组合式头颈及躯干冲击标定测试装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于人体冲击防护性能测试技术领域，为了解决现有技术中并没有针对头颈模型和躯干模型进行冲击标定的技术方案，从而无法得到对头颈模型和躯干模型的各种冲击数据，提出一种组合式头颈及躯干冲击标定测试装置与方法，包括：头颈标定模块和躯干标定模块，其中头颈标定模块包括，头颈模型、圆周调整模块、倾角调整模块、左右移动模块、基座、升降模块、头颈模型机架和头颈标定数据处理模块；躯干标定模块包括，胸模模型、位移传感器模块、位置调整模块、躯干模型机架和躯干标定数据处理模块。本发明专利技术可以实现头颈、躯干、头盔和防护背心的冲击标定综合测试，能够为评估损伤和防护性能提供更便捷的方式以及充分的参考依据。供更便捷的方式以及充分的参考依据。供更便捷的方式以及充分的参考依据。

【技术实现步骤摘要】
组合式头颈及躯干冲击标定测试装置与方法


[0001]本专利技术属于人体冲击防护性能测试
，具体涉及一种头颈及躯干冲击标定测试装置与方法。

技术介绍

[0002]现有的人体冲击防护性能测试装置通常包括有头颈模型、躯干模型和冲击标定机构，其中头颈模型包括头模模型和脖颈模型，冲击标定机构通常采用摆锤标定机构。头颈模型用于头盔的抗冲击防护性能检测，通过对力载荷、瞬态加速度、头颈模型偏转角速度等数据的精确测量，可获得冲击的动力学参量，进行头颈模型动力学冲击损伤评估，从而反映头盔的防护性能；躯干模型是一种模拟人体躯干进行钝挫伤测试的装置，主要用于躯干防护装置(如防护背心)的性能检测，通过位移量对躯干模型进行钝挫伤评估，确认防护装置的防护性能。在测试中通过对摆锤重量、初始角度等参数的设定以及角速度、加速度传感器等的精确测量，可获得摆锤的动力学冲击参量，从而准确标定头颈模型和躯干模型的受冲击性能。因此，建立相应的头颈模型和躯干模型进行头盔和躯干防护装置的抗冲击防护性能测试是非常重要的试验。
[0003]现有技术在头盔和躯干防护装置测试实验过程中主要是针对头盔和躯干防护装置进行各种冲击或强度测试，但头盔和躯干防护装置的作用是保护人体头部和躯干，应该对头盔和躯干防护装置内部的头部、颈部以及人体躯干部位的受力情况进行同步测试，即对头颈模型和躯干模型进行冲击标定，从而能够得到在头盔保护下的人体头部、颈部以及躯干所受到的冲击数据，这样才能测出头盔和躯干防护装置对人体的保护性能。且躯干模型属于耗材，多次测试后会产生疲劳变形影响后续测试精度，因此通过对躯干模型进行测试得到的位移量参数也可以用于评估躯干模型的疲劳程度。但现有技术中并没有公开针对头颈模型和躯干模型进行冲击标定的技术方案，从而无法得到对头颈模型和躯干模型的各种冲击数据。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种集头颈模型、躯干模型和摆锤标定机构于一体的冲击标定测试装置，能够实现头颈模型摆锤冲击标定、躯干模型摆锤冲击标定、头盔和防护背心钝击测试、防护背心高速冲击测试等功能，且通过对头颈模型多方位姿态调整以及对躯干模型的位置移动可以得到更多的测试数据，以验证头颈模型和躯干模型的相关性能参数，并为更好评估人体损伤和防护装置的防护性能提供充分的参考依据。
[0005]本专利技术提供了一种组合式头颈及躯干冲击标定测试装置，具体的技术方案如下：
[0006]一种组合式头颈及躯干冲击标定测试装置，包括：头颈标定模块和躯干标定模块；其中头颈标定模块包括：头颈模型、圆周调整模块、倾角调整模块、左右移动模块、基座、升降模块、头颈模型机架和头颈标定数据处理模块；躯干标定模块包括：胸模模型、位移传感器模块、位置调整模块、躯干模型机架和躯干标定数据处理模块；
[0007]头颈模型包括头模模型、测力模块、头颈传感器模块和脖颈模型，头模模型的壳体内部安装有测力模块；测力模块通过线缆与头颈标定数据处理模块电性连接，用于采集头模模型受到的冲击力数据；脖颈模型的上端通过头颈传感器模块与头模模型固定连接，脖颈模型下端与圆周调整模块连接；头颈传感器模块通过线缆与头颈标定数据处理模块电性连接，用于采集头模模型与脖颈模型之间的加速度和倾角数据；
[0008]圆周调整模块下端与倾角调整模块连接，圆周调整模块用于调整脖颈模型水平方向的旋转角度；
[0009]倾角调整模块下端与左右移动模块连接，用于调整脖颈模型前后方向的倾斜角度；
[0010]左右移动模块下端与基座连接，用于调整脖颈模型左右方向的位置；
[0011]基座与升降模块连接，其上端面置有用于穿过测力模块和头颈传感器模块连接线缆的过线通孔；
[0012]升降模块固定安装在头颈模型机架上，用于调整头颈标定模块的高度；
[0013]头颈模型机架采用框架式结构，其底部安装有滚轮和固定脚座，用于支撑和保护头颈标定模块；
[0014]头颈标定数据处理模块固定安装在头颈模型机架上，用于处理接收到的冲击力、加速度和倾角数据。
[0015]胸模模型包括胸模和胸模支架；胸模为空心圆柱形部件，内部安装位移传感器模块，其上下两端分别与胸模支架固定连接；胸模模型用于在冲击标定测试中模拟人体的躯干部位；
[0016]位移传感器模块设置有定位支架；定位支架固定安装有激光位移传感器和反光镜；位移传感器模块用于在冲击标定测试中采集胸模的受冲击变形量，并通过线缆将采集的变形量信号传输至躯干标定数据处理模块；
[0017]位置调整模块设置在胸模模型和躯干模型机架之间，用于调整胸模模型和躯干模型机架上、下、左、右的相对位置；
[0018]躯干模型机架采用框架式结构，其底部安装有活动脚轮和升降脚座；升降脚座置有调整手轮，旋转调整手轮能够调整躯干标定模块的高度；躯干模型机架用于支撑和保护躯干标定模块；
[0019]躯干标定数据处理模块固定安装在躯干模型机架上，用于处理接收到的胸模受冲击变形量信号；
[0020]头颈标定模块和躯干标定模块通过锁紧装置将头颈模型机架和躯干模型机架连接固定形成组合式头颈及躯干冲击标定测试装置，能够进行头颈、躯干、头盔和防护背心的冲击标定综合测试，也能够分解为两个独立模块单独进行头颈或头盔的冲击标定测试以及躯干或防护背心的冲击标定测试。
[0021]组合式头颈及躯干冲击标定测试方法包括：头颈模型冲击标定测试方法、头盔冲击防护性能测试方法、躯干模型冲击标定测试方法和防护背心冲击防护性能测试方法。
[0022]头颈模型冲击标定测试、头盔冲击防护性能测试和躯干模型冲击标定测试可以在组合式头颈及躯干冲击标定测试装置上进行测试。
[0023]其中头颈模型冲击标定测试方法包括：
[0024]S11、按测试需求选择头模模型类型；
[0025]S12、预设头盔冲击作用点为前、后、左或右4个位置之一；
[0026]S13、连接测力模块和头颈传感器模块与头颈标定数据处理模块之间的线缆；
[0027]S14、利用圆周调整模块，调整头颈模型的圆周方向，使头盔冲击作用点正对冲击方向；
[0028]S15、利用倾角调整模块，调整头颈模型的倾角，使头模模型的冲击作用点的法线处于水平方向；
[0029]S16、利用左右移动模块，调整头颈模型的左右位置，与冲击方向对齐后开始进行冲击标定测试，并采集和处理测试数据。
[0030]头盔冲击防护性能测试方法包括：
[0031]S21、按测试需求选择头模模型类型；
[0032]S22、预设头盔冲击作用点为前、后、左或右4个位置之一；
[0033]S23、连接测力模块和头颈传感器模块与头颈标定数据处理模块之间的线缆；
[0034]S24、利用圆周调整模块，调整头颈模型的圆周方向，使头盔冲击作用点正对冲击方向；
[0035]S25、利用倾角调整模块，调整头颈模型的倾角，使头模模型的冲击作用点的法线处于水平方向；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种组合式头颈及躯干冲击标定测试装置，其特征在于，包括：头颈标定模块和躯干标定模块；其中头颈标定模块包括：头颈模型、圆周调整模块、倾角调整模块、左右移动模块、基座、升降模块、头颈模型机架和头颈标定数据处理模块；躯干标定模块包括：胸模模型、位移传感器模块、位置调整模块、躯干模型机架和躯干标定数据处理模块；所述头颈模型包括头模模型、测力模块、头颈传感器模块和脖颈模型，所述头模模型的壳体内部安装有所述测力模块；所述测力模块通过线缆与所述头颈标定数据处理模块电性连接，用于采集头模模型受到的冲击力数据；所述脖颈模型的上端通过所述头颈传感器模块与所述头模模型固定连接，所述脖颈模型下端与所述圆周调整模块连接；所述头颈传感器模块通过线缆与所述头颈标定数据处理模块电性连接，用于采集所述头模模型与脖颈模型之间的加速度和倾角数据；所述圆周调整模块下端与倾角调整模块连接，所述圆周调整模块用于调整脖颈模型水平方向的旋转角度；所述倾角调整模块下端与左右移动模块连接，用于调整脖颈模型前后方向的倾斜角度；所述左右移动模块下端与所述基座连接，用于调整脖颈模型左右方向的位置；所述基座与所述升降模块连接，其上端面置有用于穿过测力模块和头颈传感器模块连接线缆的过线通孔；所述升降模块固定安装在所述头颈模型机架上，用于调整头颈标定模块的高度；所述头颈模型机架采用框架式结构，其底部安装有滚轮和固定脚座，用于支撑和保护所述头颈标定模块；所述头颈标定数据处理模块固定安装在所述头颈模型机架上，用于处理接收到的所述冲击力、加速度和倾角数据。所述胸模模型包括胸模和胸模支架；所述胸模为空心圆柱形部件，内部安装所述位移传感器模块，其上下两端分别与所述胸模支架固定连接；所述胸模模型用于在冲击标定测试中模拟人体的躯干部位；所述位移传感器模块设置有定位支架；所述定位支架固定安装有激光位移传感器和反光镜；所述位移传感器模块用于在冲击标定测试中采集所述胸模的受冲击变形量，并通过线缆将采集的变形量信号传输至所述躯干标定数据处理模块；所述位置调整模块设置在所述胸模模型和所述躯干模型机架之间，用于调整所述胸模模型和躯干模型机架上、下、左、右的相对位置；所述躯干模型机架采用框架式结构，其底部安装有活动脚轮和升降脚座；所述升降脚座置有调整手轮，旋转所述调整手轮用于调整所述躯干标定模块的高度；所述躯干模型机架用于支撑和保护所述躯干标定模块；所述躯干标定数据处理模块固定安装在所述躯干模型机架上，用于处理接收到的所述胸模受冲击变形量信号；所述头颈标定模块和躯干标定模块通过锁紧装置将所述头颈模型机架和躯干模型机架连接固定形成所述组合式头颈及躯干冲击标定测试装置，用于进行头颈、躯干、头盔和防护背心的冲击标定综合测试，也可以分解为两个独立模块单独进行头颈或头盔的冲击标定测试以及躯干或防护背心的冲击标定测试。
2.根据权利要求1所述的组合式头颈及躯干冲击标定测试装置，其特征在于，所述测力模块包括测力传感器、传感器底板、传感器顶板，所述测力传感器固定连接在所述传感器底板上，所述传感器顶板与测力传感器远离所述传感器底板的一端固定连接；所述头模模型壳体上置有凹槽，所述测力模块固定安装在所述凹槽的底壁上；所述测力模块安装在所述头模模型的前、后两侧或左、右两侧。3.根据权利要求1所述的组合式头颈及躯干冲击标定测试装置，其特征在于，所述脖颈模型包括脖颈模型主体和弹簧；所述弹簧套装在脖颈模型主体外壁，其上端和下端分别与所述头颈传感器模块和所述圆周调整模块固定连接。4.根据权利要求3所述的组合式头颈及躯干冲击标定测试装置，其特征在于，所述圆周调整模块包括所述脖颈安装板、回转轴承、定位杆和锁紧部件；所述脖颈安装板上端与所述弹簧固定连接，其下端与所述回转轴承固定连接；所述脖颈安装板的侧壁上间隔90
°
置有定位孔；所述定位杆上端置有一通孔并通过所述锁紧部件与所述脖颈模型安装板的定位孔连接；所述定位杆下端置有两个通孔，与所述倾角调整模块固定连接；所述回转轴承下端与所述倾角调整模块固定连接；所述脖颈模型在回转轴承上旋转至相应角度，所述定位杆通过所述锁紧部件将脖颈模型固定在相应角度；所述倾角调整模块包括支架主体、倾角转轴、中心锁紧把手、倾角调整基座；所述支架主体沿轴线方向置有第一通孔，其上端与所述回转轴承固定连接；所述倾角调整基座轴线方向置有带螺纹的第二通孔，其通过所述倾角转轴与所述支架主体活动连接；所述倾角转轴的轴线方向置有第三通孔；所述中心锁紧把手一端置有带螺纹的连接轴，所述连接轴穿入所述第三通孔，并与所述第二通孔螺纹连接；所述中心锁紧把手与倾角调整基座旋紧，用于将所述支架主体锁紧；所述倾角调整模块还包括角度锁紧把手，所述角度锁紧把手的一端置有带螺纹的连接杆；所述倾角调整基座置有圆弧状腰孔，所述支架主体置有一螺纹锁紧通孔，所述锁紧通孔与所述圆弧状腰孔在圆周方向上重合；所述连接杆穿过所述圆弧状腰孔与所述锁紧通孔连接，所述角度锁紧把手与所述支架主体旋紧，用于将所述支架主体锁紧在倾角调整基座上；所述左右移动模块包括轨道、传动机构、手柄和锁紧机构；所述轨道固定在所述基座的上端面；所述倾角调整基座安装在轨道上，并在轨道上左右滑动；所述传动机构用于带动倾角调整基座左右移动；所述手柄用于带动传动机构运转；所述手柄与所述传动机构的连接处安装所述锁紧机构，所述锁紧机构用于将所述手柄锁紧，使所述头颈模型固定在左右移动的相应位置；所述脖颈模块还包括脖颈支撑杆和支撑块；所述脖颈支撑杆下端与所述支架主体固定连接，上端与所述支撑块固定连接；所述支撑块抵靠在所述弹簧侧端面上；所述定位杆的下端与支架主体固定连接；所述基座下端面置有腰型通孔，通过螺钉穿过所述腰型通孔与所述升降模块连接，所述头颈模型在所述腰型通孔的范围内移动用于调整所述头颈模型的前后位置；所述升降模块包括螺母、螺杆、导向柱和升降手轮；所述螺杆竖直固定在所述头颈模型机架上；所述螺母两端通过轴承与所述升降模块下端活动连接，并与螺杆相互啮合；所述螺母远离所述升降模块的一端安装所述升降手轮，通过旋转所述升降...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯峰，龙知洲，马天，邹挺，祖媛媛，张长琦，左小青，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：