基于测力板的人致载荷测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于测力板的人致载荷测试系统，属于生物力学领域。由检测系统、人行通道、数据处理系统组成。检测系统为测力板；人行通道包括：引入通道、测试平台、引出通道、配重；引入通道与引出通道位于测试平台的两侧，引入板、测试板、承重板、引出板需处于同一水平面上；配重按重量对称置于承重板的两侧；测力板放置于基板中心点的下方；数据处理系统通过检测系统采集数据；本发明较贴近地再现了人在水平地面上接近自然状态下的多种前进方式(走、踏、跑、跳等)并进行测试。
【专利说明】基于测力板的人致载荷测试系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于测力板的人致载荷测试系统，属于生物力学领域。
【背景技术】
[0002]社会经济的迅速发展使得国内公共载人结构(如人行桥、体育场馆看台、歌舞厅、剧院等)的数量越来越多，而新的结构材料、结构体系、施工方法使得公共载人结构变得跨度更大、更轻柔。这些结构在正常使用下更容易受人致载荷的影响而引起剧烈振动。所谓人致载荷是指人在不同行为下，例如行走、踏步、跑步、跳跃等不同情况下对地面产生的动态载荷。人致载荷可分解为三个方向的分量，即沿重力方向的竖向力(简称竖向载荷)，与前进方向垂直的水平横向力(简称横向载荷)和沿前进方向的水平纵向力(简称纵向载荷)。人致载荷的主要特征参数有人体重力、迈步频率、每步步长、前进速度、相位角等。人的不同前进方式(走、踏、跑、跳等)具有不同的特征参数。
[0003]早期的单人动载荷测量一般在固定于地面的测力板或走步机上测量。Harper于20世纪60年代用测力板做了最早的行人载荷测量实验，Andriacchi于20世纪70年代利用测力板测量了单人载荷在三个方向的分量。1996年美国宾州大学的Ebrahimpour等人建造了一个长14.2m、宽2m的多模块固定测力平台，能够较准确地测量出人体行走的竖向载荷。波兰学者Zoltowski等人设计了竖向振动平台上的走步机测力装置来模拟人与结构的竖向相互作用力。2006年日本学者Nakamura等人设计了横向振动平台上的走步机测力装置，测试了人在上面踏步时的横向载荷。意大利学者Ricciardelli应用横向振动平台上的走步机系统进行了受试者的走步试验。
[0004]总结之前国内外的人致载荷测试装置，它们大致存在以下问题:基于测力板的测试装置由于行人在抬脚踏上侧力板时会因板和地面的高度差而产生附加作用力，测得的人致载荷的三个方向的分量会有一定偏差，且受试者大多只能走一个单步；而基于走步机的测试装置由于传送带的均匀传送，受试者会均匀化左右脚之间和两个连续单步之间的差异，大多数人在跑步机设定的步速下，步长偏大或步频偏小，而且在走步机上的视觉感受和平衡感也完全不同于在自然状态的走或跑。因此，不论是基于测力板的测试装置还是基于走步机上的测试装置，它们都不能很好地测量既包含行走，又包含踏步、跑步、跳跃等多工况下接近自然前进状态的多步载荷信息。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决现有人致载荷测试装置存在的不足，提出了一种基于测力板的人致载荷测试系统，可以得到人在各种动作下的多步动态载荷，并且可以给出人在测试通道上的位置信息。
[0006]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0007]基于测力板的人致载荷测试系统，由检测系统、人行通道、数据处理系统组成。
[0008]检测系统为测力板，用于确定人通过人行通道时对通道表面产生的作用力。[0009]人行通道的主要功能是提供一条通道来引导行人通过检测系统，并固定测力板。
[0010]人行通道包括:引入通道、测试平台、引出通道、配重；
[0011]所述引入通道与引出通道包括:引入板、支腿、引出板；引入板、引出板由支腿支撑；引入通道和引出通道的作用是实现过渡，引导受试者进入和离开测试平台，确保受试者在测试平台的前进为接近自然状态；
[0012]所述测试平台包括:基板、测试板、承重板；2块测试板固定于基板上方，其短边分别与基板的短边对齐；承重板固定于基板上方的2块测试板之间的空间内，承重板的两个长边分别与2块测试板的短边对齐，即2块测试板对称分布于承重板两侧；测试平台的作用是安装固定测力板，并支承受试者进行测试；
[0013]所述配重是用于将测试平台固定于测力板上，并防止工作时测试平台的翘起；
[0014]引入通道与引出通道位于测试平台的两侧，引入板、测试板、承重板、引出板需处于同一水平面上；配重按重量对称置于承重板的两侧；测力板放置于基板中心点的下方；数据处理系统通过检测系统采集数据；
[0015]数据处理系统的作用主要是将测力板得到的电荷信号进行放大、转换并计算得到各个载荷分量以及位置信息。
[0016]有益效果
[0017]1、本发明基于测力板的人致载荷测试系统，通过设计安装引入通道和引出通道，很好地实现了受试者在测试前和测试后的过渡，确保受试者通过测试平台时的前进方式为接近自然状态下的前进方式，这样使测试结果更为精确。
[0018]2、本发明基于测力板的人致载荷测试系统，每次测试能够获得至少2-3步的多种前进方式(走、踏、跑、跳)的人致载荷信息，单次测量步数多，适用工况也多。
[0019]3、本发明基于测力板的人致载荷测试系统，可以给出受试者在测试平台上的位置信息，据此可计算出更多的人致载荷特征参数(如前进速度、每步步长等)。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为测力板结构图；
[0021 ] 图2为引入通道斜视图；
[0022]图3为测试平台斜视图；
[0023]图4为人行通道主视图；
[0024]图5为人行通道左视图；
[0025]图6为人行通道斜视图；
[0026]图7为测力板安装示意图；
[0027]图8为实施操作图。
[0028]其中，I一引入板、2—支腿、3—基板、4一测试板、5—承重板、6—引出板、7—配重、8—测力板；
【具体实施方式】
[0029]下面结合说明书与附图对本发明做进一步说明。
[0030]实施例1[0031]基于测力板的人致载荷测试系统，由检测系统、人行通道、数据处理系统组成。
[0032]检测系统为测力板8，如图1、7所示，用于确定人通过人行通道时对通道表面产生的作用力。
[0033]人行通道的主要功能是提供一条通道来引导行人通过检测系统，并固定测力板。
[0034]人行通道，如图4、5、6所示，包括:引入通道、测试平台、引出通道、配重7 ;
[0035]所述引入通道，如图2所示，与引出通道包括:引入板1、支腿2、引出板6 ;引入板
1、引出板6由支腿2支撑；引入通道和引出通道的作用是实现过渡，引导受试者进入和离开测试平台，确保受试者在测试平台的前进为接近自然状态；
[0036]所述测试平台，如图3所示，包括:基板3、测试板4、承重板5 ;2块测试板4固定于基板3上方，其短边分别与基板3的短边对齐；承重板5固定于基板3上方的2块测试板4之间的空间内，承重板5的两个长边分别与2块测试板4的短边对齐，即2块测试板4对称分布于承重板5两侧；测试平台的作用是安装固定测力板，并支承受试者进行测试；
[0037]所述配重7为总重约280千克的灰铸铁，用于将测试平台固定于测力板上，并防止工作时测试平台的翘起；
[0038]引入通道与引出通道位于测试平台的两侧并设有间隙δ = 10mm，引入板1、测试板4、承重板5、引出板6需处于同一水平面上；配重7按重量对称置于承重板5的两侧；测力板8放置于基板3中心点的下方，测力板8的两条短边与基板3的短边距离m = 700_，测力板8的两条长边与基板3的长边距离n = 50mm ;数据处理系统通过检测系统采集数据；
[0039]数据处理系统的作用主要是将测力板得到的电荷信号进行放大、转换并计算得到各个载荷分量以及位置信息。
[0040]工作过程:
[0041]在每次测试开始前，须首先进行调零。调零的目的有两个:一是为了力传感器的调零，二是为了调整测试板的重量平衡。首先，调零对于纠正以零偏为形式的温度漂移很重要，另一方面，所有输出载荷都和测试过程中的零值有关系。
[0042]如图8所示，当开始测试时，受试者应该站在测试平台上(图中位置①)保持2秒，这个过程用来确定体重。然后，受试者从位置②直接离开测试平台，走向引入通道的始端(位置③)。受试者以各种工况(行走、踏步、跑步、跳跃等)通过整个测试平台，从引出通道的末端(位置④)走出，然后再走向引入通道的始端(位置③)。整个步骤一直重复直到测试结束。
【权利要求】
1.基于测力板的人致载荷测试系统，其特征在于:由检测系统、人行通道、数据处理系统组成；检测系统为测力板；人行通道包括:引入通道、测试平台、引出通道、配重(7)； 所述引入通道与引出通道包括:引入板(I)、支腿(2)、引出板(6);引入板(I)、引出板(6)由支腿⑵支撑； 所述测试平台包括:基板(3)、测试板(4)、承重板(5) ；(2)块测试板(4)固定于基板(3)上方，其短边分别与基板(3)的短边对齐；承重板(5)固定于基板(3)上方的(2)块测试板(4)之间的空间内，承重板(5)的两个长边分别与(2)块测试板(4)的短边对齐，SP(2)块测试板(4)对称分布于承重板(5)两侧；测试平台的作用是安装固定测力板，并支承受试者进行测试； 引入通道与引出通道位于测试平台的两侧，引入板(I)、测试板(4)、承重板(5)、引出板(6)需处于同一水平面上；配重(7)按重量对称置于承重板(5)的两侧；测力板(8)放置于基板(3)中心点的下方；数据处理系统通过检测系统采集数据。
2.如权利要求(I)所述的基于测力板的人致载荷测试系统，其特征在于:所述配重(7)是用于将测试平台固定于测力板上，并防止工作时测试平台的翘起。
【文档编号】G01L5/16GK103954393SQ201410204636
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】王彩锋, 牛少华, 高世桥, 刘海鹏, 王华敏 申请人:北京理工大学