专利名称：一维冲击强度测试设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测试装置，具体来说涉及一种测量垂直冲击物对地面材料造成的冲击强度的测试装置。
背景技术：
国外对儿童提供的体育活动场所很多，对运动场地的安全性也很重视，不少国家制订了有关标准。中国的儿童就数量上来说为数不少，体育活动、游乐活动场所也不算太少，如物业小区的建设中，大都建有供儿童游玩的游乐设施，由于对游乐场地地面安全性问题重视不够，这些游乐设施在给儿童带来欢乐的同时，也给他们带来安全隐患。对游乐场地面安全性我国尚无建立相关标准来检测，也无相关检测仪器产品。
实用新型内容针对上述问题，本实用新型提供一种一维冲击强度测试设备，其可以模拟垂直冲击物对地面材料进行冲击,并测量垂直冲击物对地面材料造成的冲击强度。为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下一维冲击强度测试设备，其特征在于，包括模拟头下落装置、以及测试主机；所述模拟头下落装置包括带有加速度传感器的模拟头、可供模拟头沿其垂直下落的垂直导轨、光电信号检测机构，所述光电信号检测机构包括设于垂直导轨下部的光电计数器、以及设置于模拟头顶部且与所述光电计数器对应的可遮光隔板；所述测试主机包括信号放大器、滤波器、计时模块和CPU单元模块；所述模拟头下落装置的加速度传感器通过信号放大器、滤波器与CPU单元模块连接；所述光电信号检测机构通过CPU单元模块与计时丰吴块连接；所述垂直导轨为T型导轨，所述模拟头上设置有与T型导轨相对应的凹槽。在本实用新型的一个优选实施例中，所述CPU单元模块包括ADC转换器，所述ADC转换器与滤波器连接，ADC转换器为12bit的ADC转换器。在本实用新型的一个优选实施例中，所述测试主机包括用以保存数据的闪存。在本实用新型的一个优选实施例中，所述测试主机包括校准放大器，所述校准放大器连接在信号放大器、滤波器之间。在本实用新型的一个优选实施例中，所述模拟头下落装置还包括模拟头释放机构，所述模拟头释放机构包括插针、转动轴、转动圆盘、手柄，所述插针的前端从垂直导轨外侧穿过垂直导轨后与模拟头连接，插针的后端与转动圆盘上的转动轴连接，手柄连接在转动圆盘上。在本实用新型的一个优选实施例中，还包括与CPU单元模块连接的IXD显示器。本实用新型的一维冲击强度测试设备可以模拟垂直冲击物对地面材料进行冲击，并能够精确测量加速度数据和计算头部伤害评判值，并精确计算对应每次冲击的高度。本实用新型在模拟头跌落方面，采用的模拟头沿T型导轨的跌落方式。该方式降低了对加速度传感器的要求，降低了成本。本实用新型的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。
图I为本实用新型的模拟头下落装置的示意图。图2为本实用新型的模拟头释放机构的示意图。图3为本实用新型的测试主机的结构框图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下 面结合具体实施例进一步阐述本实用新型。参见图1，一维冲击强度测试设备，主要包括模拟头下落装置100、以及测试主机200。模拟头下落装置100包括模拟头110、可供模拟头沿其垂直下落的垂直导轨120、模拟头释放机构、光电信号检测机构。模拟头110上安装有加速度传感器111，加速度传感器111将模拟头对地面冲击的加速度信号转换成电信号,该电信号的强弱如加速度的大小成正比。加速度传感器111与测试主机200的信号放大器连接。垂直导轨120为T型导轨，模拟头上设置有与T型导轨相对应的凹槽，以便于模拟头能从垂直导轨120自由落下。垂直导轨由二段组成，下导轨I. 8m,上导轨I. 5m。参见图2，模拟头释放机构140包括插针141、转动轴142、转动圆盘143、手柄144，插针141的前端从垂直导轨外侧穿过垂直导轨120后与模拟头连接，插针的后端与转动圆盘上的转动轴142连接，手柄144连接在转动圆盘143上。要释放模拟头时，操作人员拨动手柄144带动转动圆盘143的转动。转动圆盘143由于垂直导轨的作用又会带动转动轴142。转动轴142拖动插针141使其从模拟头内将该插针拔出。从而实现模拟头的释放。再次参见图1，光电信号检测机构包括设于垂直导轨下部的光电计数器131、以及设置于模拟头顶部且与光电计数器对应的可遮光隔板132。参见图3，测试主机200包括信号放大器210、校准放大器220、滤波器230、闪存240、计时模块250和CPU单元模块260 ;信号放大器210和滤波器230依次连接在加速度传感器111和CPU单元模块260之间，用于将加速度传感器111测量的信号放大并滤波后传输给CPU单元模块260采样。校准放大器220串接在双路选择开关的两个开关接点之间；双路选择开关接收一控制信号以使信号放大器、滤波器串联直接导通或将所述校准放大器串接在信号放大器和滤波器之间导通。光电计数器131通过CPU单元模块与计时模块连接。CPU单元模块260包括ADC转换器(模数转换器)261和CPU处理器262，ADC转换器261与滤波器230连接，ADC转换器为12bit的ADC转换器，采样率为20kHz。闪存240用以保存数据。传感器电源270与加速度传感器连接以对其供电。测试主机200还包括与CPU单元模块连接的IXD显示器281和键盘282，以实现输入操作和数据显示。模拟头110沿着垂直导轨下落经过光电信号检测机构，下落到地面，并地面产生撞击，撞击的信号通过安装在模拟头110的加速度传感器转换成电信号。把该电信号送入ADC转换，把取得的数据分析、显示、保存。本实用新型的额定工作条件a)源电压9. 6V(AA 型镍氢电池 I. 2V/1800mAh，8 节)b)环境温度0°C 50°Cc)相对湿度<75%d)预热时间15mine)外磁场大地磁场大气压力860hPa 1060hPa·本实用新型的工作流程为模拟头110沿垂直导轨120下落快接触到地面，当可遮光隔板132顶端进入光控开光131时，就会产生一个低电平信号，CPU单元模块260控制计时模块开始计时；当模拟头110的可遮光隔板132尾端离开光电计数器131时，就产生一个高电平信号，CPU单元模块260控制计时模块终止计时工作。CPU处理器262根据计时模块250的值，计算当前的模拟头的等效下落高度。模拟头110从高度为h下落，落到地面的速度为
I ,mgh = ~mv设可遮光隔板132通过光控开光131的时间为t，可遮光隔板132的通过光控开光131时的平均速度为V = -
t模拟头110此时的等效高度为
I2h =——-
2gt2该方法消除了由于头部沿着导轨下落的时候引起的摩擦。当模拟头110冲击到地面材料时，地面材料就会对模拟头110产生反作用力，该反作用力就会传到加速度传感器111上，加速度传感器111产生一系列随时间变化的加速度。CPU单元模块260采样并保存这些加速度数据，CPU单元模块260根据标准规定的头部伤害评判(HIC)公式计算本次冲击的头部伤害评判值。该公式如下
'(、2.5'
----1 - I - 卢2HIC = (i2 - ij H ■— J a.dt
LJmax高度偏移量的计算，动态偏移补偿可遮光隔板132通过光控开光131后，ADC转换器以20kHz的采样率开始进行工作，直到ADC转换器采样到1000个数据，ADC才停止工作。根据模拟头下落的过程，模拟头通过光控开光131后要经过一小段距离才与地面接触。在这过程中ADC转换器的采样值不变，此时的加速度输出的信号为0g，当接触到地面时ADC的采样值增加。CPU单元模块260将这段时间采样得到的部分数据取平均值，其结果为0g。但系统得到Og值之后，CPU单元模块就对这段数据进行全面分析，检查在第几个点之后ADC转换器取得的值开始变大，若ADC值变大，则说明头部已经接触到地面。CPU单元模块就统计这段时间内ADC转换器采样了多少点数据，从而知道模拟头通过光控开光之后经过多长时间到达地面。从而计算出下落高度，由于模拟头通过光控开光后经过的距离很短，可将此段过程认为是匀速运动。利用匀速运动距离公式为s = vt或者可以将此过程认为是自由落体运动，其公式为s = vt+gt2/2采用自由落体的公式误差较小。从而计算高度偏移量。以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各 种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求1.一维冲击强度测试设备，其特征在于，包括模拟头下落装置、以及测试主机； 所述模拟头下落装置包括带有加速度传感器的模拟头、可供模拟头沿其垂直下落的垂直导轨、光电信号检测机构，所述光电信号检测机构包括设于垂直导轨下部的光电计数器、以及设置于模拟头顶部且与所述光电计数器对应的可遮光隔板；所述测试主机包括信号放大器、滤波器、计时模块和CPU单元模块；所述模拟头下落装置的加速度传感器通过信号放大器、滤波器与CPU单元模块连接；所述光电信号检测机构通过CPU单元模块与计时模块连接; 所述垂直导轨为T型导轨，所述模拟头上设置有与T型导轨相对应的凹槽。
2.根据权利要求I所述的一维冲击强度测试设备，其特征在于，所述CPU单元模块包括ADC转换器，所述ADC转换器与滤波器连接，所述ADC转换器为12bit的ADC转换器。
3.根据权利要求I所述的一维冲击强度测试设备，其特征在于，所述测试主机包括用以保存数据的闪存。
4.根据权利要求I所述的一维冲击强度测试设备，其特征在于，所述测试主机包括校准放大器，所述校准放大器连接在信号放大器、滤波器之间。
5.根据权利要求I所述的一维冲击强度测试设备，其特征在于，所述模拟头下落装置还包括模拟头释放机构，所述模拟头释放机构包括插针、转动轴、转动圆盘、手柄，所述插针的前端从垂直导轨外侧穿过垂直导轨后与模拟头连接，插针的后端与转动圆盘上的转动轴连接，手柄连接在转动圆盘上。
6.根据权利要求I所述的一维冲击强度测试设备，其特征在于，还包括与CPU单元模块连接的IXD显示器。
专利摘要本实用新型公开了一种一维冲击强度测试设备，包括模拟头下落装置、以及测试主机；所述模拟头下落装置包括带有加速度传感器的模拟头、垂直导轨、光电信号检测机构；所述测试主机包括信号放大器、滤波器、计时模块和CPU单元模块；所述垂直导轨为T型导轨，所述模拟头上设置有与T型导轨相对应的凹槽。本实用新型的一维冲击强度测试设备可以模拟垂直冲击物对地面材料进行冲击，并能够精确测量加速度数据和计算头部伤害评判值，并精确计算对应每次冲击的高度。本实用新型在模拟头跌落方面，采用的模拟头沿T型导轨的跌落方式。该方式降低了对加速度传感器的要求，降低了成本。
文档编号G01N3/303GK202693433SQ20122030512
公开日2013年1月23日 申请日期2012年6月27日 优先权日2012年6月27日
发明者史淑娟, 顾从润, 约翰·邓洛普, 陈毓琳, 徐益民, 唐永平 申请人:上海浩顺科技有限公司