用於廣義舒適度檢測的人體感知模型的製作方法

2023-05-29 14:25:41

專利名稱：用於廣義舒適度檢測的人體感知模型的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及對列車乘坐廣義舒適度進行測試的測試設備，特別是一種用於廣義舒適度檢測的人體感知模型。
背景技術：
隨著高速鐵路的迅猛發展，高速鐵路的舒適性也日益成為人們關注的焦點，改善和提高高速動車組的舒適度也必然成為高速列車改進的重點之一。然而，僅僅依靠鐵路現行振動測量舒適度方法對舒適度進行評價，是遠遠不夠的，也難以保證旅客乘車的舒適性， 不適應現行鐵路旅客運輸安全、高速、舒適等協調發展的要求。所以，要改進高速列車的舒適度，只考慮列車振動的影響是無法滿足以上要求的，還需要從影響列車舒適性的其他因素進行改進，如噪聲、光強、溫度、溼度、氣體濃度，氣壓等因素，所有這些影響列車舒適性的因素，統稱廣義舒適度影響因素。由於影響廣義舒適度的因素具有複雜性，因此，獲取影響廣義舒適度的單因素與乘客舒適度主觀評價的信息，是判斷現有高速列車振動、噪聲、空氣氣壓、溫、溼度等指標是否滿足乘客舒適需求的重要依據。國外對列車舒適度的研究主要是針對其振動加速度來研究，西方發達國家早在五六十年代就開始了通過試驗來檢測列車乘坐舒適度，並且根據這些試驗數據建立了相對完善的舒適度評價標準，但是鐵路機車車輛的舒適度評價標準在國際上至今沒有統一的標準，

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種用於廣義舒適度檢測的人體感知模型，不僅可以應用於高速列車，也可以應用於地鐵、輪船、客車等各種交通工具的廣義舒適度評價，指導企業在乘坐舒適度上進行改進和評價，滿足人們對交通工具乘坐舒適度上的更高要求。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是一種用於廣義舒適度檢測的人體感知模型，包括人體模型和安裝在人體模型上的傳感器，傳感器包括振動傳感器、照度傳感器、聲級器、氣壓傳感器、溫度傳感器、溼度傳感器和氣體濃度傳感器，照度傳感器安裝在人體模型的眼睛位置，檢測車內照度，聲級器安裝在人體模型的耳朵位置，檢測噪聲等級， 氣壓傳感器、溫度傳感器安裝在人體模型的胸部位置，檢測車內氣壓和溫度，振動傳感器安裝在人體模型的臀部及背部位置檢測振動，溼度傳感器安裝在人體模型的腳部位置，檢測溼度，氣體濃度傳感器安裝在人體模型的鼻腔位置，檢測車內氣體濃度變化。本實用新型的有益效果是應用人體模型的空間結構布局和乘客身體的空間布局的相似性，對人體模型加以合理改造，應用人體模型來模擬一個乘客的具體乘坐空間，在運營列車和試驗車上檢測振動、氣壓、氣體濃度、噪聲、溫度、溼度和照度等影響乘坐舒適性的環境參數，滿足廣義舒適度檢測的需要。以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明；

圖1是本實用新型的檢測系統的結構示意圖；圖2是本實用新型的可攜式分析儀的結構示意圖；圖3是本實用新型的數據採集單元的結構示意圖；圖4是本實用新型的信號採集模塊的結構示意圖；圖5是本實用新型的人體感知模型的結構示意圖圖中，1.人體模型，2.振動傳感器，3.照度傳感器，4.聲級器，5.氣壓傳感器，6溫度傳感器，7.溼度傳感器，8.氣體濃度傳感器。
具體實施方式
如圖5所示，一種用於廣義舒適度檢測的人體感知模型，包括人體模型1和安裝在人體模型1上的傳感器，傳感器包括振動傳感器2、照度傳感器3、聲級器4、氣壓傳感器5、 溫度傳感器6、溼度傳感器7和氣體濃度傳感器8，照度傳感器3安裝在人體模型1的眼睛位置，檢測車內照度，聲級器4安裝在人體模型1的耳朵位置，檢測噪聲等級，氣壓傳感器5、 溫度傳感器6安裝在人體模型1的胸部位置，檢測車內氣壓和溫度，振動傳感器2安裝在人體模型1的臀部及背部位置檢測振動，溼度傳感器7安裝在人體模型1的腳部位置，檢測溼度，氣體濃度傳感器8安裝在人體模型的鼻腔位置，檢測車內氣體濃度變化。如圖1所示，在人體模型內還設置有採集傳感器數據的數據採集單元和無線傳輸單元，傳感器、數據採集單元和無線傳輸單元依次連接，數據採集單元採集數據後通過無線傳輸單元無線傳輸給可攜式分析儀。檢測系統和可攜式分析儀採用無線網絡進行通訊，各測點通過無線網絡實現數據同步。無線網絡基於ZigBee無線通訊協議，具有自動組網、傳輸可靠和低功率等特點，能夠滿足可攜式檢測平臺要求。如圖3所示，數據採集單元包括單片機、大容量存儲器、電源模塊和信號採集模塊，無線傳輸單元、大容量存儲器、電源模塊和信號採集模塊分別與單片機連接，受單片機的控制，人體模型上的各傳感器經過信號採集模塊採集，存儲到大容量的存儲器中並通過無線傳輸單元發送到可攜式分析儀。數據採集單元還具有USB接口，USB接口與單片機連接，單片機為STM32單片機，大容量存儲器為SD卡存儲器，STM32單片機通過SPI總線採集到的傳感器的所有的數據都以文件的形式存儲到SD卡存儲器中，並可通過USB接口讀取採集的原始數據，所有的數據文件存儲都採用HDF5格式。HDF5是一種用於存儲科學數據的文件格式和庫文件，它有一個強大而靈活的數據模塊，支持管理大於2G的數據文件，並且支持並行10。如圖4所示，信號採集模塊包括信號調理電路和AD採集板，AD採集板和數據採集單元的單片機通過SPI總線進行數據傳輸，每路傳感器給配備一個相應的信號採集模塊， 聲級器檢測的噪聲信號聲級器採樣頻率比較高，所以單獨佔用一條SPI總線，其他傳感器採用的數據掛載在一條SPI總線上，從而實現對數據的同步採集。模擬信號採集分為直接電壓AD採集、電壓源供電的微電壓信號採集和電流源供電的微電壓信號採集，振動、照度和氣體濃度為直接電壓AD採集，氣壓為電壓源供電的微電壓信號採集，聲級器檢測的噪聲信號為電流源供電的微電壓信號採集。(1)直接電壓AD採集直接電壓AD採集電路設計相對簡單，只用把輸入信號進行低通抗混濾波後進行 AD採集即可。此處低通濾波器選用MAXIM的MAX7410來實現。由於所選傳感器信號輸出電壓均為0-5V，而主控晶片ADC基準電壓為3V，所以需要將輸出電壓分壓後再經過一個跟隨電路後採集，跟隨電路運算放大器採用AD8031。(2)電壓源供電的微電壓信號採集電壓源供電的微電壓信號採集由信號調理電路和直接電壓AD採集電路組成。信號調理電路可調理放大任何惠更斯橋路信號及類似信號。該調理電路通過兩級運算放大器實現，同時二級放大通過與一個DAC輸出電壓比較，從而適應最大範圍的前端輸入，實現不失真情況下的最大放大倍數，進而實現最高精度。硬體電路中，一級放大通過AD8231儀表放大器來實現，二級放大電路通過普通雙運算放大器0PA2347來實現，並加入電壓跟隨電路，提高調理穩定性；二級放大比較電壓通過 DAC器件DAC7513來提供。(3)電流源供電的微電壓信號採集電流源供電的微電壓信號採集電路與電壓源微電壓信號採集電路比較相似，只是將前者一級和二級放大順序調換。該調理電路在提供信號調理功能的同時還要提供恆流源，恆流源的提供通過LT3092來提供。同樣，電流源微電壓信號經過調理後也要接入直接電壓AD採集電路，並接入單片機進行信號採集。如圖2所示的可攜式分析儀採用ARM+linux/Win CE的形式，包括ARM處理器、無線模塊、存儲器、鍵盤、顯示屏、接口模塊和電源模塊，無線模塊、存儲器、存儲器、鍵盤、顯示屏、接口模塊和電源模塊分別與ARM處理器連接，存儲器包括RAM和ROM存儲器，接口模塊包括USB和網絡等接口，檢測系統採集的數據通過無線方式傳輸，由可攜式分析儀的無線模塊接收，存儲器保存數據，ARM處理器實時計算廣義舒適度並顯示在顯示屏上，所有的數據信息都可通過接口模塊導出，方便研究人員對數據進一步分析計算和研究。為了提高系統的可擴展性，可攜式分析儀在硬體上留有可擴展的IO 口，在軟體上留有API程序接口，方便對系統進行升級改造。可攜式分析儀的設計，主要是為了方便使用者遠程管理及實時查看測試數據，它的存在可以是整個測試過程處於一個相對隱蔽的環境之中，可以防止由於乘客圍觀造成的車內秩序混亂及測試準確度影響。其中的軟體設計主要是依據下面的舒適度數據處理算法來判斷。整個檢測平臺的基本工作流程如下整個檢測系統採用單片機控制，人體模型上的傳感器輸出的信號經各自調理電路處理後，進入AD採集板轉換成數字量並存儲到大容量的存儲器中，通過無線發送到可攜式分析儀。每一路傳感器配備有一塊AD板，這些AD板通過SPI總線的方式傳輸給STM32單片機。其中噪聲的採樣頻率比較高，所以單獨佔用一條SPI總線。其他的各路信號則掛載在一條SPI總線上。從而實現對數據的同步採集。檢測系統採用低功耗設計，使用大容量可充電鋰電池供電，當不進行採集操作時可控制其進入休眠狀態，從而保證檢測系統長時間的工作。[0031]STM32單片機通過SPI總線對信號採集模塊的參數進行設置，並通過SPI總線採集到傳感器的信號後，所有採集的數據都以文件的形式存儲到SD卡存儲器中，並可以通過 USB接口讀取採集的原始數據。STM32還要對數據進行組織並通過無線網絡發送到可攜式分析儀。對數據進行組織實際上就是協調整理各路數據，特別是高採樣率的數據，以便於傳輸。可攜式分析儀的舒適度數據處理算法分為分項舒適度算法和廣義舒適度算法，分項舒適度算法按照各個物理量的現行標準計算，廣義舒適度N = Σ NiWi ；式中Ni為各個分項舒適度等級值，Wi為其廣義舒適度加權係數。
權利要求1. 一種用於廣義舒適度檢測的人體感知模型，其特徵是包括人體模型(1)和安裝在人體模型(1)上的傳感器，傳感器包括振動傳感器( 、照度傳感器C3)、聲級器(4)、氣壓傳感器(5)、溫度傳感器(6)、溼度傳感器(7)和氣體濃度傳感器(8)，照度傳感器C3)安裝在人體模型(1)的眼睛位置，檢測車內照度，聲級器(4)安裝在人體模型(1)的耳朵位置，檢測噪聲等級，氣壓傳感器(5)、溫度傳感器(6)安裝在人體模型(1)的胸部位置，檢測車內氣壓和溫度，振動傳感器( 安裝在人體模型(1)的臀部及背部位置檢測振動，溼度傳感器 (7)安裝在人體模型(1)的腳部位置，檢測溼度，氣體濃度傳感器(8)安裝在人體模型的鼻腔位置，檢測車內氣體濃度變化。
專利摘要本實用新型涉及對列車乘坐廣義舒適度進行測試的測試設備，特別是一種用於廣義舒適度檢測的人體感知模型，包括人體模型和安裝在人體模型上的傳感器，照度傳感器安裝在人體模型的眼睛位置，聲級器安裝在人體模型的耳朵位置，氣壓傳感器、溫度傳感器安裝在人體模型的胸部位置，振動傳感器安裝在人體模型的臀部及背部位置檢測振動，溼度傳感器安裝在人體模型的腳部位置，氣體濃度傳感器安裝在人體模型的鼻腔位置。本實用新型的有益效果是應用人體模型的空間結構布局和乘客身體的空間布局的相似性，對人體模型加以合理改造，在運營列車和試驗車上檢測環境參數振動、氣壓、氣體濃度、噪聲、溫度、溼度和照度，滿足廣義舒適度檢測的需要。
文檔編號G01W1/17GK202182954SQ20112030475
公開日2012年4月4日 申請日期2011年8月22日 優先權日2011年8月22日
發明者任愈, 馮豔波, 劉璐, 楊強, 林建輝, 王迎科, 陳建政 申請人:西南交通大學