用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置及其實施方法

2023-07-15 10:54:41 1

專利名稱：用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置及其實施方法
技術領域：
本發明涉及一種用於衝擊カ試驗的裝置，尤其是涉及ー種用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置及其實施方法。
背景技術：
隨著城市化進程的推進和エ業化程度的不斷提高，低速衝擊對人體傷害的機率在大幅度増加，突出表現就是高空墜物和交通工具的撞擊造成的人身傷亡事件的逐年増加。因此防護人體免受低速衝擊傷害已變成ー個重要研究課題。根據現有的中文文獻和發明以及正在使用的方法，對於防護材料的研究所採用的方法都是採用ー個內裝傳感器的衝擊頭以ー個設定的速度對樣品進行衝擊，內置傳感器採 集到的數據用來分析衝擊頭打擊樣品表面時所受的反作用力，該物理量用來表徵受試樣品的力學性能特徵，樣品打擊後產生的破壞由打擊後對樣品表面的幾何形狀測量測得。這些方法所測得的是樣品表面受衝擊點在衝擊時的狀態變化以及打擊カ消失後的樣品表面幾何形態，沒有涉及衝擊カ經過防護材料的或者說衝擊力經過路徑內發生的耗散值和耗散方式。對人身的防護，非常重要的也是最根本的是，被保護對象實際的受カ狀態和經歷，以及防護材料在打擊時的幾何形狀的即時表現。材料本身的破壞與否，衝擊物所受的反作用力值並非第一關心目標，因此，現有的方法所獲得的數據對於防護材料的了解是不透徹的，不完全的，也是不準確的。

發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供ー種可以實現真實地獲知防護材料在受到衝擊的防護性能、模擬人體在防護材料阻擋下的實際受力狀況的用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置及其實施方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現—種用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置，包括門型機架(I)、剰餘衝擊力接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、衝擊頭髮射器(4)、衝擊頭(5)、信號採集分析系統(7)和衝擊頭提升復位機構(8)，所述的剩餘衝擊カ接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、衝擊頭髮射器
(4)和衝擊頭提升復位機構⑶均設在門型機架⑴上，所述的位移傳感頭⑶設在衝擊頭髮射器(4)上，所述的衝擊頭(5)分別與衝擊頭提升復位機構(8)和衝擊頭髮射器(4)連接，所述的信號採集分析系統(7)分別連接剰餘衝擊カ接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、衝擊頭髮射器(4)、衝擊頭(5)和衝擊頭提升復位機構(8)。所述的門型機架(I)由一具有水平平面的底座(1-1)、兩根相互平行且垂直於底座(1-1)平面的立柱(1-2)、連接兩根立柱的固定橫梁(1-3)構成，所述的底座(1-1)上安裝剩餘衝擊カ接收平臺(2)。所述的剩餘衝擊カ接收平臺(2)包括沿衝擊カ方向依次安裝的樣品臺(2-3)、剩餘衝擊カ傳感器(2-2)和傳感器安裝座(2-1)，所述的樣品臺(2-3)和傳感器安裝座(2-1)間設有彈性連接件，所述的剩餘衝擊カ傳感器(2-2)由彈性連接件所夾持，並與信號採集分析系統(7)連接，所述的剩餘衝擊カ傳感器(2-2)設有多個，多個剩餘衝擊カ傳感器(2-2)以衝擊力軸線為中心做線排布或面排布；所述的多個剩餘衝擊カ傳感器(2-2)感知由樣品臺(2-3)傳遞來的信號，並輸出至信號採集分析系統(7)。所述的位移傳感頭(3)上設有發送光信號的發送模塊和接收光脈衝編碼信號的接收模塊。 所述的衝擊頭髮射器(4)包括蓄能器(4-1)、蓄能量傳感器(4-2)、蓄能量控制器(4-3)、衝擊頭擊發控制器(4-4)、導軌(4-5)和可拆卸頭端(4-6)，所述的蓄能器(4_1)分別連接蓄能量傳感器(4-2)、蓄能量控制器(4-3)和導軌(4-5)，所述的導軌(4-5)的一端連接衝擊頭擊發控制器(4-4)，另一端與可拆卸頭端(4-6)匹配連接，所述的蓄能量傳感器(4-2)、蓄能量控制器(4-3)和衝擊頭擊發控制器(4-4)均與信號採集分析系統(7)連接，所述的衝擊頭擊發控制器(4-4)與衝擊頭(5)連接；信號採集分析系統(7)向蓄能量控制器(4-3)發送開啟指令，蓄能量控制器(4-3)控制蓄能器(4-1)的輸入通道打開，向蓄能器(4-1)輸入能量，蓄能量傳感器(4-2)感知蓄能器(4-1)內能量的存儲量並將信息傳送至信號採集分析系統(7)，當蓄能器(4-1)內的能量達到約定值時，信號採集分析系統(7)向蓄能量控制器(4-3)發送關閉指令停止能量輸入，同時向衝擊頭擊發控制器(4-4)發送釋放指令釋放衝擊頭(5)，衝擊頭(5)由蓄能器(4-1)中的能量驅動沿導軌(4-5)作直線運動，對樣品臺(2-3)產生衝擊力。所述的蓄能器(4-1)為彈簧、扭簧、壓縮氣體罐或直線電機；所述的衝擊頭(5)設在導軌(4-5)內，並可在導軌(4-5)上下移動；所述的可拆卸頭端(4-6)內壁上布滿用於洩放壓縮空氣的孔洞或者溝槽。所述的衝擊頭(5)由一具有正曲率面的衝擊頭頭部(5-1)、衝擊カ傳感器(5-2)、可調節質量塊(5-3)、信號調製模塊(5-4)和標尺(5-5)組成，所述的衝擊頭頭部(5-1)依次連接可調節質量塊(5-3)、衝擊カ傳感器(5-2)和信號調製模塊(5-4)，所述的信號調製模塊(5-4)與信號採集分析系統(7)連接，所述的標尺(5-5)與可調節質量塊(5-3)連接，並設在衝擊カ傳感器(5-2)和信號調製模塊(5-4)外圍；衝擊カ傳感器(5-2)感知衝擊頭頭部(5-1)的衝擊カ信號，該信號通過信號調製模塊(5-4)後傳輸至信號採集分析系統(7)。所述的標尺(5-5)上設有用於觸發信號採集分析系統(7)開始採樣的觸發編碼，所述的標尺(5-5)為衍射光柵或反光條碼。所述的信號採集分析系統(7)包括中央控制電腦(7-1)、數據分析採集器(7-2)和用於傳輸信號的信號傳輸通道(7-3)，所述的數據分析採集器(7-2)分別通過信號傳輸通道(7-3)連接剩餘衝擊カ傳感器(2-2)、位移傳感頭(3)、蓄能量傳感器(4-2)和信號調製模塊(5-4)，所述的中央控制電腦(7-1)分別連接數據分析採集器(7-2)、蓄能量控制器(4-3)、衝擊頭擊發控制器(4-4)和衝擊頭提升復位機構(8)；衝擊カ傳感器(2-2)、位移傳感頭(3)、蓄能量傳感器(4-2)和信號調製模塊(5_4)的信號通過信號傳輸通道(7-3)處理調製後成為符合數據分析採集器(7-2)模數轉換要求的電信號輸入數據分析採集器(7-2)，數據分析採集器(7-2)對這些模擬量轉換之後，存儲並輸入中央控制電腦(7-1)進行運算、顯示，中央控制電腦(7-1)控制協調與其連接的數據分析採集器(7-2)、蓄能量控制器(4-3)、衝擊頭擊發控制器(4-4)和衝擊頭提升復位機構
(8)的動作。一種實施用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置的方法，該方法包括以下步驟I)中央控制電腦(7-1)發出測試開始的指令，蓄能量控制器(4-3)控制蓄能器(4-1)開始蓄能，蓄能量傳感器(4-2)將能量信號輸給中央控制電腦(7-1)；
2)中央控制電腦(7-1)循環判斷接收到的能量信號是否符合指定的能量值，若是，則中央控制電腦(7-1)發出指令至衝擊頭擊發控制器(4-4)解開鎖定，釋放衝擊頭
(5)；3)衝擊頭(5)受蓄能器(4-1)所蓄能量推動，沿導軌(4-5)做一段直線加速運動，待蓄能器作用力消失後，做自由落體運動，運動至可拆卸頭端(4-6)吋，衝擊頭(5)表面的標尺(5-5)進入位移傳感頭(3)信號的照射點範圍；4)位移傳感頭(3)的發送模塊發送主動信號至衝擊頭(5)的標尺(5-5)，標尺(5-5)隨衝擊頭(5)的移動反射主動信號形成脈衝，位移傳感頭(3)的接收模塊接收到標尺(5-5)的第一個觸發編碼信號後，數據分析採集器(7-2)的位移採樣通道被觸發，開始採樣；5)位移採樣信號通過信號傳輸通道(7-3)輸送到數據分析採集器(7-2)處理後再送至中央控制電腦(7-1)，中央控制電腦(7-1)將位移採樣信號與自身時鐘信號合後，得到衝擊頭(5)的實時速度、加速度和位移，同時控制數據分析採集器(7-2)打開衝擊力傳感器(5-2)和剰餘衝擊カ傳感器(2-2)的信號傳輸通道；6)衝擊頭(5)衝擊樣品臺(2-3)，衝擊カ傳感器(5_2)感知樣品臺(2_3)上受衝擊點的受カ信號，剰餘衝擊カ傳感器(2-2)感知對樣品臺(2-3)的衝擊傳遞到樣品臺(2-3)另一面的剰餘衝擊カ信號，這兩個信號均通過信號傳輸通道(7-3)傳輸至數據分析採集器(7-2)；7)數據分析採集器(7-2)對接收到的信號進行模數轉換處理後，傳輸至中央控制電腦(7-1)，中央控制電腦(7-1)計算出衝擊頭(5)對樣品的衝擊深度的位移量和加速度值，並對數據進行記錄、儲存和顯示；8)中央控制電腦(7-1)控制衝擊頭提升復位機構(8)對衝擊頭(5)施加作用力，使衝擊頭(5)回升至在待擊發位置。與現有技術相比，本發明可以實現真實地獲知防護材料，尤其是複合材料在受到衝擊的防護性能，模擬人體在防護材料阻擋下的實際受カ狀況，能夠測定出不同部分對衝擊カ的不同響應。


圖I為本發明的總體結構示意圖；圖2為本發明門型機架的示意圖；圖3為本發明剩餘衝擊カ接收平臺的示意圖4為本發明位移傳感頭的示意圖；圖5為本發明衝擊頭髮射器的示意圖；圖6為本發明可拆卸頭端的示意圖；圖7為本發明衝擊頭的示意圖；圖8為本發明衝擊頭提升復位機構與衝擊頭髮射器的連接關係示意圖；圖9為本發明信號傳遞和控制線路的示意圖；圖10為尼龍單絲經編織物表面敷貼聚碳酸酯複合防護材料接收衝擊後衝擊カ傳感器在衝擊點一面接收的衝擊信號圖譜；圖11為圖10同一受試材料、同一次衝擊接收衝擊後剩餘衝擊カ傳感器在衝擊點另ー面接收的衝擊信號圖譜。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例I如圖I所示，一種用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置，包括門型機架 I、剰餘衝擊カ接收平臺2、位移傳感頭3、衝擊頭髮射器4、衝擊頭5、信號採集分析系統7和衝擊頭提升復位機構8，剩餘衝擊カ接收平臺2、位移傳感頭3、衝擊頭髮射器4和衝擊頭提升復位機構8均設在門型機架I上，位移傳感頭3設在衝擊頭髮射器4上，衝擊頭5分別與衝擊頭提升復位機構8和衝擊頭髮射器4連接，信號採集分析系統7分別連接剰餘衝擊カ接收平臺2、位移傳感頭3、衝擊頭髮射器4、衝擊頭5和衝擊頭提升復位機構8。如圖2所示，門型機架I由一具有水平平面的底座1-1、兩根相互平行且垂直於底座1-1平面的立柱1-2、連接兩根立柱的固定橫梁1-3構成，底座1-1上安裝剩餘衝擊カ接收平臺2。如圖3所示，剩餘衝擊カ接收平臺2包括沿衝擊カ方向依次安裝的樣品臺2-3、剩餘衝擊カ傳感器2-2和傳感器安裝座2-1，樣品臺2-3和衝擊カ傳感器2-2的幾何形狀中心垂線與衝擊カ線重合，樣品臺2-3和傳感器安裝座2-1間設有彈性連接件，剰餘衝擊カ傳感器2-2由彈性連接件所夾持，以確保衝擊發生時剩餘衝擊カ傳感器2-2、樣品臺2-3、傳感器安裝座2-1之間可靠的貼合。剰餘衝擊カ傳感器2-2與信號採集分析系統7連接，剩餘衝擊カ傳感器2-2設有多個，多個剩餘衝擊カ傳感器2-2以衝擊力軸線為中心做線排布或面排布，以獲得包括衝擊カ軸線點的剰餘衝擊カ數據和距衝擊カ軸線與傳感器排布面交點不同距離的衝擊應カ耗散數據，即衝擊應カ沿試樣平面傳遞耗散的遞減規律。如圖4所示，位移傳感頭3和衝擊頭5表面的標尺5-6協作完成對衝擊頭5位移特徵信號的感知，得到的位移信號輸出至信號採集分析系統7。位移傳感頭3上設有發送光信號的發送模塊和接收光脈衝編碼信號的接收模塊。如圖5-6所示，衝擊頭髮射器4包括蓄能器4-1、蓄能量傳感器4_2、蓄能量控制器4-3、衝擊頭擊發控制器4-4、導軌4-5和可拆卸頭4-6，畜能器4-1分別連接畜能量傳感器4-2、蓄能量控制器4-3和導軌4-5,導軌4-5的一端連接衝擊頭擊發控制器4-4,另一端連接可拆卸頭端4-6，蓄能量傳感器4-2、蓄能量控制器4-3和衝擊頭擊發控制器4-4均與信號採集分析系統7連接，衝擊頭擊發控制器4-4與衝擊頭5連接。
蓄能器4-1是ー個用以存儲能量的構件，能量的儲存方式可以是彈簧壓縮能、氣體壓縮能、直線電機電能，具體可以為彈簧、扭簧、壓縮氣體罐或直線電機；蓄能量傳感器4-2用以感知蓄能器4-1內能量的存儲量；蓄能量控制器4-3用以需要向蓄能器4-1輸入能量時打開輸入通道並在需要釋放能量時解鎖向衝擊頭5釋放能量，並保留狀態直至下ー個工作循環開始；衝擊頭擊發控制器4-4，是ー個可以鎖定、釋放衝擊頭5的機構，具體而言，可以是電磁鐵、氣動執行元件等，優選地可以是ー個電磁鐵驅動做往復運動的銷釘狀構件，鎖定狀態時，頭部被電磁鐵推進到衝擊頭5的限位槽內，此時衝擊頭5活動受限制被定位在該處，釋放吋，電磁鐵將驅動銷釘狀頭部脫離鎖定位置，衝擊頭5所受限制消失，在蓄能器4-1能量動下沿導軌4-5做直線運動；導軌4-5內腔形狀與衝擊頭5最大截面處幾何形狀相等，可容納衝擊頭5在其內部做直線運動，可以是ー個圓管，衝擊頭5在該圓管內受蓄能器15提供的壓縮空氣推動獲得所需要的速度，衝擊頭5和導軌4-5之間是滑動配合；可拆卸頭端4-6內腔形狀與導軌4-5內腔形狀相等，其內壁上布滿用於洩放壓縮空氣的孔洞或者溝槽，並用於取出衝擊頭5。
如圖7所示，衝擊頭5由一具有正曲率面的衝擊頭頭部5-1、衝擊カ傳感器5-2、可調節質量塊5-3、信號調製模塊5-4和標尺5-5組成，衝擊頭頭部5-1依次連接可調節質量塊5-3、衝擊カ傳感器5-2和信號調製模塊5-4，信號調製模塊5-4與信號採集分析系統7連接，標尺5-5與可調節質量塊5-3連接，並設在衝擊カ傳感器5-2和信號調製模塊5-4外圍。衝擊頭頭部5-1可以是半球狀或半橢圓狀，材料採用耐衝擊的材料；衝擊カ傳感器5-2所得信號表徵了衝擊頭在衝擊過程中的物理量；標尺5-5上設有用於觸發信號採集分析系統7開始採樣的觸發編碼，標尺5-5為衍射光柵或反光條碼。 信號採集分析系統7包括中央控制電腦7-1、數據分析採集器7-2和用於傳輸信號的信號傳輸通道7-3。信號傳輸通道7-3優選地可以是低噪聲信號傳輸電纜；數據分析採集器7-2分別通過信號傳輸通道7-3連接剩餘衝擊カ傳感器2-2、位移傳感頭3、蓄能量傳感器4-2和信號調製模塊5-4，用於對信號進行模數轉換後，輸入中央控制電腦7-1進行存儲、運算和顯示；中央控制電腦7-1分別連接數據分析採集器7-2、蓄能量控制器4-3、衝擊頭擊發控制器4-4和衝擊頭提升復位機構8等執行機構，控制這些執行機構開或關、解鎖或釋放、啟動或停止數據採集。如圖8所示，衝擊頭提升復位機構8功能是在衝擊頭5完成衝擊後，接受中央控制電腦7-1指令對衝擊頭5施加一作用力，使其回升至在待擊發位置，由衝擊頭擊發控制器4-4鎖定，完成蓄能過程，等待擊發。對衝擊頭5施加作用力形式，可以是電磁力、彈簧力、壓縮空氣推動力，也可以是人工推力，優選地可以由ー沿導軌4-5布置的電磁線圈牽引衝擊頭5上升至衝擊頭擊發控制器4-4位置，衝擊頭擊發控制器4-4內由電磁鐵驅動做往復運動的銷釘狀構件自釋放狀態推進到鎖定狀態，鎖定衝擊頭5，或者由氣動頂槓將衝擊頭5頂推上升至衝擊頭擊發控制器4-4位置，或者由衝擊頭5頭端充入壓縮空氣，由壓縮空氣推動衝擊頭5做活塞運動回升至衝擊頭擊發控制器4-4位置，衝擊頭擊發控制器4-4內由電磁鐵驅動做往復運動的銷釘狀構件自釋放狀態推進到鎖定狀態，鎖定衝擊頭5，從而完成復位，也可以由人工進行手動復位。如圖9所示，上述用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置的實施方法包括以下步驟I)中央控制電腦7-1發出測試開始的指令，蓄能量控制器4-3控制蓄能器4_1開始蓄能，蓄能量傳感器4-2將能量信號輸給中央控制電腦7-1 ；2)中央控制電腦7-1循環判斷接收到的能量信號是否符合指定的能量值，若是，則中央控制電腦7_1發出指令至衝擊頭擊發控制器4-4解開鎖定，釋放衝擊頭5 ；3)衝擊頭5受蓄能器4-1所蓄能量推動，沿導軌4-5做一段直線加速運動，待蓄能器作用力消失後，做自由落體運動，運動至可拆卸頭4-6端時 密布的孔洞和溝槽導軌內空氣壓カ與外界平衡，衝擊頭所受的外力僅剩下重力，此時衝擊頭表面的標尺進入位移傳感器3雷射照射點範圍；4)位移傳感頭3的發送模塊發送主動信號至衝擊頭5的標尺5-5,標尺5_5隨衝擊頭5的移動反射主動信號形成脈衝，位移傳感頭3的接收模塊接收到標尺5-5的第一個觸發編碼信號後，數據分析採集器7-2的位移採樣通道被觸發，開始採樣；5)位移採樣信號通過信號傳輸通道7-3輸送到數據分析採集器7-2處理後再送至中央控制電腦7-1，中央控制電腦7-1將位移採樣信號與自身時鐘信號合後，得到衝擊頭5的實時速度、加速度和位移，同時控制數據分析採集器7-2打開衝擊力傳感器5-2和剰餘衝擊カ傳感器2-2的信號傳輸通道；6)衝擊頭5衝擊樣品臺2-3，衝擊カ傳感器5_2感知樣品臺2_3上受衝擊點的受力信號，剰餘衝擊カ傳感器2-2感知對樣品臺2-3的衝擊傳遞到樣品臺2-3另一面的剰餘衝擊カ信號，這兩個信號均通過信號傳輸通道7-3傳輸至數據分析採集器7-2 ；7)數據分析採集器7-2對接收到的信號進行模數轉換處理後，傳輸至中央控制電腦7-1，中央控制電腦7-1根據衝擊信號發生的初始時間即被定為衝擊頭接觸樣品的時間，計算出衝擊頭5對樣品的衝擊深度的位移量和加速度值，並對數據進行記錄、儲存和顯示；8)中央控制電腦7-1控制衝擊頭提升復位機構8對衝擊頭5施加作用力，使衝擊頭5回升至在待擊發位置。衝擊發生時，受:試材料在衝擊點和衝擊點的另一面在衝擊瞬間與衝擊響應的相關物理量是不同的，圖10和圖11是同一衝擊頭對同一材料衝擊瞬間記錄的衝擊カ變化曲線，圖10為尼龍單絲經編織物表面敷貼有機玻璃的複合防護材料接收衝擊後傳感器在衝擊點一面接收的衝擊信號圖譜，圖11為圖10同一受試材料尼龍單絲經編織物表面敷貼有機玻璃的複合防護材料接收衝擊後傳感器在衝擊點另一面接收的衝擊信號圖譜。圖10清晰地反映了衝擊點附近材料衝擊過程中的受カ狀態以及該點附近材料破裂經過，圖10則和圖11有很大的不同，表面的破壞和受カ並沒有完整記錄到，記錄的是受試材料衝擊點背面的受カ狀態，是衝擊カ透過受試材料後的剰餘衝擊カ值。這兩個同步記錄的數值對研究防護材料實際防護能力和性能是非常有價值的，它們反映了作為複合材料這一整體內不同部分對衝擊力的不同響應。實施例2參考圖1-9所示，一種用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置，該裝置包括由門型機架I、剰餘衝擊カ接收平臺2、速度傳感頭3、衝擊頭髮射器4、衝擊頭5、信號採集分析系統7和衝擊頭提升復位機構8。其中衝擊頭髮射器4以壓縮空氣為蓄能介質，由壓縮空氣罐4-1、電磁閥4-3、電磁銷釘4-4、壓縮空氣推動圓管4-5、空氣壓カ傳感器4_2組成，衝擊頭提升復位機構8為直線電 機。其餘同實施例I。
權利要求
1.一種用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置，其特徵在於，包括門型機架(I)、剰餘衝擊カ接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、衝擊頭髮射器(4)、衝擊頭(5)、信號採集分析系統(7)和衝擊頭提升復位機構(8)，所述的剩餘衝擊カ接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、衝擊頭髮射器(4)和衝擊頭提升復位機構(8)均設在門型機架(I)上，所述的位移傳感頭(3)設在衝擊頭髮射器(4)上，所述的衝擊頭(5)分別與衝擊頭提升復位機構(8)和衝擊頭髮射器(4)連接，所述的信號採集分析系統(7)分別連接剰餘衝擊カ接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、衝擊頭髮射器(4)、衝擊頭(5)和衝擊頭提升復位機構(8)。
2.根據權利要求I所述的ー種用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置，其特徵在於，所述的門型機架(I)由一具有水平平面的底座(1-1)、兩根相互平行且垂直於底座(1-1)平面的立柱(1-2)、連接兩根立柱的固定橫梁(1-3)構成，所述的底座(1-1)上安裝剩餘衝擊カ接收平臺(2)。
3.根據權利要求I所述的ー種用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置，其特徵在於，所述的剩餘衝擊カ接收平臺(2)包括沿衝擊カ方向依次安裝的樣品臺(2-3)、剩餘衝擊カ傳感器(2-2)和傳感器安裝座(2-1)，所述的樣品臺(2-3)和傳感器安裝座(2-1)間設有彈性連接件，所述的剩餘衝擊カ傳感器(2-2)由彈性連接件所夾持，並與信號採集分析系統(7)連接，所述的剩餘衝擊カ傳感器(2-2)設有多個，多個剩餘衝擊カ傳感器(2-2)以衝擊カ軸線為中心做線排布或面排布； 所述的多個剩餘衝擊カ傳感器(2-2)感知由樣品臺(2-3)傳遞來的信號，並輸出至信號採集分析系統(7)。
4.根據權利要求I所述的ー種用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置，其特徵在於，所述的位移傳感頭(3)上設有發送光信號的發送模塊和接收光脈衝編碼信號的接收模塊。
5.根據權利要求I所述的ー種用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置，其特徵在於，所述的衝擊頭髮射器(4)包括蓄能器(4-1)、蓄能量傳感器(4-2)、蓄能量控制器(4-3)、衝擊頭擊發控制器(4-4)、導軌(4-5)和可拆卸頭端(4-6)，所述的蓄能器(4_1)分別連接蓄能量傳感器(4-2)、蓄能量控制器(4-3)和導軌(4-5)，所述的導軌(4-5)的一端連接衝擊頭擊發控制器(4-4)，另一端與可拆卸頭端(4-6)匹配連接，所述的蓄能量傳感器(4-2)、蓄能量控制器(4-3)和衝擊頭擊發控制器(4-4)均與信號採集分析系統(7)連接，所述的衝擊頭擊發控制器(4-4)與衝擊頭(5)連接； 信號採集分析系統(7)向蓄能量控制器(4-3)發送開啟指令，蓄能量控制器(4-3)控制蓄能器(4-1)的輸入通道打開，向蓄能器(4-1)輸入能量，蓄能量傳感器(4-2)感知蓄能器(4-1)內能量的存儲量並將信息傳送至信號採集分析系統(7)，當蓄能器(4-1)內的能量達到約定值時，信號採集分析系統(7)向蓄能量控制器(4-3)發送關閉指令停止能量輸入，同時向衝擊頭擊發控制器(4-4)發送釋放指令釋放衝擊頭(5)，衝擊頭(5)由蓄能器(4-1)中的能量驅動沿導軌(4-5)作直線運動，對樣品臺(2-3)產生衝擊力。
6.根據權利要求5所述的ー種用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置，其特徵在於，所述的蓄能器(4-1)為彈簧、扭簧、壓縮氣體罐或直線電機；所述的衝擊頭(5)設在導軌(4-5)內，並可在導軌(4-5)上下移動；所述的可拆卸頭端(4-6)內壁上布滿用於洩放壓縮空氣的孔洞或者溝槽。
7.根據權利要求I所述的ー種用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置，其特徵在於，所述的衝擊頭(5)由一具有正曲率面的衝擊頭頭部(5-1)、衝擊カ傳感器(5-2)、可調節質量塊(5-3)、信號調製模塊(5-4)和標尺(5-5)組成，所述的衝擊頭頭部(5-1)依次連接可調節質量塊(5-3)、衝擊カ傳感器(5-2)和信號調製模塊(5-4)，所述的信號調製模塊(5-4)與信號採集分析系統(7)連接，所述的標尺(5-5)與可調節質量塊(5-3)連接，並設在衝擊カ傳感器(5-2)和信號調製模塊(5-4)外圍； 衝擊カ傳感器(5-2)感知衝擊頭頭部(5-1)的衝擊カ信號，該信號通過信號調製模塊(5-4)後傳輸至信號採集分析系統(7)。
8.根據權利要求7所述的ー種用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置，其特徵在於，所述的標尺(5-5)上設有用於觸發信號採集分析系統(7)開始採樣的觸發編碼，所述的標尺(5-5)為衍射光柵或反光條碼。
9.根據權利要求I所述的ー種用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置，其特徵在於，所述的信號採集分析系統(7)包括中央控制電腦(7-1)、數據分析採集器(7-2)和用於傳輸信號的信號傳輸通道(7-3)，所述的數據分析採集器(7-2)分別通過信號傳輸通道(7-3)連接剩餘衝擊カ傳感器(2-2)、位移傳感頭(3)、蓄能量傳感器(4-2)和信號調製模塊(5-4)，所述的中央控制電腦(7-1)分別連接數據分析採集器(7-2)、蓄能量控制器(4-3)、衝擊頭擊發控制器(4-4)和衝擊頭提升復位機構(8)； 衝擊カ傳感器(2-2)、位移傳感頭(3)、蓄能量傳感器(4-2)和信號調製模塊(5-4)的信號通過信號傳輸通道(7-3)處理調製後成為符合數據分析採集器(7-2)模數轉換要求的電信號輸入數據分析採集器(7-2)，數據分析採集器(7-2)對這些模擬量轉換之後，存儲並輸入中央控制電腦(7-1)進行運算、顯示，中央控制電腦(7-1)控制協調與其連接的數據分析採集器(7-2)、蓄能量控制器(4-3)、衝擊頭擊發控制器(4-4)和衝擊頭提升復位機構(8)的動作。
10.一種實施如權利要求I所述的用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置的方法，其特徵在於，該方法包括以下步驟 1)中央控制電腦(7-1)發出測試開始的指令，蓄能量控制器(4-3)控制蓄能器(4-1)開始蓄能，蓄能量傳感器(4-2)將能量信號輸給中央控制電腦(7-1)； 2)中央控制電腦(7-1)循環判斷接收到的能量信號是否符合指定的能量值，若是，則中央控制電腦(7-1)發出指令至衝擊頭擊發控制器(4-4)解開鎖定，釋放衝擊頭(5)； 3)衝擊頭(5)受蓄能器(4-1)所蓄能量推動，沿導軌(4-5)做一段直線加速運動，待蓄能器作用力消失後，做自由落體運動，運動至可拆卸頭端(4-6)吋，衝擊頭(5)表面的標尺(5-5)進入位移傳感頭(3)信號的照射點範圍； 4)位移傳感頭(3)的發送模塊發送主動信號至衝擊頭(5)的標尺(5-5),標尺(5-5)隨衝擊頭(5)的移動反射主動信號形成脈衝，位移傳感頭(3)的接收模塊接收到標尺(5-5)的第一個觸發編碼信號後，數據分析採集器(7-2)的位移採樣通道被觸發，開始採樣； 5)位移採樣信號通過信號傳輸通道(7-3)輸送到數據分析採集器(7-2)處理後再送至中央控制電腦(7-1)，中央控制電腦(7-1)將位移採樣信號與自身時鐘信號合後，得到衝擊頭(5)的實時速度、加速度和位移，同時控制數據分析採集器(7-2)打開衝擊力傳感器(5-2)和剰餘衝擊カ傳感器(2-2)的信號傳輸通道；6)衝擊頭(5)衝擊樣品臺(2-3)，衝擊カ傳感器(5-2)感知樣品臺(2-3)上受衝擊點的受カ信號，剰餘衝擊カ傳感器(2-2)感知對樣品臺(2-3)的衝擊傳遞到樣品臺(2-3)另一面的剰餘衝擊カ信號，這兩個信號均通過信號傳輸通道(7-3)傳輸至數據分析採集器(7-2)； 7)數據分析採集器(7-2)對接收到的信號進行模數轉換處理後，傳輸至中央控制電腦(7-1)，中央控制電腦(7-1)計算出衝擊頭(5)對樣品的衝擊深度的位移量和加速度值，並對數據進行記錄、儲存和顯示； 8)中央控制電腦(7-1)控制衝擊頭提升復位機構(8)對衝擊頭(5)施加作用力，使衝擊頭(5)回升至在待擊發位置。
全文摘要
本發明涉及一種用於測定材料衝擊傳遞特性和衝擊形變的裝置及其實施方法，該裝置包括門型機架(1)、剩餘衝擊力接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、衝擊頭髮射器(4)、衝擊頭(5)、信號採集分析系統(7)和衝擊頭提升復位機構(8)，所述的位移傳感頭(3)設在衝擊頭髮射器(4)上，所述的衝擊頭(5)分別與衝擊頭提升復位機構(8)和衝擊頭髮射器(4)連接，所述的信號採集分析系統(7)分別連接剩餘衝擊力接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、衝擊頭髮射器(4)、衝擊頭(5)和衝擊頭提升復位機構(8)。與現有技術相比，本發明具有可真實地獲知防護材料在受到衝擊的防護性能、模擬人體在防護材料阻擋下的實際受力狀況等優點。
文檔編號G01N3/02GK102692353SQ201210138060
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月4日 優先權日2012年5月4日
發明者劉書華, 劉曉霞, 劉茜, 吳湘濟, 張邱平, 張雪波, 徐秋月, 林蘭天, 辛斌傑, 高琮 申請人:上海工程技術大學, 萊州電子儀器有限公司, 高琮