用于在碰撞测试期间检测力的光纤系统技术方案

公开了一种用于拟人测试设备的身体部分的光纤系统，该光纤系统包括至少一个身体部分和至少一根光纤，该光纤具有多个彼此间隔开且处于平行关系的芯，该芯在光纤的端部之间延伸，以便感测至少一个身体部分的方位。每个芯具有沿着其长度布置的多个光栅传感器，该光栅传感器能够确定身体部分的方位和取向。传感器能够确定身体部分的方位和取向。传感器能够确定身体部分的方位和取向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在碰撞测试期间检测力的光纤系统
[0001]相关申请
[0002]本申请要求于2019年2月20日提交的美国临时专利申请第62/808,050号的优先权，该申请通过引用并入本文。


[0003]本专利技术总体涉及用于在使用拟人测试设备的碰撞测试期间检测力的系统，并且更具体地，涉及用于拟人测试设备的身体部分的光纤系统。

技术介绍

[0004]汽车、航空和其他交通工具制造商进行各种碰撞测试以测量碰撞对交通工具及其乘员的影响。通过碰撞测试，交通工具制造商获得可用于改进交通工具的有价值信息。
[0005]碰撞测试通常涉及拟人测试设备(ATD)的使用，通常被称为“撞车测试假人”。ATD由相互连接以模拟人体的多个身体部分形成。每个身体部分包括旨在代表人体关节连接的许多离散部件。换句话说，许多身体部分能够以不同的方式在多个方向上移动、扭曲和弯曲。在碰撞测试期间，ATD被置于交通工具内部并且交通工具经历模拟碰撞(台车测试)或物理碰撞。碰撞将ATD暴露在高惯性载荷下，并且ATD内部的传感器(例如加速度计、应变仪和其他传感器)产生与载荷相应的数据的电信号。电缆将这些数据的电信号传输到数据采集系统(DAS)用于后续处理。该数据揭示了关于碰撞对拟人测试设备的影响的信息，并且能够与相似碰撞可能对人类乘员的影响相关联。
[0006]ATD在撞车测试期间的移动和变形在过去也已经使用高速摄像机来视觉监测。然而，由于ATD周围结构的构造、其他假人的存在或安全气囊的膨胀，因此一些测试无法以这种方式来监测。此外，ATD的各个身体部分的定位或形状可能难以估计，例如肢体和内脏。由于使用高杨氏模量感测元件难以测量低杨氏模量材料的应变，所以使用传统的应变仪来监测模拟的软器官特别困难。
[0007]为了开发ATD的骨骼结构、器官或肉体，有必要创建或形成形状和材料以调整各种可能的刚度，人体在不同部位或部件中可能具有这些刚度。为了调整这些部件，只能通过改变身体部分或ATD的几何形状或者使用不同的材料，并尽可能接近材料刚度要求来调整。这些系统设置起来非常耗时且仅在受力时代表人体的某些方面。
[0008]ATD高度可调以允许许多不同的配置。因此，难以将ATD重新定位到精确的相同方位和取向以用于后续测试。摄像机可被用于重新对齐ATD，但方位和取向是否相同的确定性较低，尤其是对于内部身体部分，例如器官或骨骼以及被其他安装硬件遮挡的身体部分。如果ATD的方位和取向不同于后续测试中ATD的方位和取向，则结果可能会不同。

技术实现思路

[0009]因此，本专利技术提供一种用于在碰撞测试期间检测力的系统。该系统包括多个部件，该多个部件形成交通工具、测试台和/或拟人测试设备中至少一个的一部分。至少一根光纤
由部件中至少一个支撑并与部件中至少一个接触，光纤在第一端和第二端之间延伸。光纤包括在第一端和第二端之间呈彼此间隔且平行关系延伸的多个芯，并且每个芯具有一体地内接在其中的多个光栅传感器。传感器沿着第一端和第二端之间的长度间隔开。该系统还包括发射器和询问器，发射器与光纤通信以通过多个芯发射由传感器反射的具有预定波长波段的光，并且询问器与光纤通信以检测来自多个光栅传感器的经反射的光，使得经反射的光的变化指示光纤上的应变。
[0010]本专利技术还提供另一种系统，该系统包括形成拟人测试设备和模拟人体中至少一部分的多个身体部分。至少一根第一光纤由身体部分中至少一个支撑，第一光纤在第一端和第二端之间延伸。第一光纤包括在第一端和第二端之间延伸的多个芯，并且每个芯具有一体地内接在其中的多个光栅传感器，传感器沿着第一光纤的长度间隔开。该系统还包括多个部件，该多个部件形成交通工具和测试台中至少一个的一部分。至少一根第二光纤由部件中至少一个支撑，第二光纤在第一端和第二端之间延伸。第二光纤包括在第一端和第二端之间延伸的多个芯，并且每个芯具有一体地内接在其中的多个光栅传感器，传感器沿着第二光纤的长度。该系统还包括发射器和询问器，发射器与第一光纤和第二光纤通信，以便通过第一光纤和第二光纤的多个芯发射由传感器反射的具有预定波长波段的光，并且询问器与第一光纤和第二光纤通信，以便检测来自多个光栅传感器的经反射的光，使得经反射的光的变化指示光纤上的应变。第一光纤和第二光纤中至少一根的多个芯进一步被限定为在第一端和第二端之间呈彼此间隔且平行的关系。
[0011]本专利技术还提供一种拟人测试设备，其包括模拟人体中至少一部分的至少一个部件和由至少一个身体部分支撑的至少一根光纤，光纤在第一端和第二端之间延伸。光纤包括在第一端和第二端之间延伸的多个芯并且每个芯具有一体地内接在其中的多个光栅传感器，传感器沿着第一端和第二端之间的长度间隔开。多个芯进一步被限定为在第一端和第二端之间呈彼此间隔且平行的关系。
[0012]本专利技术的一个优点是光纤系统利用遍布ATD的特定身体部分而定位的多芯光纤。光纤还很小并且重量轻，从而可最小化对测试的干扰。光纤通常由非常稳定并提供可重复测试结果的石英基纤维形成。使用光纤作为感测元件还具有使电子器件远离感测位置的优点。另一个优点是光纤对环境中的电磁噪声不敏感。
[0013]本主题专利技术允许ATD被用于除撞车或碰撞测试之外的测试中，包括坠落、跳伞、航天器发射等，这些测试需要测试和后续测试之前身体部分的精确定位以确保测试的可重复性和测试结果的准确性。精确定位由多个芯协助，该精确定位为各种身体部分提供额外的定位数据。多个芯还提高了光纤和系统作为一个整体的灵敏度。
[0014]该新光纤系统的一个优点是它测量骨骼结构、器官和肉体的应力、应变和变形，以便ATD形成部件，该部件在结构、材料和形状上都能够同时变化。本专利技术的又一个优点是，由于多芯光纤带来的结构应变、应力和形状的更好测量，现在和将来使用的ATD的生物保真度得到改善。本专利技术的另一个优点是光纤系统准许更好的交通工具约束评估以预测可能的伤害。现有的测量系统依赖于放置在ATD内的各个载荷传感器(load cell)且ATD的金属结构抑制了使用此类载荷传感器来测量的能力。光纤测量系统可以被传送通过当前载荷传感器无法放置的区域。此外，光纤能够穿线经过金属结构以提供作用在期望身体部分上的力的完整分析。其他现有系统依赖于摄像机在离散冲击点拍摄的图像，这需要大量计算和外推
来确定力。本主题专利技术克服了这些不准确性并提供实时测量。
[0015]在结合附图阅读随后的描述之后，本专利技术的其他特征和优点在变得更好理解的同时将容易被领会。
附图说明
[0016]图1是根据本专利技术的光纤系统的一个实施例的侧视图，该光纤系统具有形成拟人测试(ATD)设备的多个身体部分，其中至少一根光纤被支撑在身体部分上，以一种合适的环境示出。
[0017]图2A是围绕ATD的肋骨定位的光纤系统的侧透视图。
[0018]图2B是肋骨的俯视图，示出了在经历冲击时变形的各个阶段。
[0019]图3是用于本主题专利技术的光纤系统中的光纤的局部剖切透视图。
[0020]图4是根据本主题专利技术的一个实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在碰撞测试期间检测力的系统，所述系统包括：多个部件，其形成交通工具、测试台和/或拟人测试设备中至少一个的一部分；至少一根光纤，其由所述部件中的至少一个部件支撑并与所述部件中的至少一个部件接触，其中所述光纤在第一端和第二端之间延伸；所述光纤具有在所述第一端和所述第二端之间延伸的多个芯，每个所述芯具有一体地内接在其中的多个光栅传感器，所述传感器沿着所述第一端和所述第二端之间的长度间隔开；发射器，其与所述光纤通信，以便通过所述光纤的所述多个芯发射由所述传感器反射的具有预定波长波段的光；以及询问器，其与所述光纤通信，以便检测来自所述多个光栅传感器的所述经反射的光，使得所述经反射的光的变化指示所述光纤上的应变；其中所述多个芯被进一步限定为在所述第一端和所述第二端之间呈彼此间隔且平行的关系。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个芯包括至少三个芯。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述光纤具有纵向延伸的纤轴线，其中所述芯中的一个沿着所述轴线放置。4.根据权利要求1所述的系统，其中每个所述芯的所述多个光栅传感器彼此共面。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个光栅传感器被进一步限定为光纤布拉格光栅传感器。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一根光纤还包括彼此相邻的并列光纤的纤束，其中每根所述并列光纤具有至少一个芯。7.一种用于在碰撞测试期间检测力的系统，所述系统包括：多个身体部分，其形成拟人测试设备并模拟人体中至少一部分；至少一根第一光纤，其由所述身体部分中的至少一个身体部分支撑，其中所述第一光纤在第一端和第二端之间延伸，所述第一光纤包括在所述第一端和所述第二端之间延伸的多个芯，并且每个所述芯具有一体地内接在其中的多个光栅传感器，其中所述传感器沿着所述第一光纤的长度间隔开；多个部件，其形成交通工具和测试台中至少一个的一部分；至少一根第二光纤，其由所述部件中的至少一个部件支撑，其中所述第二光纤在第一端和第二端之间延伸，所述第二光纤包括在所述第一端和所述第二端之间延伸的多个芯并且每个所述芯具有一体地内接在其中的多个光栅传感器，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：惠曼创新解决方案公司，
类型：发明
国别省市：