一种头部施力和测力装置的制作方法

1本发明涉及一种施力和测力装置，具体为一种向头部施力并测量力的装置。

背景技术

2飞行员佩戴的头盔，盔壳多用玻璃钢或塑料等轻质材料制成，主要用于防止头部震伤或磕伤，并能防噪音。这种头盔能包住耳朵和两腮，装有耳机和送话器等，有的还装有可上下移动的面罩,以保护眼睛和面部。尽管采用了轻质材料，但头盔的重量依旧在2公斤左右，对于飞行员头部产生的压力会影响飞行员的工效学认知，会带来诸如飞行员作业效率的降低等问题。

3飞行员头盔佩戴的舒适度对于飞行安全以及作业效果有着重要的影响。目前针对飞行员头盔的力学舒适度的研究有清华大学的研究头盔质量和质心对军机飞行员颈部肌力的影响，以及西北工业大学对于头盔内衬材料对头盔舒适度的探讨。前者主要利用anybody建立的肌骨模型研究头盔的质量和质心的位置对胸锁乳突肌和头半棘肌的影响，其实验结果可以在设计及使用头盔的过程中提供定性或定量参考。其次，关于舒适度的研究还有对于头盔衬垫材质的研究，其主要研究头盔内衬材料本身软硬度、贮存条件下、以及冲击变形实验中的强度、变形度以推测其舒适度。

4然而，前述实验只是通过仿真技术及模型实验的方法推理头盔的舒适程度，从工效学认知角度评价头盔头部压力的舒适度的研究还是空白。另外，人体头部不同区域对于压力的承受能力不同。因此，关于头部不同区域所受压力的大小、相互关系与工效学认知之间关系的研究亟待开展。

5针对上述问题，本发明提供一种头部施力测力的装置，用于研究飞行员头部不同区域受力大小、舒适度、工效学认知之间的关系，寻找最优的施力方式帮助优化飞行员头盔设计的力学性能以使其具有较高的舒适度并符合飞行员的工效学认知。

技术实现要素：

6本发明的目的是提供一种头部施力和测力的装置，用于研究飞行员头部不同区域受力大小、舒适度与工效学认知之间的关系，寻找最优的施力方式为飞行员头盔的制作提供标准。

7为解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种头部施力测力装置，该装置由固定基架、可升降单元、头部分区装置、施力单元、测力单元组成。

8所述头部施力和测力装置的固定基架1由底座、架身构成，主要实现固定所述头部施力和测力装置主体的作用，可以使用任何强度刚度满足条件的材料制作，形态上，可以采用任意能够实现固定功能的形态。

9所述头部施力和测力装置的可升降单元2由控制升降单元、箱体结构单元构成，作用为对于不同身高的被试人员根据其坐高调整所述施力和测力装置的高度以实现所述施力和测力装置对飞行员头部正确施力，所述可升降单元的控制升降单元由套筒、螺钉组成，所述可升降单元的控制升降单元的套筒将所述固定支架的架身嵌套在内，利用所述可升降单元的控制升降单元的螺钉可实现将套筒锁紧在所述固定支架的架身的某一固定高度的功能，所述可升降单元的控制升降单元与所述可升降单元的箱体结构固连，实现控制升降单元控制箱体结构高度的功能。

10所述头部施力和测力装置的头部分区装置3由头盔型内腔31、分区片32和下颌固定带33构成，其作用为将头部分为不同的区域实现对各个区域施加不同的力，所述头部分区装置的头盔型内腔31根据飞行员平均尺寸制作，头盔型内腔31的不同区域钻有孔洞供导气管穿过，所述头部分区装置的分区片32在特定位置与头盔型内腔31固连，实现将头部分为前额区、左右头顶区、颅顶区，左右枕骨区，所述头部分区装置的下颌固定带33实现在所述头部施力和测力装置向头部施力时被试人员头部位置的固定。

11所述头部施力和测力装置的施力单元4由气囊41、电子加压泵42、电子泄气阀43、电子控制系统44构成，施力单元4实现向头部施加压力，所述施力单元4的气囊41可以通过任何合适的方式嵌入所述施力和测力装置的头部分区装置3内，所述施力单元4的气囊41与所述施力单元4的电子加压泵42和电子泄气阀43由导气管连接，所述施力单元4的电子控制系统44通过电路控制加压泵42对气囊41内气体加压与停止，实现气囊41膨胀并向头部特定区域施加力，所述施力单元的电子控制系统44通过电路控制泄气阀泄气。

12所述头部施力和测力装置的测力单元5由压强传感器51、电脑单元52组成，实现对气囊41内气压的测量与记录，所述测力单元的压强传感器51与所述施力单元的气囊41通过导气管连接，所述测力单元的电脑单元52与压强传感器51通过电路相连，将压强信号转换为电信号在电脑单元52上显示并记录。

13所述头部施力和测力装置的施力单元4的电子控制系统44根据所述头部施力和测力装置的测力单元5的电脑单元52的结果控制所述头部施力和测力装置的施力单元4的电子加压泵42和电子泄气阀43向头部不同区域精确施加均匀的压力。

14所述头部施力和测力装置的特征为：所述头部施力和测力装置的固定基架1和可升降单元2实现所述头部施力和测力装置对于不同飞行员的普遍适用性，通过所述头部施力和测力装置的头部分区装置3实现对头部的分区，再通过施力单元4中由电子控制系统44控制的电子加压泵42实现对头部不同区域进行施力，所述头部施力和测力装置的测力单元5的压强传感器51测量所施加的力并转为电信号传入电脑单元52进行显示与记录，同时测力单元5的测量结果控制施力单元4向头部不同区域施加精确的均匀的压力。

15所述头部施力和测力装置的优势为：所述头部施力和测力装置的施力单元4中的气囊41可以向头部指定区域施加均匀的压力，满足进行进一步研究的大前提；所述头部施力和测力装置的测力单元5中的电脑单元52所记录的数据，能够用于研究飞行员头部不同区域受力大小、舒适度与工效学认知之间的关系，寻找最优的施力方式为飞行员头盔的制作提供标准。所述头部施力和测力装置还可以进一步模拟在飞行过程中存在加速度时飞行员头部不同区域的受力情况，研究在加速度存在情况下飞行员头部不同区域受力大小、舒适度与工效学认知之间的关系。

附图说明

16图1为本发明的示意图。

17图中：1固定基架；2可升降单元；3头部分区装置；4施力单元；5测力单元。

18图2为本发明中头部分区装置示意图。

19图中：31头盔型内腔；32分区片；33为下颌固定带。

20图3为本发明中施力单元和测力单元的示意图。

21图中：41气囊；42电子加压泵；43电子泄压阀；44电子控制系统；51压强传感器；52电脑单元。

具体实施方式

22所述头部施力和测力装置由固定基架1、可升降单元2、头部分区装置3、施力单元4、测力单元5组成。

23所述头部施力和测力装置的固定基架1与可升降单元2配合实现所述装置对于不同飞行员的普遍适用，针对不同飞行员，根据飞行员坐高调整可升降单元高度以实现所述头部施力测力装置对飞行员头部正确施力。

24所述头部施力和测力装置的头部分区装置3实现对头部的分区。

25所述头部施力和测力装置的施力单元4的电子加压阀42在电子控制系统44的控制下对所述施力和测力装置的施力单元中4的气囊41中的气体进行加压，进而对飞行员头部的不同区域施加相应的力，所述施力单元4的电子控制系统44根据被试人员的可承受范围在适当的时间控制电子加压阀42停止加压。

26加压停止后，所述头部施力和测力装置的测力单元5中的压强传感器51测量所述头部施力和测力装置的施力单元4中的气囊41内的压强，并转化为电信号传输至所述测力单元的电脑单元52进行显示并记录，所述头部施力和测力装置的施力单元4中的电子控制系统44根据所述头部施力和测力装置的测力单元5的电脑单元52显示的压力值控制所述头部施力和测力装置的施力单元4中的电子加压泵42和电子泄气阀43施加精确的压力。

27所述头部施力和测力装置的测力单元5的电脑单元52记录完毕后，所述施力和测力装置的施力单元4中的电子控制系统44控制电子泄压阀43对所述施力单元4中的气囊41进行泄气。

28最后移去所述施力和测力装置。