一种假人头颈部测力装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种假人头颈部测力装置及方法。所述装置包括：控制器，第一3轴加速度传感器、第二3向加速度传感器、第三3轴加速度传感器和第四3轴加速度传感器，6分量传感器，还包括安装在头部表面上的多个压力传感器，所述压力传感器和6分量传感器的输出信号经信号调理器和模数转换器后输入至控制器，控制器基于校准后的压力传感器灵敏度计算每个压力传感器输出的压力值。本发明专利技术通过设置安装在头部表面上的多个压力传感器，可以获得头部各个部位的压力；通过基于校准后的压力传感器灵敏度计算每个压力传感器输出的压力值，解决了现有技术根据出厂时标定的压力传感器灵敏度计算压力传感器的输出电压，误差较大的问题，提高了压力测量精度。力测量精度。力测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种假人头颈部测力装置及方法


[0001]本专利技术属于电子测量
，具体涉及一种假人头颈部测力装置及方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的飞速发展，人们对科技产品安全性能的要求越来越高，自我保护意识越来越强。因此，人们对新产品人员安全性能的评估越来越重视。进行人员安全性能评估，最常用、最有效的手段就是使用模拟仿生假人进行测试，比如，利用假人模型对汽车进行驾驶人员安全性能测试。现有假人的代表是美国的hybrid III系列假人，其结构为欧洲人体体貌特征，传感器分布位置是基于汽车碰撞损伤部位设计的，如用于测量头部质心加速度、颈部压力扭矩、胸部位移、大腿压力、小腿压力扭矩等的传感器。
[0003]目前，仿真假人多是基于汽车驾驶人员安全性能测试设计的，针对一些特殊应用场景设计的仿真假人少之又少。而用于汽车的假人不能直接用于特殊的应用场景，如舰载机着陆时，由于瞬时减速会对人体产生巨大的反向加速度，由于惯性及佩戴头盔自重，人体头部会产生挥鞭效应，这就需要对人体头皮表面受力及颈部受力进行研究分析。而现有HybridIII型假人在头皮被测部位没有设置压力传感器，因此无法准确评估头部的受力情况。另外，压力传感器只是在出厂时进行过批量标定，每一个传感器的标定精度都不高；而且一般的压力传感器在使用一段时间后其测量精度都会有一定程度的下降，很难满足人员安全性能测试对传感器测量精度的要求。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种假人头颈部测力装置及方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种假人头颈部测力装置，包括：控制器，与控制器相连的安装在头部质心位置的第一3轴加速度传感器、安装在躯干部的第二3向加速度传感器、安装在头盔上的第三3轴加速度传感器和安装在靠椅上的第四3轴加速度传感器，安装在上颈部用于测量x、y、z 3个方向受力及x、y、z 3个方向扭矩的6分量传感器，其特征在于，还包括安装在头部表面上的多个压力传感器，所述压力传感器和6分量传感器的输出信号经信号调理器和模数转换器后输入至控制器，控制器基于校准后的压力传感器灵敏度计算每个压力传感器输出的压力值。
[0007]进一步地，所述装置还包括通过USB线或无线通信模块与控制器进行数据通信的上位机，主要用于基于每个压力传感器输出的压力值绘制头部受力云图。
[0008]进一步地，所述压力传感器的数量为27个。
[0009]进一步地，基于校准后的压力传感器灵敏度计算每个压力传感器输出的压力值的公式为：
[0010][0011][0012]式中，k为由电路参数决定的常数，为校准后的压力传感器灵敏度，AD为模数转换器输出的数字电压值，V为AD对应的模拟电压，AD0为压力为0时模数转换器输出的数字电压值，n为模数转换器的位数，V
CC
为模数转换器的满量程电压。
[0013]更进一步地，压力传感器灵敏度的校准方法包括：
[0014]采用标准压力计分别测量对压力传感器施加N个不同压力时的压力值F
i
，并同时读取模数转换器输出的数字电压值AD
i
，i＝1,2,
…
,N；
[0015]计算AD
i
对应的模拟电压值V
i
：
[0016][0017]压力传感器输出的压力值P
i
为：
[0018][0019]令P
i
＝F
i
，两边求和得：
[0020][0021]从而得到压力传感器灵敏度：
[0022][0023]第二方面，本专利技术提供一种应用所述装置进行压力测量的方法，包括：
[0024]分别获取第一3轴加速度传感器、第二3轴加速度传感器、第三3轴加速度传感器和第四3轴加速度传感器输出的加速度值；
[0025]获取与6分量传感器对应的模数转换器输出的数字电压值，并计算上颈部在x、y、z 3个方向的受力及x、y、z 3个方向的扭矩；
[0026]获取与每个压力传感器对应的模数转换器输出的数字电压值，并基于校准后的压力传感器灵敏度计算每个压力传感器输出的压力值。
[0027]进一步地，所述方法还包括：将每个压力传感器输出的压力数据上传到上位机，由上位机绘制头部受力云图。
[0028]进一步地，基于校准后的压力传感器灵敏度计算每个压力传感器输出的压力值的公式为：
[0029][0030][0031]式中，k为由电路参数决定的常数，为校准后的压力传感器灵敏度，AD为模数转换器输出的数字电压值，V为AD对应的模拟电压，AD0为压力为0时模数转换器输出的数字电压值，n为模数转换器的位数，V
CC
为模数转换器的满量程电压。
[0032]更进一步地，压力传感器灵敏度的校准方法包括：
[0033]采用标准压力计分别测量对压力传感器施加N个不同压力时的压力值F
i
，并同时读取模数转换器输出的数字电压值AD
i
，i＝1,2,
…
,N；
[0034]计算AD
i
对应的模拟电压值V
i
：
[0035][0036]压力传感器输出的压力值P
i
为：
[0037][0038]令P
i
＝F
i
，两边求和得：
[0039][0040]从而得到压力传感器灵敏度：
[0041][0042]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果。
[0043]本专利技术通过设置安装在头部表面上的多个压力传感器，可以获得头部各个部位的压力数据；本专利技术通过基于校准后的压力传感器灵敏度计算每个压力传感器输出的压力值，解决了现有技术根据出厂时标定的压力传感器灵敏度计算压力传感器的输出电压，误差较大的问题，提高了压力测量精度。
附图说明
[0044]图1为本专利技术实施例一种假人头颈部测力装置的组成框图。
[0045]图2为本专利技术实施例另一实施例的电路原理图。
[0046]图3为假人头颈部示意图。
[0047]图4为假人头部受力云图示意图。
[0048]图1中，1
‑
控制器，2
‑
第一3轴加速度计，3
‑
第二3轴加速度计，4
‑
第三3轴加速度计，5
‑
第四3轴加速度计，6
‑
模数转换器，7
‑
信号调理器，8
‑
压力传感器，9
‑
6分量传感器，10
‑
SD卡。
具体实施方式
[0049]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种假人头颈部测力装置，包括：控制器，与控制器相连的安装在头部质心位置的第一3轴加速度传感器、安装在躯干部的第二3向加速度传感器、安装在头盔上的第三3轴加速度传感器和安装在靠椅上的第四3轴加速度传感器，安装在上颈部用于测量x、y、z 3个方向受力及x、y、z 3个方向扭矩的6分量传感器，其特征在于，还包括安装在头部表面上的多个压力传感器，所述压力传感器和6分量传感器的输出信号经信号调理器和模数转换器后输入至控制器，控制器基于校准后的压力传感器灵敏度计算每个压力传感器输出的压力值。2.根据权利要求1所述的假人头颈部测力装置，其特征在于，所述装置还包括通过USB线或无线通信模块与控制器进行数据通信的上位机，主要用于基于每个压力传感器输出的压力值绘制头部受力云图。3.根据权利要求1所述的假人头颈部测力装置，其特征在于，所述压力传感器的数量为27个。4.根据权利要求1所述的假人头颈部测力装置，其特征在于，基于校准后的压力传感器灵敏度计算每个压力传感器输出的压力值的公式为：的公式为：式中，k为由电路参数决定的常数，为校准后的压力传感器灵敏度，AD为模数转换器输出的数字电压值，V为AD对应的模拟电压，AD0为压力为0时模数转换器输出的数字电压值，n为模数转换器的位数，V
CC
为模数转换器的满量程电压。5.根据权利要求4所述的假人头颈部测力装置，其特征在于，压力传感器灵敏度的校准方法包括：采用标准压力计分别测量对压力传感器施加N个不同压力时的压力值F
i
，并同时读取模数转换器输出的数字电压值AD
i
，i＝1,2,
…
,N；计算AD
i
对应的模拟电压值V
i
：压力传感器输出的压力值P
i
为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鸣皋，徐建中，陈子浩，单超，董雪霏，薛晓东，
申请(专利权)人：北京可维汇众科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：