专利名称：用于测定材料冲击传递特性和冲击形变的装置及其实施方法
技术领域：
本发明涉及一种用于冲击カ试验的装置，尤其是涉及ー种用于測定材料冲击传递特性和冲击形变的装置及其实施方法。
背景技术：
随着城市化进程的推进和エ业化程度的不断提高，低速冲击对人体伤害的几率在大幅度増加，突出表现就是高空坠物和交通工具的撞击造成的人身伤亡事件的逐年増加。因此防护人体免受低速冲击伤害已变成ー个重要研究课题。根据现有的中文文献和发明以及正在使用的方法，对于防护材料的研究所采用的方法都是采用ー个内装传感器的冲击头以ー个设定的速度对样品进行冲击，内置传感器采 集到的数据用来分析冲击头打击样品表面时所受的反作用力，该物理量用来表征受试样品的力学性能特征，样品打击后产生的破坏由打击后对样品表面的几何形状测量测得。这些方法所测得的是样品表面受冲击点在冲击时的状态变化以及打击カ消失后的样品表面几何形态，没有涉及冲击カ经过防护材料的或者说冲击力经过路径内发生的耗散值和耗散方式。对人身的防护，非常重要的也是最根本的是，被保护对象实际的受カ状态和经历，以及防护材料在打击时的几何形状的即时表现。材料本身的破坏与否，冲击物所受的反作用力值并非第一关心目标，因此，现有的方法所获得的数据对于防护材料的了解是不透彻的，不完全的，也是不准确的。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供ー种可以实现真实地获知防护材料在受到冲击的防护性能、模拟人体在防护材料阻挡下的实际受力状况的用于测定材料冲击传递特性和冲击形变的装置及其实施方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现—种用于測定材料冲击传递特性和冲击形变的装置，包括门型机架(I)、剰余冲击力接收平台(2)、位移传感头(3)、冲击头发射器(4)、冲击头(5)、信号采集分析系统(7)和冲击头提升复位机构(8)，所述的剩余冲击カ接收平台(2)、位移传感头(3)、冲击头发射器
(4)和冲击头提升复位机构⑶均设在门型机架⑴上，所述的位移传感头⑶设在冲击头发射器(4)上，所述的冲击头(5)分别与冲击头提升复位机构(8)和冲击头发射器(4)连接，所述的信号采集分析系统(7)分别连接剰余冲击カ接收平台(2)、位移传感头(3)、冲击头发射器(4)、冲击头(5)和冲击头提升复位机构(8)。所述的门型机架(I)由一具有水平平面的底座(1-1)、两根相互平行且垂直于底座(1-1)平面的立柱(1-2)、连接两根立柱的固定横梁(1-3)构成，所述的底座(1-1)上安装剩余冲击カ接收平台(2)。所述的剩余冲击カ接收平台(2)包括沿冲击カ方向依次安装的样品台(2-3)、剩余冲击カ传感器(2-2)和传感器安装座(2-1)，所述的样品台(2-3)和传感器安装座(2-1)间设有弹性连接件，所述的剩余冲击カ传感器(2-2)由弹性连接件所夹持，并与信号采集分析系统(7)连接，所述的剩余冲击カ传感器(2-2)设有多个，多个剩余冲击カ传感器(2-2)以冲击力轴线为中心做线排布或面排布；所述的多个剩余冲击カ传感器(2-2)感知由样品台(2-3)传递来的信号，并输出至信号采集分析系统(7)。所述的位移传感头(3)上设有发送光信号的发送模块和接收光脉冲编码信号的接收模块。 所述的冲击头发射器(4)包括蓄能器(4-1)、蓄能量传感器(4-2)、蓄能量控制器(4-3)、冲击头击发控制器(4-4)、导轨(4-5)和可拆卸头端(4-6)，所述的蓄能器(4_1)分别连接蓄能量传感器(4-2)、蓄能量控制器(4-3)和导轨(4-5)，所述的导轨(4-5)的一端连接冲击头击发控制器(4-4)，另一端与可拆卸头端(4-6)匹配连接，所述的蓄能量传感器(4-2)、蓄能量控制器(4-3)和冲击头击发控制器(4-4)均与信号采集分析系统(7)连接，所述的冲击头击发控制器(4-4)与冲击头(5)连接；信号采集分析系统(7)向蓄能量控制器(4-3)发送开启指令，蓄能量控制器(4-3)控制蓄能器(4-1)的输入通道打开，向蓄能器(4-1)输入能量，蓄能量传感器(4-2)感知蓄能器(4-1)内能量的存储量并将信息传送至信号采集分析系统(7)，当蓄能器(4-1)内的能量达到约定值时，信号采集分析系统(7)向蓄能量控制器(4-3)发送关闭指令停止能量输入，同时向冲击头击发控制器(4-4)发送释放指令释放冲击头(5)，冲击头(5)由蓄能器(4-1)中的能量驱动沿导轨(4-5)作直线运动，对样品台(2-3)产生冲击力。所述的蓄能器(4-1)为弹簧、扭簧、压缩气体罐或直线电机；所述的冲击头(5)设在导轨(4-5)内，并可在导轨(4-5)上下移动；所述的可拆卸头端(4-6)内壁上布满用于泄放压缩空气的孔洞或者沟槽。所述的冲击头(5)由一具有正曲率面的冲击头头部(5-1)、冲击カ传感器(5-2)、可调节质量块(5-3)、信号调制模块(5-4)和标尺(5-5)组成，所述的冲击头头部(5-1)依次连接可调节质量块(5-3)、冲击カ传感器(5-2)和信号调制模块(5-4)，所述的信号调制模块(5-4)与信号采集分析系统(7)连接，所述的标尺(5-5)与可调节质量块(5-3)连接，并设在冲击カ传感器(5-2)和信号调制模块(5-4)外围；冲击カ传感器(5-2)感知冲击头头部(5-1)的冲击カ信号，该信号通过信号调制模块(5-4)后传输至信号采集分析系统(7)。所述的标尺(5-5)上设有用于触发信号采集分析系统(7)开始采样的触发编码，所述的标尺(5-5)为衍射光栅或反光条码。所述的信号采集分析系统(7)包括中央控制电脑(7-1)、数据分析采集器(7-2)和用于传输信号的信号传输通道(7-3)，所述的数据分析采集器(7-2)分别通过信号传输通道(7-3)连接剩余冲击カ传感器(2-2)、位移传感头(3)、蓄能量传感器(4-2)和信号调制模块(5-4)，所述的中央控制电脑(7-1)分别连接数据分析采集器(7-2)、蓄能量控制器(4-3)、冲击头击发控制器(4-4)和冲击头提升复位机构(8)；冲击カ传感器(2-2)、位移传感头(3)、蓄能量传感器(4-2)和信号调制模块(5_4)的信号通过信号传输通道(7-3)处理调制后成为符合数据分析采集器(7-2)模数转换要求的电信号输入数据分析采集器(7-2)，数据分析采集器(7-2)对这些模拟量转换之后，存储并输入中央控制电脑(7-1)进行运算、显示，中央控制电脑(7-1)控制协调与其连接的数据分析采集器(7-2)、蓄能量控制器(4-3)、冲击头击发控制器(4-4)和冲击头提升复位机构
(8)的动作。一种实施用于测定材料冲击传递特性和冲击形变的装置的方法，该方法包括以下步骤I)中央控制电脑(7-1)发出测试开始的指令，蓄能量控制器(4-3)控制蓄能器(4-1)开始蓄能，蓄能量传感器(4-2)将能量信号输给中央控制电脑(7-1)；
2)中央控制电脑(7-1)循环判断接收到的能量信号是否符合指定的能量值，若是，则中央控制电脑(7-1)发出指令至冲击头击发控制器(4-4)解开锁定，释放冲击头
(5)；3)冲击头(5)受蓄能器(4-1)所蓄能量推动，沿导轨(4-5)做一段直线加速运动，待蓄能器作用力消失后，做自由落体运动，运动至可拆卸头端(4-6)吋，冲击头(5)表面的标尺(5-5)进入位移传感头(3)信号的照射点范围；4)位移传感头(3)的发送模块发送主动信号至冲击头(5)的标尺(5-5)，标尺(5-5)随冲击头(5)的移动反射主动信号形成脉冲，位移传感头(3)的接收模块接收到标尺(5-5)的第一个触发编码信号后，数据分析采集器(7-2)的位移采样通道被触发，开始采样；5)位移采样信号通过信号传输通道(7-3)输送到数据分析采集器(7-2)处理后再送至中央控制电脑(7-1)，中央控制电脑(7-1)将位移采样信号与自身时钟信号合后，得到冲击头(5)的实时速度、加速度和位移，同时控制数据分析采集器(7-2)打开冲击力传感器(5-2)和剰余冲击カ传感器(2-2)的信号传输通道；6)冲击头(5)冲击样品台(2-3)，冲击カ传感器(5_2)感知样品台(2_3)上受冲击点的受カ信号，剰余冲击カ传感器(2-2)感知对样品台(2-3)的冲击传递到样品台(2-3)另一面的剰余冲击カ信号，这两个信号均通过信号传输通道(7-3)传输至数据分析采集器(7-2)；7)数据分析采集器(7-2)对接收到的信号进行模数转换处理后，传输至中央控制电脑(7-1)，中央控制电脑(7-1)计算出冲击头(5)对样品的冲击深度的位移量和加速度值，并对数据进行记录、储存和显示；8)中央控制电脑(7-1)控制冲击头提升复位机构(8)对冲击头(5)施加作用力，使冲击头(5)回升至在待击发位置。与现有技术相比，本发明可以实现真实地获知防护材料，尤其是复合材料在受到冲击的防护性能，模拟人体在防护材料阻挡下的实际受カ状况，能够测定出不同部分对冲击カ的不同响应。
图I为本发明的总体结构示意图；图2为本发明门型机架的示意图；图3为本发明剩余冲击カ接收平台的示意图4为本发明位移传感头的示意图；图5为本发明冲击头发射器的示意图；图6为本发明可拆卸头端的示意图；图7为本发明冲击头的示意图；图8为本发明冲击头提升复位机构与冲击头发射器的连接关系示意图；图9为本发明信号传递和控制线路的示意图；图10为尼龙单丝经编织物表面敷贴聚碳酸酯复合防护材料接收冲击后冲击カ传感器在冲击点一面接收的冲击信号图谱；图11为图10同一受试材料、同一次冲击接收冲击后剩余冲击カ传感器在冲击点另ー面接收的冲击信号图谱。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例I如图I所示，一种用于測定材料冲击传递特性和冲击形变的装置，包括门型机架 I、剰余冲击カ接收平台2、位移传感头3、冲击头发射器4、冲击头5、信号采集分析系统7和冲击头提升复位机构8，剩余冲击カ接收平台2、位移传感头3、冲击头发射器4和冲击头提升复位机构8均设在门型机架I上，位移传感头3设在冲击头发射器4上，冲击头5分别与冲击头提升复位机构8和冲击头发射器4连接，信号采集分析系统7分别连接剰余冲击カ接收平台2、位移传感头3、冲击头发射器4、冲击头5和冲击头提升复位机构8。如图2所示，门型机架I由一具有水平平面的底座1-1、两根相互平行且垂直于底座1-1平面的立柱1-2、连接两根立柱的固定横梁1-3构成，底座1-1上安装剩余冲击カ接收平台2。如图3所示，剩余冲击カ接收平台2包括沿冲击カ方向依次安装的样品台2-3、剩余冲击カ传感器2-2和传感器安装座2-1，样品台2-3和冲击カ传感器2-2的几何形状中心垂线与冲击カ线重合，样品台2-3和传感器安装座2-1间设有弹性连接件，剰余冲击カ传感器2-2由弹性连接件所夹持，以确保冲击发生时剩余冲击カ传感器2-2、样品台2-3、传感器安装座2-1之间可靠的贴合。剰余冲击カ传感器2-2与信号采集分析系统7连接，剩余冲击カ传感器2-2设有多个，多个剩余冲击カ传感器2-2以冲击力轴线为中心做线排布或面排布，以获得包括冲击カ轴线点的剰余冲击カ数据和距冲击カ轴线与传感器排布面交点不同距离的冲击应カ耗散数据，即冲击应カ沿试样平面传递耗散的递减规律。如图4所示，位移传感头3和冲击头5表面的标尺5-6协作完成对冲击头5位移特征信号的感知，得到的位移信号输出至信号采集分析系统7。位移传感头3上设有发送光信号的发送模块和接收光脉冲编码信号的接收模块。如图5-6所示，冲击头发射器4包括蓄能器4-1、蓄能量传感器4_2、蓄能量控制器4-3、冲击头击发控制器4-4、导轨4-5和可拆卸头4-6，畜能器4-1分别连接畜能量传感器4-2、蓄能量控制器4-3和导轨4-5,导轨4-5的一端连接冲击头击发控制器4-4,另一端连接可拆卸头端4-6，蓄能量传感器4-2、蓄能量控制器4-3和冲击头击发控制器4-4均与信号采集分析系统7连接，冲击头击发控制器4-4与冲击头5连接。
蓄能器4-1是ー个用以存储能量的构件，能量的储存方式可以是弹簧压缩能、气体压缩能、直线电机电能，具体可以为弹簧、扭簧、压缩气体罐或直线电机；蓄能量传感器4-2用以感知蓄能器4-1内能量的存储量；蓄能量控制器4-3用以需要向蓄能器4-1输入能量时打开输入通道并在需要释放能量时解锁向冲击头5释放能量，并保留状态直至下ー个工作循环开始；冲击头击发控制器4-4，是ー个可以锁定、释放冲击头5的机构，具体而言，可以是电磁铁、气动执行元件等，优选地可以是ー个电磁铁驱动做往复运动的销钉状构件，锁定状态时，头部被电磁铁推进到冲击头5的限位槽内，此时冲击头5活动受限制被定位在该处，释放吋，电磁铁将驱动销钉状头部脱离锁定位置，冲击头5所受限制消失，在蓄能器4-1能量动下沿导轨4-5做直线运动；导轨4-5内腔形状与冲击头5最大截面处几何形状相等，可容纳冲击头5在其内部做直线运动，可以是ー个圆管，冲击头5在该圆管内受蓄能器15提供的压缩空气推动获得所需要的速度，冲击头5和导轨4-5之间是滑动配合；可拆卸头端4-6内腔形状与导轨4-5内腔形状相等，其内壁上布满用于泄放压缩空气的孔洞或者沟槽，并用于取出冲击头5。
如图7所示，冲击头5由一具有正曲率面的冲击头头部5-1、冲击カ传感器5-2、可调节质量块5-3、信号调制模块5-4和标尺5-5组成，冲击头头部5-1依次连接可调节质量块5-3、冲击カ传感器5-2和信号调制模块5-4，信号调制模块5-4与信号采集分析系统7连接，标尺5-5与可调节质量块5-3连接，并设在冲击カ传感器5-2和信号调制模块5-4外围。冲击头头部5-1可以是半球状或半椭圆状，材料采用耐冲击的材料；冲击カ传感器5-2所得信号表征了冲击头在冲击过程中的物理量；标尺5-5上设有用于触发信号采集分析系统7开始采样的触发编码，标尺5-5为衍射光栅或反光条码。 信号采集分析系统7包括中央控制电脑7-1、数据分析采集器7-2和用于传输信号的信号传输通道7-3。信号传输通道7-3优选地可以是低噪声信号传输电缆；数据分析采集器7-2分别通过信号传输通道7-3连接剩余冲击カ传感器2-2、位移传感头3、蓄能量传感器4-2和信号调制模块5-4，用于对信号进行模数转换后，输入中央控制电脑7-1进行存储、运算和显示；中央控制电脑7-1分别连接数据分析采集器7-2、蓄能量控制器4-3、冲击头击发控制器4-4和冲击头提升复位机构8等执行机构，控制这些执行机构开或关、解锁或释放、启动或停止数据采集。如图8所示，冲击头提升复位机构8功能是在冲击头5完成冲击后，接受中央控制电脑7-1指令对冲击头5施加一作用力，使其回升至在待击发位置，由冲击头击发控制器4-4锁定，完成蓄能过程，等待击发。对冲击头5施加作用力形式，可以是电磁力、弹簧力、压缩空气推动力，也可以是人工推力，优选地可以由ー沿导轨4-5布置的电磁线圈牵引冲击头5上升至冲击头击发控制器4-4位置，冲击头击发控制器4-4内由电磁铁驱动做往复运动的销钉状构件自释放状态推进到锁定状态，锁定冲击头5，或者由气动顶杠将冲击头5顶推上升至冲击头击发控制器4-4位置，或者由冲击头5头端充入压缩空气，由压缩空气推动冲击头5做活塞运动回升至冲击头击发控制器4-4位置，冲击头击发控制器4-4内由电磁铁驱动做往复运动的销钉状构件自释放状态推进到锁定状态，锁定冲击头5，从而完成复位，也可以由人工进行手动复位。如图9所示，上述用于测定材料冲击传递特性和冲击形变的装置的实施方法包括以下步骤I)中央控制电脑7-1发出测试开始的指令，蓄能量控制器4-3控制蓄能器4_1开始蓄能，蓄能量传感器4-2将能量信号输给中央控制电脑7-1 ；2)中央控制电脑7-1循环判断接收到的能量信号是否符合指定的能量值，若是，则中央控制电脑7_1发出指令至冲击头击发控制器4-4解开锁定，释放冲击头5 ；3)冲击头5受蓄能器4-1所蓄能量推动，沿导轨4-5做一段直线加速运动，待蓄能器作用力消失后，做自由落体运动，运动至可拆卸头4-6端时 密布的孔洞和沟槽导轨内空气压カ与外界平衡，冲击头所受的外力仅剩下重力，此时冲击头表面的标尺进入位移传感器3激光照射点范围；4)位移传感头3的发送模块发送主动信号至冲击头5的标尺5-5,标尺5_5随冲击头5的移动反射主动信号形成脉冲，位移传感头3的接收模块接收到标尺5-5的第一个触发编码信号后，数据分析采集器7-2的位移采样通道被触发，开始采样；5)位移采样信号通过信号传输通道7-3输送到数据分析采集器7-2处理后再送至中央控制电脑7-1，中央控制电脑7-1将位移采样信号与自身时钟信号合后，得到冲击头5的实时速度、加速度和位移，同时控制数据分析采集器7-2打开冲击力传感器5-2和剰余冲击カ传感器2-2的信号传输通道；6)冲击头5冲击样品台2-3，冲击カ传感器5_2感知样品台2_3上受冲击点的受力信号，剰余冲击カ传感器2-2感知对样品台2-3的冲击传递到样品台2-3另一面的剰余冲击カ信号，这两个信号均通过信号传输通道7-3传输至数据分析采集器7-2 ；7)数据分析采集器7-2对接收到的信号进行模数转换处理后，传输至中央控制电脑7-1，中央控制电脑7-1根据冲击信号发生的初始时间即被定为冲击头接触样品的时间，计算出冲击头5对样品的冲击深度的位移量和加速度值，并对数据进行记录、储存和显示；8)中央控制电脑7-1控制冲击头提升复位机构8对冲击头5施加作用力，使冲击头5回升至在待击发位置。冲击发生时，受:试材料在冲击点和冲击点的另一面在冲击瞬间与冲击响应的相关物理量是不同的，图10和图11是同一冲击头对同一材料冲击瞬间记录的冲击カ变化曲线，图10为尼龙单丝经编织物表面敷贴有机玻璃的复合防护材料接收冲击后传感器在冲击点一面接收的冲击信号图谱，图11为图10同一受试材料尼龙单丝经编织物表面敷贴有机玻璃的复合防护材料接收冲击后传感器在冲击点另一面接收的冲击信号图谱。图10清晰地反映了冲击点附近材料冲击过程中的受カ状态以及该点附近材料破裂经过，图10则和图11有很大的不同，表面的破坏和受カ并没有完整记录到，记录的是受试材料冲击点背面的受カ状态，是冲击カ透过受试材料后的剰余冲击カ值。这两个同步记录的数值对研究防护材料实际防护能力和性能是非常有价值的，它们反映了作为复合材料这一整体内不同部分对冲击力的不同响应。实施例2參考图1-9所示，一种用于測定材料冲击传递特性和冲击形变的装置，该装置包括由门型机架I、剰余冲击カ接收平台2、速度传感头3、冲击头发射器4、冲击头5、信号采集分析系统7和冲击头提升复位机构8。其中冲击头发射器4以压缩空气为蓄能介质，由压缩空气罐4-1、电磁阀4-3、电磁销钉4-4、压缩空气推动圆管4-5、空气压カ传感器4_2组成，冲击头提升复位机构8为直线电 机。其余同实施例I。
权利要求
1.一种用于測定材料冲击传递特性和冲击形变的装置，其特征在于，包括门型机架(I)、剰余冲击カ接收平台(2)、位移传感头(3)、冲击头发射器(4)、冲击头(5)、信号采集分析系统(7)和冲击头提升复位机构(8)，所述的剩余冲击カ接收平台(2)、位移传感头(3)、冲击头发射器(4)和冲击头提升复位机构(8)均设在门型机架(I)上，所述的位移传感头(3)设在冲击头发射器(4)上，所述的冲击头(5)分别与冲击头提升复位机构(8)和冲击头发射器(4)连接，所述的信号采集分析系统(7)分别连接剰余冲击カ接收平台(2)、位移传感头(3)、冲击头发射器(4)、冲击头(5)和冲击头提升复位机构(8)。
2.根据权利要求I所述的ー种用于測定材料冲击传递特性和冲击形变的装置，其特征在于，所述的门型机架(I)由一具有水平平面的底座(1-1)、两根相互平行且垂直于底座(1-1)平面的立柱(1-2)、连接两根立柱的固定横梁(1-3)构成，所述的底座(1-1)上安装剩余冲击カ接收平台(2)。
3.根据权利要求I所述的ー种用于測定材料冲击传递特性和冲击形变的装置，其特征在于，所述的剩余冲击カ接收平台(2)包括沿冲击カ方向依次安装的样品台(2-3)、剩余冲击カ传感器(2-2)和传感器安装座(2-1)，所述的样品台(2-3)和传感器安装座(2-1)间设有弹性连接件，所述的剩余冲击カ传感器(2-2)由弹性连接件所夹持，并与信号采集分析系统(7)连接，所述的剩余冲击カ传感器(2-2)设有多个，多个剩余冲击カ传感器(2-2)以冲击カ轴线为中心做线排布或面排布； 所述的多个剩余冲击カ传感器(2-2)感知由样品台(2-3)传递来的信号，并输出至信号采集分析系统(7)。
4.根据权利要求I所述的ー种用于測定材料冲击传递特性和冲击形变的装置，其特征在于，所述的位移传感头(3)上设有发送光信号的发送模块和接收光脉冲编码信号的接收模块。
5.根据权利要求I所述的ー种用于測定材料冲击传递特性和冲击形变的装置，其特征在于，所述的冲击头发射器(4)包括蓄能器(4-1)、蓄能量传感器(4-2)、蓄能量控制器(4-3)、冲击头击发控制器(4-4)、导轨(4-5)和可拆卸头端(4-6)，所述的蓄能器(4_1)分别连接蓄能量传感器(4-2)、蓄能量控制器(4-3)和导轨(4-5)，所述的导轨(4-5)的一端连接冲击头击发控制器(4-4)，另一端与可拆卸头端(4-6)匹配连接，所述的蓄能量传感器(4-2)、蓄能量控制器(4-3)和冲击头击发控制器(4-4)均与信号采集分析系统(7)连接，所述的冲击头击发控制器(4-4)与冲击头(5)连接； 信号采集分析系统(7)向蓄能量控制器(4-3)发送开启指令，蓄能量控制器(4-3)控制蓄能器(4-1)的输入通道打开，向蓄能器(4-1)输入能量，蓄能量传感器(4-2)感知蓄能器(4-1)内能量的存储量并将信息传送至信号采集分析系统(7)，当蓄能器(4-1)内的能量达到约定值时，信号采集分析系统(7)向蓄能量控制器(4-3)发送关闭指令停止能量输入，同时向冲击头击发控制器(4-4)发送释放指令释放冲击头(5)，冲击头(5)由蓄能器(4-1)中的能量驱动沿导轨(4-5)作直线运动，对样品台(2-3)产生冲击力。
6.根据权利要求5所述的ー种用于測定材料冲击传递特性和冲击形变的装置，其特征在于，所述的蓄能器(4-1)为弹簧、扭簧、压缩气体罐或直线电机；所述的冲击头(5)设在导轨(4-5)内，并可在导轨(4-5)上下移动；所述的可拆卸头端(4-6)内壁上布满用于泄放压缩空气的孔洞或者沟槽。
7.根据权利要求I所述的ー种用于測定材料冲击传递特性和冲击形变的装置，其特征在于，所述的冲击头(5)由一具有正曲率面的冲击头头部(5-1)、冲击カ传感器(5-2)、可调节质量块(5-3)、信号调制模块(5-4)和标尺(5-5)组成，所述的冲击头头部(5-1)依次连接可调节质量块(5-3)、冲击カ传感器(5-2)和信号调制模块(5-4)，所述的信号调制模块(5-4)与信号采集分析系统(7)连接，所述的标尺(5-5)与可调节质量块(5-3)连接，并设在冲击カ传感器(5-2)和信号调制模块(5-4)外围； 冲击カ传感器(5-2)感知冲击头头部(5-1)的冲击カ信号，该信号通过信号调制模块(5-4)后传输至信号采集分析系统(7)。
8.根据权利要求7所述的ー种用于測定材料冲击传递特性和冲击形变的装置，其特征在于，所述的标尺(5-5)上设有用于触发信号采集分析系统(7)开始采样的触发编码，所述的标尺(5-5)为衍射光栅或反光条码。
9.根据权利要求I所述的ー种用于測定材料冲击传递特性和冲击形变的装置，其特征在于，所述的信号采集分析系统(7)包括中央控制电脑(7-1)、数据分析采集器(7-2)和用于传输信号的信号传输通道(7-3)，所述的数据分析采集器(7-2)分别通过信号传输通道(7-3)连接剩余冲击カ传感器(2-2)、位移传感头(3)、蓄能量传感器(4-2)和信号调制模块(5-4)，所述的中央控制电脑(7-1)分别连接数据分析采集器(7-2)、蓄能量控制器(4-3)、冲击头击发控制器(4-4)和冲击头提升复位机构(8)； 冲击カ传感器(2-2)、位移传感头(3)、蓄能量传感器(4-2)和信号调制模块(5-4)的信号通过信号传输通道(7-3)处理调制后成为符合数据分析采集器(7-2)模数转换要求的电信号输入数据分析采集器(7-2)，数据分析采集器(7-2)对这些模拟量转换之后，存储并输入中央控制电脑(7-1)进行运算、显示，中央控制电脑(7-1)控制协调与其连接的数据分析采集器(7-2)、蓄能量控制器(4-3)、冲击头击发控制器(4-4)和冲击头提升复位机构(8)的动作。
10.一种实施如权利要求I所述的用于测定材料冲击传递特性和冲击形变的装置的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 1)中央控制电脑(7-1)发出测试开始的指令，蓄能量控制器(4-3)控制蓄能器(4-1)开始蓄能，蓄能量传感器(4-2)将能量信号输给中央控制电脑(7-1)； 2)中央控制电脑(7-1)循环判断接收到的能量信号是否符合指定的能量值，若是，则中央控制电脑(7-1)发出指令至冲击头击发控制器(4-4)解开锁定，释放冲击头(5)； 3)冲击头(5)受蓄能器(4-1)所蓄能量推动，沿导轨(4-5)做一段直线加速运动，待蓄能器作用力消失后，做自由落体运动，运动至可拆卸头端(4-6)吋，冲击头(5)表面的标尺(5-5)进入位移传感头(3)信号的照射点范围； 4)位移传感头(3)的发送模块发送主动信号至冲击头(5)的标尺(5-5),标尺(5-5)随冲击头(5)的移动反射主动信号形成脉冲，位移传感头(3)的接收模块接收到标尺(5-5)的第一个触发编码信号后，数据分析采集器(7-2)的位移采样通道被触发，开始采样； 5)位移采样信号通过信号传输通道(7-3)输送到数据分析采集器(7-2)处理后再送至中央控制电脑(7-1)，中央控制电脑(7-1)将位移采样信号与自身时钟信号合后，得到冲击头(5)的实时速度、加速度和位移，同时控制数据分析采集器(7-2)打开冲击力传感器(5-2)和剰余冲击カ传感器(2-2)的信号传输通道；6)冲击头(5)冲击样品台(2-3)，冲击カ传感器(5-2)感知样品台(2-3)上受冲击点的受カ信号，剰余冲击カ传感器(2-2)感知对样品台(2-3)的冲击传递到样品台(2-3)另一面的剰余冲击カ信号，这两个信号均通过信号传输通道(7-3)传输至数据分析采集器(7-2)； 7)数据分析采集器(7-2)对接收到的信号进行模数转换处理后，传输至中央控制电脑(7-1)，中央控制电脑(7-1)计算出冲击头(5)对样品的冲击深度的位移量和加速度值，并对数据进行记录、储存和显示； 8)中央控制电脑(7-1)控制冲击头提升复位机构(8)对冲击头(5)施加作用力，使冲击头(5)回升至在待击发位置。
全文摘要
本发明涉及一种用于测定材料冲击传递特性和冲击形变的装置及其实施方法，该装置包括门型机架(1)、剩余冲击力接收平台(2)、位移传感头(3)、冲击头发射器(4)、冲击头(5)、信号采集分析系统(7)和冲击头提升复位机构(8)，所述的位移传感头(3)设在冲击头发射器(4)上，所述的冲击头(5)分别与冲击头提升复位机构(8)和冲击头发射器(4)连接，所述的信号采集分析系统(7)分别连接剩余冲击力接收平台(2)、位移传感头(3)、冲击头发射器(4)、冲击头(5)和冲击头提升复位机构(8)。与现有技术相比，本发明具有可真实地获知防护材料在受到冲击的防护性能、模拟人体在防护材料阻挡下的实际受力状况等优点。
文档编号G01N3/02GK102692353SQ201210138060
公开日2012年9月26日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者刘书华, 刘晓霞, 刘茜, 吴湘济, 张邱平, 张雪波, 徐秋月, 林兰天, 辛斌杰, 高琮 申请人:上海工程技术大学, 莱州电子仪器有限公司, 高琮