组合式头颈及躯干冲击标定测试装置与方法

本发明属于人体冲击防护性能测试，具体涉及一种头颈及躯干冲击标定测试装置与方法。

背景技术：

1、现有的人体冲击防护性能测试装置通常包括有头颈模型、躯干模型和冲击标定机构，其中头颈模型包括头模模型和脖颈模型，冲击标定机构通常采用摆锤标定机构。头颈模型用于头盔的抗冲击防护性能检测，通过对力载荷、瞬态加速度、头颈模型偏转角速度等数据的精确测量，可获得冲击的动力学参量，进行头颈模型动力学冲击损伤评估，从而反映头盔的防护性能；躯干模型是一种模拟人体躯干进行钝挫伤测试的装置，主要用于躯干防护装置(如防护背心)的性能检测，通过位移量对躯干模型进行钝挫伤评估，确认防护装置的防护性能。在测试中通过对摆锤重量、初始角度等参数的设定以及角速度、加速度传感器等的精确测量，可获得摆锤的动力学冲击参量，从而准确标定头颈模型和躯干模型的受冲击性能。因此，建立相应的头颈模型和躯干模型进行头盔和躯干防护装置的抗冲击防护性能测试是非常重要的试验。

2、现有技术在头盔和躯干防护装置测试实验过程中主要是针对头盔和躯干防护装置进行各种冲击或强度测试，但头盔和躯干防护装置的作用是保护人体头部和躯干，应该对头盔和躯干防护装置内部的头部、颈部以及人体躯干部位的受力情况进行同步测试，即对头颈模型和躯干模型进行冲击标定，从而能够得到在头盔保护下的人体头部、颈部以及躯干所受到的冲击数据，这样才能测出头盔和躯干防护装置对人体的保护性能。且躯干模型属于耗材，多次测试后会产生疲劳变形影响后续测试精度，因此通过对躯干模型进行测试得到的位移量参数也可以用于评估躯干模型的疲劳程度。但现有技术中并没有公开针对头颈模型和躯干模型进行冲击标定的技术方案，从而无法得到对头颈模型和躯干模型的各种冲击数据。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种集头颈模型、躯干模型和摆锤标定机构于一体的冲击标定测试装置，能够实现头颈模型摆锤冲击标定、躯干模型摆锤冲击标定、头盔和防护背心钝击测试、防护背心高速冲击测试等功能，且通过对头颈模型多方位姿态调整以及对躯干模型的位置移动可以得到更多的测试数据，以验证头颈模型和躯干模型的相关性能参数，并为更好评估人体损伤和防护装置的防护性能提供充分的参考依据。

2、本发明提供了一种组合式头颈及躯干冲击标定测试装置，具体的技术方案如下：

3、一种组合式头颈及躯干冲击标定测试装置，包括：头颈标定模块和躯干标定模块；其中头颈标定模块包括：头颈模型、圆周调整模块、倾角调整模块、左右移动模块、基座、升降模块、头颈模型机架和头颈标定数据处理模块；躯干标定模块包括：胸模模型、位移传感器模块、位置调整模块、躯干模型机架和躯干标定数据处理模块；

4、头颈模型包括头模模型、测力模块、头颈传感器模块和脖颈模型，头模模型的壳体内部安装有测力模块；测力模块通过线缆与头颈标定数据处理模块电性连接，用于采集头模模型受到的冲击力数据；脖颈模型的上端通过头颈传感器模块与头模模型固定连接，脖颈模型下端与圆周调整模块连接；头颈传感器模块通过线缆与头颈标定数据处理模块电性连接，用于采集头模模型与脖颈模型之间的加速度和倾角数据；

5、圆周调整模块下端与倾角调整模块连接，圆周调整模块用于调整脖颈模型水平方向的旋转角度；

6、倾角调整模块下端与左右移动模块连接，用于调整脖颈模型前后方向的倾斜角度；

7、左右移动模块下端与基座连接，用于调整脖颈模型左右方向的位置；

8、基座与升降模块连接，其上端面置有用于穿过测力模块和头颈传感器模块连接线缆的过线通孔；

9、升降模块固定安装在头颈模型机架上，用于调整头颈标定模块的高度；

10、头颈模型机架采用框架式结构，其底部安装有滚轮和固定脚座，用于支撑和保护头颈标定模块；

11、头颈标定数据处理模块固定安装在头颈模型机架上，用于处理接收到的冲击力、加速度和倾角数据。

12、胸模模型包括胸模和胸模支架；胸模为空心圆柱形部件，内部安装位移传感器模块，其上下两端分别与胸模支架固定连接；胸模模型用于在冲击标定测试中模拟人体的躯干部位；

13、位移传感器模块设置有定位支架；定位支架固定安装有激光位移传感器和反光镜；位移传感器模块用于在冲击标定测试中采集胸模的受冲击变形量，并通过线缆将采集的变形量信号传输至躯干标定数据处理模块；

14、位置调整模块设置在胸模模型和躯干模型机架之间，用于调整胸模模型和躯干模型机架上、下、左、右的相对位置；

15、躯干模型机架采用框架式结构，其底部安装有活动脚轮和升降脚座；升降脚座置有调整手轮，旋转调整手轮能够调整躯干标定模块的高度；躯干模型机架用于支撑和保护躯干标定模块；

16、躯干标定数据处理模块固定安装在躯干模型机架上，用于处理接收到的胸模受冲击变形量信号；

17、头颈标定模块和躯干标定模块通过锁紧装置将头颈模型机架和躯干模型机架连接固定形成组合式头颈及躯干冲击标定测试装置，能够进行头颈、躯干、头盔和防护背心的冲击标定综合测试，也能够分解为两个独立模块单独进行头颈或头盔的冲击标定测试以及躯干或防护背心的冲击标定测试。

18、组合式头颈及躯干冲击标定测试方法包括：头颈模型冲击标定测试方法、头盔冲击防护性能测试方法、躯干模型冲击标定测试方法和防护背心冲击防护性能测试方法。

19、头颈模型冲击标定测试、头盔冲击防护性能测试和躯干模型冲击标定测试可以在组合式头颈及躯干冲击标定测试装置上进行测试。

20、其中头颈模型冲击标定测试方法包括：

21、s11、按测试需求选择头模模型类型；

22、s12、预设头盔冲击作用点为前、后、左或右4个位置之一；

23、s13、连接测力模块和头颈传感器模块与头颈标定数据处理模块之间的线缆；

24、s14、利用圆周调整模块，调整头颈模型的圆周方向，使头盔冲击作用点正对冲击方向；

25、s15、利用倾角调整模块，调整头颈模型的倾角，使头模模型的冲击作用点的法线处于水平方向；

26、s16、利用左右移动模块，调整头颈模型的左右位置，与冲击方向对齐后开始进行冲击标定测试，并采集和处理测试数据。

27、头盔冲击防护性能测试方法包括：

28、s21、按测试需求选择头模模型类型；

29、s22、预设头盔冲击作用点为前、后、左或右4个位置之一；

30、s23、连接测力模块和头颈传感器模块与头颈标定数据处理模块之间的线缆；

31、s24、利用圆周调整模块，调整头颈模型的圆周方向，使头盔冲击作用点正对冲击方向；

32、s25、利用倾角调整模块，调整头颈模型的倾角，使头模模型的冲击作用点的法线处于水平方向；

33、s26、利用左右移动模块，调整头颈模型的左右位置，与冲击方向对齐；

34、s27、将头盔套在头模模型上开始进行冲击防护性能测试，并采集和处理测试数据。

35、躯干模型冲击标定测试方法包括：

36、s31、利用圆周调整模块、倾角调整模块、左右移动模块和升降模块将头颈模型调整到与躯干模型冲击标定测试不发生干涉的位置；

37、s32、连接位移传感器模块与躯干标定数据处理模块之间的线缆；

38、s33、利用位置调整模块将躯干模型的冲击测试点调整到与冲击方向高度一致的位置；

39、s34、利用左右移动机构将躯干模型的冲击测试点调整到与冲击方向重合的位置后开始进行冲击标定测试，并采集和处理测试数据。

40、防护背心冲击防护性能测试方法包括：

41、s41、将锁紧装置卸下，组合式头颈及躯干冲击标定测试装置分解为独立的头颈标定模块和躯干标定模块两部分，并将躯干标定模块移动至测试位置；

42、s42、连接位移传感器模块与躯干标定数据处理模块的线缆；

43、s43、将辅助定位装置固定安装在定位支架下端；

44、s44、打开激光位移传感器，使激光束穿过十字槽孔；

45、s45、通过上下移动机构和左右移动机构调整胸模支架的上下和左右位置，使得穿过十字槽孔的激光束与测试子弹的发射口对准，此时即完成了躯干标定模块的定位；

46、s46、卸下辅助定位装置，将胸模安装在胸模支架上，保持躯干标定模块位置不变；

47、s47、将防护背心安装在胸模外表面开始进行冲击防护性能测试，并采集和处理测试数据。

48、本技术方案的有益效果是：在头模模型内部设置测力传感器以及头模模型和脖颈模型之间设置头颈传感器模块，可以在进行头盔测试的同时对头颈模型进行冲击测试；在脖颈模型和基座之间增设了圆周调整模块、倾角调整模块和左右移动模块，可以调整头颈模型的位置和方向，从而能够得到多方向的头颈受冲击的数据；设置升降模块可以调整头颈模型的整体高度，避免在对胸模标定测试中的冲击路径的干涉。

49、在胸模模型内设置位移传感器，能够得到胸模冲击标定测试的变形数据，为测试提供数据支撑；在躯干标定模块中设置位置调整模块可以将胸模待测点与测试冲击点精确定位。

50、通过升降脚座可以调整躯干标定模块的高度，便于头颈标定模块和躯干标定模块的组合对接；头颈标定模块和躯干标定模块连接后形成的组合式头颈及躯干冲击标定测试装置可以实现头颈、躯干、头盔和防护背心的冲击标定综合测试，能够为评估损伤和防护性能提供更便捷的方式以及充分的参考依据。