi via radio offrono invece la libertà dalla presenza dei cavi in campo. Questo vantaggio è molto apprezzato da tutti quanti: conduttori, giudici e organizzatori. Ci sono però alcuni svantaggi che vanno tenuti ben presenti:

• le batterie devono essere sempre cariche, ben dimensionate e di riserva
• la possibilità che vi siano degli errori dovuti ai ritardi di trasmissione dei segnali via radio
• la totale esposizione ad attacchi da parte di hacker malintenzionati

La propagazione delle onde elettromagnetiche via radio può essere disturbata causando ritardi nella trasmissione dei segnali. In oltre per ragioni di sicurezza le comunicazioni sono crittografate con algoritmi che richiedono maggiori tempi di elaborazione con conseguenti ulteriori ritardi. Nei sistemi senza fili al fine di ottenere un livello di precisione elevato, devono essere implementati sofisticati meccanismi di sincronizzazione che compensano i ritardi dovuti alla trasmissione via radio.

Fatta questa introduzione possiamo ora esaminare la domanda precedente: ma quanto è preciso il tempo misurato? La risposta è solo una: LA PRECISIONE DEL SISTEMA VA MISURATA E CONTROLLATA PERIODICAMENTE.

Qualcuno ha suggerito di introdurre un’omologazione o un ente che possa certificare la precisione e l'accuratezza dei sistemi. Devo dire che questa soluzione produce un aumento dei costi non indifferente, quindi visto che la misura descritta in seguito è molto semplice da realizzare ritengo questa soluzione sia da scartare, troppo complicato, troppo costoso e aggiungerei poco democratico.

Come fare la misura della precisione?

Per fare la misura bisognerebbe avere valore di riferimento come ad esempio un cane che percorre il percorso sempre nello stesso tempo, ovviamente questo è impossibile. Perciò ho escogitato un sistema semplice, una pallina che scorre su un piano inclinato. In questo modo ho il valore di riferimento accurato e preciso, la pallina partendo da un punto ben preciso, esegue il tragitto sempre alla stessa velocità.

Tenendo la pallina da biliardo premuta verso il piano di appoggio, la lascio cadere. La pallina acquisisce velocità, impegna la fotocellula di START e fa partire il tempo, poi quando arriva ad impegnare la fotocellula di STOP, fa fermare il tempo. La lunghezza della guida è circa un metro, la pendenza della guida va regolata in modo da avere una velocità di almeno 0,7 metri al secondo o anche qualcosa in più. Se la guida è robusta e liscia, la pallina da biliardo sufficientemente pesante, effettuando ripetuti lanci possiamo avere una misura di riferimento accurata e precisa. Effettuando ripetuti lanci successivi ho potuto verificare la precisione e ripetibilità dei miei sistemi restando nell’ordine di +/- 1 millesimo di secondo. Nei sistemi con cavo è più facile che questo dato sia zero, nei sistemi via radio è molto più difficile, ma con i dovuti accorgimenti sono riuscito ad ottenere una precisione al centesimo di secondo. Ad esempio eseguendo cinque lanci consecutivi uno dietro l’altro, ottengo cinque tempi uguali spaccati al centesimo di secondo, come si può vedere dal seguente video.

Infine è necessario specificare che la precisione è legata anche alle variazioni di temperatura. In elettronica i sistemi di oscillazione sono soggetti a variazioni dovute al cambio di temperatura. Per esempio se una gara comincia al mattino con una temperatura di 18 gradi e finisce al pomeriggio con una temperatura di 28 gradi in caso di tempi pari meriti potrebbero esserci delle differenze. Per questo nei sistemi di cronometraggio ben concepiti esistono oscillatori con compensazione della temperatura, garantiscono una certa precisione anche in caso di variazioni importanti della temperatura. Normalmente la specifica tecnica del sistema fornita dal costruttore rende disponibile l’informazione e quante parti per milione di tempo vengono compensate in un dato periodo.

Conclusioni

Ora che ho fatto questi accertamenti e considerazioni posso dire che tutti quanti potete misurare la precisione delle vostre fotocellule e stare tranquilli con la coscienza a posto.

La guida di alluminio e la pallina da biliardo costano poche decine di euro. Con dei morsetti e spessori si può facilmente applicare questa attrezzatura di misura su due coppie di salti vicini.

Spero che questo possa essere utile a tutti quanti, resto a disposizione per eventuali domande e osservazioni. Per coloro che necessitano di un sistema di cronometraggio preciso ad un prezzo ragionevole prego contattarmi privatamente.

Serghei Garau