一种髋关节保护器抗冲击效果测量系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种髋关节保护器抗冲击效果测量系统及方法，安全带系穿在假人身上，用于与安全带连接从而将假人提起进行侧方摔倒实验的滑轮组固定于龙门架上；用于采集假人侧方摔倒着地时髋部冲击力的信号采集模块设于假人着地时髋部受力点处，信号采集模块连接信号转换模块，信号转换模块连接信号显示模块；通过对比穿着髋关节保护器前后所测得的冲击力大小，得到髋关节保护器抗冲击效果。本发明专利技术设计了假人模拟侧方摔倒实验方案，着重于模拟髋部有效质量、髋部表面软组织、冲击速度三个方面，利用假人代替真人开展测量实验，有效地模拟了实际摔倒时的瞬时冲击速度，提高了测量结果的真实性，且采用假人进行模拟实验有很好的可重复性。

【技术实现步骤摘要】
一种髋关节保护器抗冲击效果测量系统及方法
本专利技术涉及抗冲击功能服装测量
，特别涉及髋关节保护器的抗冲击效果测量系统和测量方法。
技术介绍
髋关节骨折是危害老年健康的一个重要问题，其主要影响人群为55岁以上的老年女性，这类人群骨折90％是由侧方摔倒造成的，髋关节骨折不仅影响老年人的身体和心理健康，给家庭带来压力，也给社会造成较大的医疗成本。据相关学者估计，在世界范围内，髋关节骨折病人的发病率将由1990年的166万人/年增加到2050年的626万人/年。髋关节骨折与侧方跌倒所受的冲击力相关。测量侧方跌倒冲击力的方法根据实验原理和设备大致可分为三种：(1)第一种是人体跌倒模拟实验，具体的试验方法为真人骨盆释放实验，被测者模拟跌倒姿势，应用起重设备将人体髋部吊起，在距离地面5cm的高度释放骨盆，髋部接触地面上的测重台时，测量得到冲击力的大小。(2)第二种是髋部模型冲击实验，这些实验中采用的冲击方式是直立式冲击塔、摆动式冲击锤和舂米性冲击锤，以冲击的方式模拟侧方跌倒髋部所受冲击力。(3)第三种为对髋部及骨盆的三维数字化模拟进行有限元分析(FiniteElementAnalyze)FEA研究，建立骨骼及软组织组成的实体FEA模型，定义该模型的质量、大转子部分缓冲材料的厚度、跌倒速度，得出冲击力峰值与达峰时间。应用较多的髋关节保护器的评价方法是采用具有股骨外形的塑料模型进行模型冲击试验。以上提到的测量方法和测试装置多为设计髋关节保护器的研究者自行设计和搭建而成，根据各自的研究目的开发制作，上述几种测量方法的测试过程、实验影响因子设置、测试结果等都有比较大的差距。德国、加拿大等功能性服装开发起步较早的发达国家成为相关研究的起源发展之地，国内学者尚未触及相关的核心技术，国内关于髋关节保护器的设计和评价方法的研究进程较慢。髋关节保护器设计大多为模仿国外产品，髋关节保护器抗冲击效果评价更加少之又少，制约了国内髋关节保护器的研发。对于髋关节保护器防护能力的测试，目前国内尚没有能够结合防护产品使用场景来测量评价产品防护效果的设备，国外所用的测量设备多为科研人员自行搭建，难于复制。国内相关研究领域及相关企业迫切需要一种可测试髋关节保护器抗冲击性能的实验测试设备，用以测试和产品研发。相关测量技术和评价方法仍有较大的研究空间。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种测量髋关节保护器抗冲击力大小的测量系统和测量方法，通过对比穿着髋关节保护器前后所测得的冲击力大小，可得髋关节保护器的抗冲击效果。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供一种髋关节保护器抗冲击效果测量系统，其特征在于：包括假人，安全带系穿在假人身上，用于与安全带连接从而将假人提起进行侧方摔倒实验的滑轮组固定于龙门架上；用于采集假人侧方摔倒着地时髋部冲击力的信号采集模块设于假人着地时髋部受力点处，信号采集模块连接信号转换模块，信号转换模块连接信号显示模块；通过对比穿着髋关节保护器前后所测得的冲击力大小，得到髋关节保护器抗冲击效果。优选地，所述假人采用重量为30kg的医用多功能护理人模型，其由重量为10kg的医用多功能护理人模型改造而成，改造方法为：在假人的手臂、腰臀部位、腿部分别切口，注入细沙，确认其重量达到30kg后将切口进行粘合，确保缝隙完全封闭，无漏沙情况发生；为了模拟人体的皮肤组织和肌肉组织对骨骼的缓冲和保护作用，将具有缓冲性能的材料覆盖于假人的髋部。更优选地，所述具有缓冲性能的材料为软硅胶，将直径100mm、厚度5mm的软硅胶覆盖并粘贴在假人的大转子部位，用来模拟皮肤及肌肉组织。优选地，所述安全带为高空作业五点式双背安全带。优选地，所述滑轮组包括手持把手、绳索、定滑轮和U型卸扣，U型卸扣固定于所述龙门架上，定滑轮设于U型卸扣上，绳索一端与系穿在假人身上的安全带扣合，绳索另一端绕过定滑轮并与手持把手连接；拉拽手持把手，即能将所述假人提起。优选地，所述信号采集模块采用测力传感器，测力传感器通过传输导线连接所述信号转换模块；所述测力传感器为微型纽扣电池式膜盒传感器，是一种可将机械能转换为电能的动态应变传感器；测力传感器采集到的信号为mV级别的微电压信号，需经过信号转换模块的信号转换处理，转化为能被计算机接收的数字信号。更优选地，所述信号转换模块采用485型称重AD模块，485型称重AD模块内置有依次连接的运算放大器、变送器、AD采集器、单片机；运算放大器将测力传感器输入的mV级别的微电压信号转换为5-12V的电压信号，经变送器处理输出为整合过的模拟电压信号或者模拟电流信号，AD采集器采集所述模拟电压信号或者模拟电流信号，通过单片机输出数字信号，并通过RS485协议传输给信号显示模块。进一步地，所述信号显示模块采用计算机终端，计算机终端通过485接口读取信号转换模块输出的数据，计算机终端上装有用于对所述数据进行处理的冲击力检测软件；所述信号转换模块输出的数字信号通过计算机终端的处理，直接在计算机界面中显示，实现冲击力数值随时间变化的曲线以及冲击力最大值的显示。本专利技术还提供了一种髋关节保护器抗冲击效果测量方法，采用上述的髋关节保护器抗冲击效果测量系统，其特征在于：步骤为：步骤一：不穿着髋关节保护器，进行假人侧方摔倒模拟实验，确定假人着地时髋部大转子点部位着地受力点的位置；步骤二：将信号采集模块固定于假人着地时髋部大转子点部位着地受力点的位置；步骤三：测量未穿着髋关节保护器时假人跌至地面其髋部所受冲击力大小；步骤四：为假人穿着髋关节保护器，髋关节保护器包覆于信号采集模块外侧，测量穿着髋关节保护器后假人跌至地面其髋部所受冲击力大小；对比穿着髋关节保护器前后所测冲击力值的大小，获得所穿髋关节保护器的抗冲击力效果。优选地，所述步骤一中，在滑轮组下方地面铺设复写纸，通过滑轮组将假人吊起至距离地面32cm处再释放，使假人进行侧方摔倒至地面，对复写纸在假人髋部的印记进行标记；重复释放假人多次，综合比较多次标记的记号，确定假人着地时髋部受力点，设定为安装信号采集模块的部位；所述步骤二中，将信号采集模块感受力的凸点一端对准假人髋部受力点，保护信号采集模块不受假人跌倒时的冲击力而损坏；检查信号采集模块黏贴牢固，以免实验过程中发生掉落或位置偏移；所述步骤三中，通过滑轮组将假人吊起至距离地面32cm处再释放，假人模拟侧向跌倒，自由落体冲击地面，信号采集模块记录冲击力数据，通过信号转换模块转换后，发送给信号显示模块；重复该步骤多次，取多次测量均值为实测冲击力值；所述步骤四中，为确保获得平稳的测量数据，操作时应注意假人被吊起时其髋部拉高至距地面32cm的标记线处，水平观测标记线和假人髋部撞击点处于同一平面上，再释放假人进行实验，以有效控制假人每次从同样的高度落地；若发现实验数据过小，可能是假人在跌倒过程中身体发生扭转导致待测方髋部大转子区域未先着地，或者着地时撞击点偏离信号采集模块，此时应重新操作，直至获得有效测量数据；重复该步骤多次，取多次测量均值为实测冲击力值。相比现有技术，本专利技术提供的髋关节保护器抗冲击效果测量系统及方法具有如下有益效果：1)充分考虑髋关节保护器的使用场景，设计了假人模拟侧方摔倒实验方案。着重于模拟髋部有效质量、髋部表面软组织、冲击速度三个方面，利用假本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种髋关节保护器抗冲击效果测量系统，其特征在于：包括假人(1)，安全带(2)系穿在假人(1)身上，用于与安全带(2)连接从而将假人(1)提起进行侧方摔倒实验的滑轮组固定于龙门架(7)上；用于采集假人(1)侧方摔倒着地时髋部冲击力的信号采集模块设于假人(1)着地时髋部受力点处，信号采集模块连接信号转换模块，信号转换模块连接信号显示模块；通过对比穿着髋关节保护器前后所测得的冲击力大小，得到髋关节保护器抗冲击效果。

【技术特征摘要】
1.一种髋关节保护器抗冲击效果测量系统，其特征在于：包括假人(1)，安全带(2)系穿在假人(1)身上，用于与安全带(2)连接从而将假人(1)提起进行侧方摔倒实验的滑轮组固定于龙门架(7)上；用于采集假人(1)侧方摔倒着地时髋部冲击力的信号采集模块设于假人(1)着地时髋部受力点处，信号采集模块连接信号转换模块，信号转换模块连接信号显示模块；通过对比穿着髋关节保护器前后所测得的冲击力大小，得到髋关节保护器抗冲击效果。2.如权利要求1所述的一种髋关节保护器抗冲击效果测量系统，其特征在于：所述假人(1)采用重量为30kg的医用多功能护理人模型，其由重量为10kg的医用多功能护理人模型改造而成，改造方法为：在假人(1)的手臂、腰臀部位、腿部分别切口，注入细沙，确认其重量达到30kg后将切口进行粘合，确保缝隙完全封闭，无漏沙情况发生；为了模拟人体的皮肤组织和肌肉组织对骨骼的缓冲和保护作用，将具有缓冲性能的材料覆盖于假人(1)的髋部。3.如权利要求2所述的一种髋关节保护器抗冲击效果测量系统，其特征在于：所述具有缓冲性能的材料为软硅胶，将直径100mm、厚度5mm的软硅胶覆盖并粘贴在假人(1)的大转子部位，用来模拟皮肤及肌肉组织。4.如权利要求1所述的一种髋关节保护器抗冲击效果测量系统，其特征在于：所述安全带(2)为高空作业五点式双背安全带。5.如权利要求1所述的一种髋关节保护器抗冲击效果测量系统，其特征在于：所述滑轮组包括手持把手(3)、绳索(4)、定滑轮(5)和U型卸扣(6)，U型卸扣(6)固定于所述龙门架(7)上，定滑轮(5)设于U型卸扣(6)上，绳索(4)一端与系穿在假人(1)身上的安全带(2)扣合，绳索(4)另一端绕过定滑轮(5)并与手持把手(3)连接；拉拽手持把手(3)，即能将所述假人(1)提起。6.如权利要求1所述的一种髋关节保护器抗冲击效果测量系统，其特征在于：所述信号采集模块采用测力传感器(8)，测力传感器(8)通过传输导线连接所述信号转换模块(9)；所述测力传感器(8)为微型纽扣电池式膜盒传感器，是一种可将机械能转换为电能的动态应变传感器；测力传感器(8)采集到的信号为mV级别的微电压信号，需经过信号转换模块(9)的信号转换处理，转化为能被计算机接收的数字信号。7.如权利要求6所述的一种髋关节保护器抗冲击效果测量系统，其特征在于：所述信号转换模块(9)采用485型称重AD模块，485型称重AD模块内置有依次连接的运算放大器、变送器、AD采集器、单片机；运算放大器将测力传感器(8)输入的mV级别的微电压信号转换为5-12V的电压信号，经变送器处理输出为整合过的模拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：于晓坤，常娜，王克毅，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31