專利名稱：用于測定材料沖擊傳遞特性和沖擊形變的裝置及其實施方法
技術領域：
本發明涉及一種用于沖擊カ試驗的裝置，尤其是涉及ー種用于測定材料沖擊傳遞特性和沖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，低速沖擊對人體傷害的幾率在大幅度増加，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沖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，對于防護材料的研究所采用的方法都是采用ー個內裝傳感器的沖擊頭以ー個設定的速度對樣品進行沖擊，內置傳感器采 集到的數據用來分析沖擊頭打擊樣品表面時所受的反作用力，該物理量用來表征受試樣品的力學性能特征，樣品打擊后產生的破壞由打擊后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沖擊點在沖擊時的狀態變化以及打擊カ消失后的樣品表面幾何形態，沒有涉及沖擊カ經過防護材料的或者說沖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，沖擊物所受的反作用力值并非第一關心目標，因此，現有的方法所獲得的數據對于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沖擊的防護性能、模擬人體在防護材料阻擋下的實際受力狀況的用于測定材料沖擊傳遞特性和沖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—種用于測定材料沖擊傳遞特性和沖擊形變的裝置，包括門型機架(I)、剰余沖擊力接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、沖擊頭發射器(4)、沖擊頭(5)、信號采集分析系統(7)和沖擊頭提升復位機構(8)，所述的剩余沖擊カ接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、沖擊頭發射器
(4)和沖擊頭提升復位機構⑶均設在門型機架⑴上，所述的位移傳感頭⑶設在沖擊頭發射器(4)上，所述的沖擊頭(5)分別與沖擊頭提升復位機構(8)和沖擊頭發射器(4)連接，所述的信號采集分析系統(7)分別連接剰余沖擊カ接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、沖擊頭發射器(4)、沖擊頭(5)和沖擊頭提升復位機構(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于底座(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)上安裝剩余沖擊カ接收平臺(2)。所述的剩余沖擊カ接收平臺(2)包括沿沖擊カ方向依次安裝的樣品臺(2-3)、剩余沖擊カ傳感器(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，所述的剩余沖擊カ傳感器(2-2)由彈性連接件所夾持，并與信號采集分析系統(7)連接，所述的剩余沖擊カ傳感器(2-2)設有多個，多個剩余沖擊カ傳感器(2-2)以沖擊力軸線為中心做線排布或面排布；所述的多個剩余沖擊カ傳感器(2-2)感知由樣品臺(2-3)傳遞來的信號，并輸出至信號采集分析系統(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沖編碼信號的接收模塊。 所述的沖擊頭發射器(4)包括蓄能器(4-1)、蓄能量傳感器(4-2)、蓄能量控制器(4-3)、沖擊頭擊發控制器(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)的一端連接沖擊頭擊發控制器(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)和沖擊頭擊發控制器(4-4)均與信號采集分析系統(7)連接，所述的沖擊頭擊發控制器(4-4)與沖擊頭(5)連接；信號采集分析系統(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)內能量的存儲量并將信息傳送至信號采集分析系統(7)，當蓄能器(4-1)內的能量達到約定值時，信號采集分析系統(7)向蓄能量控制器(4-3)發送關閉指令停止能量輸入，同時向沖擊頭擊發控制器(4-4)發送釋放指令釋放沖擊頭(5)，沖擊頭(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)產生沖擊力。所述的蓄能器(4-1)為彈簧、扭簧、壓縮氣體罐或直線電機；所述的沖擊頭(5)設在導軌(4-5)內，并可在導軌(4-5)上下移動；所述的可拆卸頭端(4-6)內壁上布滿用于泄放壓縮空氣的孔洞或者溝槽。所述的沖擊頭(5)由一具有正曲率面的沖擊頭頭部(5-1)、沖擊カ傳感器(5-2)、可調節質量塊(5-3)、信號調制模塊(5-4)和標尺(5-5)組成，所述的沖擊頭頭部(5-1)依次連接可調節質量塊(5-3)、沖擊カ傳感器(5-2)和信號調制模塊(5-4)，所述的信號調制模塊(5-4)與信號采集分析系統(7)連接，所述的標尺(5-5)與可調節質量塊(5-3)連接，并設在沖擊カ傳感器(5-2)和信號調制模塊(5-4)外圍；沖擊カ傳感器(5-2)感知沖擊頭頭部(5-1)的沖擊カ信號，該信號通過信號調制模塊(5-4)后傳輸至信號采集分析系統(7)。所述的標尺(5-5)上設有用于觸發信號采集分析系統(7)開始采樣的觸發編碼，所述的標尺(5-5)為衍射光柵或反光條碼。所述的信號采集分析系統(7)包括中央控制電腦(7-1)、數據分析采集器(7-2)和用于傳輸信號的信號傳輸通道(7-3)，所述的數據分析采集器(7-2)分別通過信號傳輸通道(7-3)連接剩余沖擊カ傳感器(2-2)、位移傳感頭(3)、蓄能量傳感器(4-2)和信號調制模塊(5-4)，所述的中央控制電腦(7-1)分別連接數據分析采集器(7-2)、蓄能量控制器(4-3)、沖擊頭擊發控制器(4-4)和沖擊頭提升復位機構(8)；沖擊カ傳感器(2-2)、位移傳感頭(3)、蓄能量傳感器(4-2)和信號調制模塊(5_4)的信號通過信號傳輸通道(7-3)處理調制后成為符合數據分析采集器(7-2)模數轉換要求的電信號輸入數據分析采集器(7-2)，數據分析采集器(7-2)對這些模擬量轉換之后，存儲并輸入中央控制電腦(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采集器(7-2)、蓄能量控制器(4-3)、沖擊頭擊發控制器(4-4)和沖擊頭提升復位機構
(8)的動作。一種實施用于測定材料沖擊傳遞特性和沖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)發出指令至沖擊頭擊發控制器(4-4)解開鎖定，釋放沖擊頭
(5)；3)沖擊頭(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后，做自由落體運動，運動至可拆卸頭端(4-6)吋，沖擊頭(5)表面的標尺(5-5)進入位移傳感頭(3)信號的照射點范圍；4)位移傳感頭(3)的發送模塊發送主動信號至沖擊頭(5)的標尺(5-5)，標尺(5-5)隨沖擊頭(5)的移動反射主動信號形成脈沖，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后，數據分析采集器(7-2)的位移采樣通道被觸發，開始采樣；5)位移采樣信號通過信號傳輸通道(7-3)輸送到數據分析采集器(7-2)處理后再送至中央控制電腦(7-1)，中央控制電腦(7-1)將位移采樣信號與自身時鐘信號合后，得到沖擊頭(5)的實時速度、加速度和位移，同時控制數據分析采集器(7-2)打開沖擊力傳感器(5-2)和剰余沖擊カ傳感器(2-2)的信號傳輸通道；6)沖擊頭(5)沖擊樣品臺(2-3)，沖擊カ傳感器(5_2)感知樣品臺(2_3)上受沖擊點的受カ信號，剰余沖擊カ傳感器(2-2)感知對樣品臺(2-3)的沖擊傳遞到樣品臺(2-3)另一面的剰余沖擊カ信號，這兩個信號均通過信號傳輸通道(7-3)傳輸至數據分析采集器(7-2)；7)數據分析采集器(7-2)對接收到的信號進行模數轉換處理后，傳輸至中央控制電腦(7-1)，中央控制電腦(7-1)計算出沖擊頭(5)對樣品的沖擊深度的位移量和加速度值，并對數據進行記錄、儲存和顯示；8)中央控制電腦(7-1)控制沖擊頭提升復位機構(8)對沖擊頭(5)施加作用力，使沖擊頭(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，尤其是復合材料在受到沖擊的防護性能，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沖擊カ的不同響應。


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為本發明剩余沖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為本發明沖擊頭發射器的示意圖；圖6為本發明可拆卸頭端的示意圖；圖7為本發明沖擊頭的示意圖；圖8為本發明沖擊頭提升復位機構與沖擊頭發射器的連接關系示意圖；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復合防護材料接收沖擊后沖擊カ傳感器在沖擊點一面接收的沖擊信號圖譜；圖11為圖10同一受試材料、同一次沖擊接收沖擊后剩余沖擊カ傳感器在沖擊點另ー面接收的沖擊信號圖譜。
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，一種用于測定材料沖擊傳遞特性和沖擊形變的裝置，包括門型機架 I、剰余沖擊カ接收平臺2、位移傳感頭3、沖擊頭發射器4、沖擊頭5、信號采集分析系統7和沖擊頭提升復位機構8，剩余沖擊カ接收平臺2、位移傳感頭3、沖擊頭發射器4和沖擊頭提升復位機構8均設在門型機架I上，位移傳感頭3設在沖擊頭發射器4上，沖擊頭5分別與沖擊頭提升復位機構8和沖擊頭發射器4連接，信號采集分析系統7分別連接剰余沖擊カ接收平臺2、位移傳感頭3、沖擊頭發射器4、沖擊頭5和沖擊頭提升復位機構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于底座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上安裝剩余沖擊カ接收平臺2。如圖3所示，剩余沖擊カ接收平臺2包括沿沖擊カ方向依次安裝的樣品臺2-3、剩余沖擊カ傳感器2-2和傳感器安裝座2-1，樣品臺2-3和沖擊カ傳感器2-2的幾何形狀中心垂線與沖擊カ線重合，樣品臺2-3和傳感器安裝座2-1間設有彈性連接件，剰余沖擊カ傳感器2-2由彈性連接件所夾持，以確保沖擊發生時剩余沖擊カ傳感器2-2、樣品臺2-3、傳感器安裝座2-1之間可靠的貼合。剰余沖擊カ傳感器2-2與信號采集分析系統7連接，剩余沖擊カ傳感器2-2設有多個，多個剩余沖擊カ傳感器2-2以沖擊力軸線為中心做線排布或面排布，以獲得包括沖擊カ軸線點的剰余沖擊カ數據和距沖擊カ軸線與傳感器排布面交點不同距離的沖擊應カ耗散數據，即沖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和沖擊頭5表面的標尺5-6協作完成對沖擊頭5位移特征信號的感知，得到的位移信號輸出至信號采集分析系統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沖編碼信號的接收模塊。如圖5-6所示，沖擊頭發射器4包括蓄能器4-1、蓄能量傳感器4_2、蓄能量控制器4-3、沖擊頭擊發控制器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的一端連接沖擊頭擊發控制器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和沖擊頭擊發控制器4-4均與信號采集分析系統7連接，沖擊頭擊發控制器4-4與沖擊頭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并在需要釋放能量時解鎖向沖擊頭5釋放能量，并保留狀態直至下ー個工作循環開始；沖擊頭擊發控制器4-4，是ー個可以鎖定、釋放沖擊頭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沖擊頭5的限位槽內，此時沖擊頭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，沖擊頭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內腔形狀與沖擊頭5最大截面處幾何形狀相等，可容納沖擊頭5在其內部做直線運動，可以是ー個圓管，沖擊頭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，沖擊頭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，其內壁上布滿用于泄放壓縮空氣的孔洞或者溝槽，并用于取出沖擊頭5。
如圖7所示，沖擊頭5由一具有正曲率面的沖擊頭頭部5-1、沖擊カ傳感器5-2、可調節質量塊5-3、信號調制模塊5-4和標尺5-5組成，沖擊頭頭部5-1依次連接可調節質量塊5-3、沖擊カ傳感器5-2和信號調制模塊5-4，信號調制模塊5-4與信號采集分析系統7連接，標尺5-5與可調節質量塊5-3連接，并設在沖擊カ傳感器5-2和信號調制模塊5-4外圍。沖擊頭頭部5-1可以是半球狀或半橢圓狀，材料采用耐沖擊的材料；沖擊カ傳感器5-2所得信號表征了沖擊頭在沖擊過程中的物理量；標尺5-5上設有用于觸發信號采集分析系統7開始采樣的觸發編碼，標尺5-5為衍射光柵或反光條碼。 信號采集分析系統7包括中央控制電腦7-1、數據分析采集器7-2和用于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；數據分析采集器7-2分別通過信號傳輸通道7-3連接剩余沖擊カ傳感器2-2、位移傳感頭3、蓄能量傳感器4-2和信號調制模塊5-4，用于對信號進行模數轉換后，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分別連接數據分析采集器7-2、蓄能量控制器4-3、沖擊頭擊發控制器4-4和沖擊頭提升復位機構8等執行機構，控制這些執行機構開或關、解鎖或釋放、啟動或停止數據采集。如圖8所示，沖擊頭提升復位機構8功能是在沖擊頭5完成沖擊后，接受中央控制電腦7-1指令對沖擊頭5施加一作用力，使其回升至在待擊發位置，由沖擊頭擊發控制器4-4鎖定，完成蓄能過程，等待擊發。對沖擊頭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沖擊頭5上升至沖擊頭擊發控制器4-4位置，沖擊頭擊發控制器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，鎖定沖擊頭5，或者由氣動頂杠將沖擊頭5頂推上升至沖擊頭擊發控制器4-4位置，或者由沖擊頭5頭端充入壓縮空氣，由壓縮空氣推動沖擊頭5做活塞運動回升至沖擊頭擊發控制器4-4位置，沖擊頭擊發控制器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，鎖定沖擊頭5，從而完成復位，也可以由人工進行手動復位。如圖9所示，上述用于測定材料沖擊傳遞特性和沖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發出指令至沖擊頭擊發控制器4-4解開鎖定，釋放沖擊頭5 ；3)沖擊頭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后，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，沖擊頭所受的外力僅剩下重力，此時沖擊頭表面的標尺進入位移傳感器3激光照射點范圍；4)位移傳感頭3的發送模塊發送主動信號至沖擊頭5的標尺5-5,標尺5_5隨沖擊頭5的移動反射主動信號形成脈沖，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后，數據分析采集器7-2的位移采樣通道被觸發，開始采樣；5)位移采樣信號通過信號傳輸通道7-3輸送到數據分析采集器7-2處理后再送至中央控制電腦7-1，中央控制電腦7-1將位移采樣信號與自身時鐘信號合后，得到沖擊頭5的實時速度、加速度和位移，同時控制數據分析采集器7-2打開沖擊力傳感器5-2和剰余沖擊カ傳感器2-2的信號傳輸通道；6)沖擊頭5沖擊樣品臺2-3，沖擊カ傳感器5_2感知樣品臺2_3上受沖擊點的受力信號，剰余沖擊カ傳感器2-2感知對樣品臺2-3的沖擊傳遞到樣品臺2-3另一面的剰余沖擊カ信號，這兩個信號均通過信號傳輸通道7-3傳輸至數據分析采集器7-2 ；7)數據分析采集器7-2對接收到的信號進行模數轉換處理后，傳輸至中央控制電腦7-1，中央控制電腦7-1根據沖擊信號發生的初始時間即被定為沖擊頭接觸樣品的時間，計算出沖擊頭5對樣品的沖擊深度的位移量和加速度值，并對數據進行記錄、儲存和顯示；8)中央控制電腦7-1控制沖擊頭提升復位機構8對沖擊頭5施加作用力，使沖擊頭5回升至在待擊發位置。沖擊發生時，受:試材料在沖擊點和沖擊點的另一面在沖擊瞬間與沖擊響應的相關物理量是不同的，圖10和圖11是同一沖擊頭對同一材料沖擊瞬間記錄的沖擊カ變化曲線，圖10為尼龍單絲經編織物表面敷貼有機玻璃的復合防護材料接收沖擊后傳感器在沖擊點一面接收的沖擊信號圖譜，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復合防護材料接收沖擊后傳感器在沖擊點另一面接收的沖擊信號圖譜。圖10清晰地反映了沖擊點附近材料沖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，表面的破壞和受カ并沒有完整記錄到，記錄的是受試材料沖擊點背面的受カ狀態，是沖擊カ透過受試材料后的剰余沖擊カ值。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，它們反映了作為復合材料這一整體內不同部分對沖擊力的不同響應。實施例2參考圖1-9所示，一種用于測定材料沖擊傳遞特性和沖擊形變的裝置，該裝置包括由門型機架I、剰余沖擊カ接收平臺2、速度傳感頭3、沖擊頭發射器4、沖擊頭5、信號采集分析系統7和沖擊頭提升復位機構8。其中沖擊頭發射器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，沖擊頭提升復位機構8為直線電 機。其余同實施例I。
權利要求
1.一種用于測定材料沖擊傳遞特性和沖擊形變的裝置，其特征在于，包括門型機架(I)、剰余沖擊カ接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、沖擊頭發射器(4)、沖擊頭(5)、信號采集分析系統(7)和沖擊頭提升復位機構(8)，所述的剩余沖擊カ接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、沖擊頭發射器(4)和沖擊頭提升復位機構(8)均設在門型機架(I)上，所述的位移傳感頭(3)設在沖擊頭發射器(4)上，所述的沖擊頭(5)分別與沖擊頭提升復位機構(8)和沖擊頭發射器(4)連接，所述的信號采集分析系統(7)分別連接剰余沖擊カ接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、沖擊頭發射器(4)、沖擊頭(5)和沖擊頭提升復位機構(8)。
2.根據權利要求I所述的ー種用于測定材料沖擊傳遞特性和沖擊形變的裝置，其特征在于，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于底座(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)上安裝剩余沖擊カ接收平臺(2)。
3.根據權利要求I所述的ー種用于測定材料沖擊傳遞特性和沖擊形變的裝置，其特征在于，所述的剩余沖擊カ接收平臺(2)包括沿沖擊カ方向依次安裝的樣品臺(2-3)、剩余沖擊カ傳感器(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，所述的剩余沖擊カ傳感器(2-2)由彈性連接件所夾持，并與信號采集分析系統(7)連接，所述的剩余沖擊カ傳感器(2-2)設有多個，多個剩余沖擊カ傳感器(2-2)以沖擊カ軸線為中心做線排布或面排布； 所述的多個剩余沖擊カ傳感器(2-2)感知由樣品臺(2-3)傳遞來的信號，并輸出至信號采集分析系統(7)。
4.根據權利要求I所述的ー種用于測定材料沖擊傳遞特性和沖擊形變的裝置，其特征在于，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沖編碼信號的接收模塊。
5.根據權利要求I所述的ー種用于測定材料沖擊傳遞特性和沖擊形變的裝置，其特征在于，所述的沖擊頭發射器(4)包括蓄能器(4-1)、蓄能量傳感器(4-2)、蓄能量控制器(4-3)、沖擊頭擊發控制器(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)的一端連接沖擊頭擊發控制器(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)和沖擊頭擊發控制器(4-4)均與信號采集分析系統(7)連接，所述的沖擊頭擊發控制器(4-4)與沖擊頭(5)連接； 信號采集分析系統(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)內能量的存儲量并將信息傳送至信號采集分析系統(7)，當蓄能器(4-1)內的能量達到約定值時，信號采集分析系統(7)向蓄能量控制器(4-3)發送關閉指令停止能量輸入，同時向沖擊頭擊發控制器(4-4)發送釋放指令釋放沖擊頭(5)，沖擊頭(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)產生沖擊力。
6.根據權利要求5所述的ー種用于測定材料沖擊傳遞特性和沖擊形變的裝置，其特征在于，所述的蓄能器(4-1)為彈簧、扭簧、壓縮氣體罐或直線電機；所述的沖擊頭(5)設在導軌(4-5)內，并可在導軌(4-5)上下移動；所述的可拆卸頭端(4-6)內壁上布滿用于泄放壓縮空氣的孔洞或者溝槽。
7.根據權利要求I所述的ー種用于測定材料沖擊傳遞特性和沖擊形變的裝置，其特征在于，所述的沖擊頭(5)由一具有正曲率面的沖擊頭頭部(5-1)、沖擊カ傳感器(5-2)、可調節質量塊(5-3)、信號調制模塊(5-4)和標尺(5-5)組成，所述的沖擊頭頭部(5-1)依次連接可調節質量塊(5-3)、沖擊カ傳感器(5-2)和信號調制模塊(5-4)，所述的信號調制模塊(5-4)與信號采集分析系統(7)連接，所述的標尺(5-5)與可調節質量塊(5-3)連接，并設在沖擊カ傳感器(5-2)和信號調制模塊(5-4)外圍； 沖擊カ傳感器(5-2)感知沖擊頭頭部(5-1)的沖擊カ信號，該信號通過信號調制模塊(5-4)后傳輸至信號采集分析系統(7)。
8.根據權利要求7所述的ー種用于測定材料沖擊傳遞特性和沖擊形變的裝置，其特征在于，所述的標尺(5-5)上設有用于觸發信號采集分析系統(7)開始采樣的觸發編碼，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所述的ー種用于測定材料沖擊傳遞特性和沖擊形變的裝置，其特征在于，所述的信號采集分析系統(7)包括中央控制電腦(7-1)、數據分析采集器(7-2)和用于傳輸信號的信號傳輸通道(7-3)，所述的數據分析采集器(7-2)分別通過信號傳輸通道(7-3)連接剩余沖擊カ傳感器(2-2)、位移傳感頭(3)、蓄能量傳感器(4-2)和信號調制模塊(5-4)，所述的中央控制電腦(7-1)分別連接數據分析采集器(7-2)、蓄能量控制器(4-3)、沖擊頭擊發控制器(4-4)和沖擊頭提升復位機構(8)； 沖擊カ傳感器(2-2)、位移傳感頭(3)、蓄能量傳感器(4-2)和信號調制模塊(5-4)的信號通過信號傳輸通道(7-3)處理調制后成為符合數據分析采集器(7-2)模數轉換要求的電信號輸入數據分析采集器(7-2)，數據分析采集器(7-2)對這些模擬量轉換之后，存儲并輸入中央控制電腦(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采集器(7-2)、蓄能量控制器(4-3)、沖擊頭擊發控制器(4-4)和沖擊頭提升復位機構(8)的動作。
10.一種實施如權利要求I所述的用于測定材料沖擊傳遞特性和沖擊形變的裝置的方法，其特征在于，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)發出指令至沖擊頭擊發控制器(4-4)解開鎖定，釋放沖擊頭(5)； 3)沖擊頭(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后，做自由落體運動，運動至可拆卸頭端(4-6)吋，沖擊頭(5)表面的標尺(5-5)進入位移傳感頭(3)信號的照射點范圍； 4)位移傳感頭(3)的發送模塊發送主動信號至沖擊頭(5)的標尺(5-5),標尺(5-5)隨沖擊頭(5)的移動反射主動信號形成脈沖，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后，數據分析采集器(7-2)的位移采樣通道被觸發，開始采樣； 5)位移采樣信號通過信號傳輸通道(7-3)輸送到數據分析采集器(7-2)處理后再送至中央控制電腦(7-1)，中央控制電腦(7-1)將位移采樣信號與自身時鐘信號合后，得到沖擊頭(5)的實時速度、加速度和位移，同時控制數據分析采集器(7-2)打開沖擊力傳感器(5-2)和剰余沖擊カ傳感器(2-2)的信號傳輸通道；6)沖擊頭(5)沖擊樣品臺(2-3)，沖擊カ傳感器(5-2)感知樣品臺(2-3)上受沖擊點的受カ信號，剰余沖擊カ傳感器(2-2)感知對樣品臺(2-3)的沖擊傳遞到樣品臺(2-3)另一面的剰余沖擊カ信號，這兩個信號均通過信號傳輸通道(7-3)傳輸至數據分析采集器(7-2)； 7)數據分析采集器(7-2)對接收到的信號進行模數轉換處理后，傳輸至中央控制電腦(7-1)，中央控制電腦(7-1)計算出沖擊頭(5)對樣品的沖擊深度的位移量和加速度值，并對數據進行記錄、儲存和顯示； 8)中央控制電腦(7-1)控制沖擊頭提升復位機構(8)對沖擊頭(5)施加作用力，使沖擊頭(5)回升至在待擊發位置。
全文摘要
本發明涉及一種用于測定材料沖擊傳遞特性和沖擊形變的裝置及其實施方法，該裝置包括門型機架(1)、剩余沖擊力接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、沖擊頭發射器(4)、沖擊頭(5)、信號采集分析系統(7)和沖擊頭提升復位機構(8)，所述的位移傳感頭(3)設在沖擊頭發射器(4)上，所述的沖擊頭(5)分別與沖擊頭提升復位機構(8)和沖擊頭發射器(4)連接，所述的信號采集分析系統(7)分別連接剩余沖擊力接收平臺(2)、位移傳感頭(3)、沖擊頭發射器(4)、沖擊頭(5)和沖擊頭提升復位機構(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沖擊的防護性能、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, 辛斌杰, 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