本發(fā)明涉及沖擊試驗(yàn)裝置及方法,屬于一種測試設(shè)備,可應(yīng)用于兒童游樂場墊沖擊試驗(yàn)。

背景技術(shù)：

對于兒童游樂場墊要求進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。deltec公司生產(chǎn)了一種hic沖擊設(shè)備，但仍待改進(jìn)。（1）沖擊形式為自由落體方式，但是沖擊頭是半球型沖擊頭，與標(biāo)準(zhǔn)《en1177-2008沖擊減震游樂場鋪面.臨界跌落高度的測定》要求不一致（2）釋放系統(tǒng)為電磁釋放系統(tǒng)，可能對釋放存在一定消極影響，因?yàn)殡姶盆F釋放系統(tǒng)可能存在磁性滯后，或者因?yàn)獒尫挪糠执嬖诖呕F(xiàn)象，可能導(dǎo)致釋放初速度被減弱，導(dǎo)致沖擊速度偏低，最終導(dǎo)致臨界跌落高度偏高。（3）使用有線加速度傳感器，信號(hào)線可能導(dǎo)致測試過程中沖擊頭旋轉(zhuǎn)。因?yàn)闆_擊頭為非球型，因此其傳感器無法實(shí)現(xiàn)球心安裝，且在沖擊過程中無法保證加速度傳感器在經(jīng)過沖擊點(diǎn)的水平面垂線中，無法保證測試數(shù)據(jù)正確性。測試過程中的沖擊頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的自轉(zhuǎn)加速度可能影響測試結(jié)果，增加測量的不確定度。（4）設(shè)備不帶有高度測量功能，由測試人員使用卷尺進(jìn)行沖擊高度測量，精度較低，無法保證測量高度的準(zhǔn)確性，影響最終測試結(jié)果的正確性，同時(shí)也為測試結(jié)果引入不確定度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、測量精確的沖擊試驗(yàn)裝置及方法。

一種沖擊試驗(yàn)裝置,其特征在于:包括設(shè)備框架、沖擊頭及釋放系統(tǒng)、沖擊頭高度調(diào)節(jié)及測量系統(tǒng)；上述沖擊頭及釋放系統(tǒng)安裝于設(shè)備框架，它由沖擊頭和釋放裝置組成；其中沖擊頭整體為球體，由上半球和下半球組成，上半球上部具有限位槽，限位槽內(nèi)安裝有懸掛軸，球體內(nèi)安裝無線三軸加速度傳感器；其中釋放裝置包括外框，外框頂部設(shè)置有懸掛點(diǎn)，外框內(nèi)通過銷軸安裝掛鉤，外框內(nèi)還安裝有電機(jī),電機(jī)輸出軸安裝有可撥動(dòng)掛鉤的撥桿；上述釋放裝置的外框下部外形與沖擊頭上部的限位槽形狀相互匹配,外框下部正好伸入到限位槽中不能相對旋轉(zhuǎn),釋放裝置的掛鉤的鉤部鉤于沖擊頭的懸掛軸;上述沖擊頭高度調(diào)節(jié)及測量系統(tǒng)安裝于設(shè)備框架，它由高度調(diào)節(jié)裝置和高度測量裝置組成;其中高度測量裝置位于設(shè)備框架上部，它包括定滑輪和用于識(shí)別滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)情況的編碼器;其中高度調(diào)節(jié)裝置位于設(shè)備框架中下部，它包括棘輪,以及與棘輪相連的手搖把,還包括一根繩索,該繩索一端與棘輪相連,另一端繞過高度測量裝置中的定滑輪后與釋放裝置外框頂部的懸掛點(diǎn)相連。

所述的沖擊試驗(yàn)裝置,其特征在于:包括系統(tǒng)電源，還包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括與釋放裝置中電機(jī)相連的沖擊釋放控制模塊、與高度測量裝置中編碼器相連的沖擊高度顯示模塊，還包括通過無線方式與沖擊頭中無線加速度傳感器相連的加速度信號(hào)采集模塊，還包括計(jì)算分析模塊。

上述沖擊頭的上半球和下半球組合后的質(zhì)心位于球心，無線三軸加速度傳感器的質(zhì)心與球心重合。

所述沖擊試驗(yàn)裝置的沖擊試驗(yàn)方法,其特征在于過程以下過程:通過手搖把帶動(dòng)繩索以調(diào)節(jié)沖擊頭的高度；繩索與定滑輪完全同步無相對滑動(dòng)；編碼器記錄定滑輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù),將滑輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)換算為繩子移動(dòng)距離,進(jìn)而換算為沖擊頭舉升的高度，該高度為沖擊頭距離被測點(diǎn)的實(shí)際相對高度；電機(jī)驅(qū)動(dòng)撥桿，將掛鉤從沖擊頭的懸掛處撥離，釋放沖擊頭；通過無線三軸加速度傳感器測量沖擊頭的加速度信息。

本發(fā)明首先采用勻質(zhì)球形沖擊頭（沖擊頭重心位于球心）、限位槽以及無線加速度傳感器避免在沖擊過程中沖擊頭的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的測試誤差；其次本發(fā)明還采用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)的撥桿釋放掛鉤的釋放系統(tǒng)，避免了電磁釋放系統(tǒng)因?yàn)榇判赃t滯或殘留對測試結(jié)果的影響；最后本發(fā)明還采用了編碼器指示的高度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，保證沖擊高度測量的精確性。

附圖說明

圖1為沖擊試驗(yàn)裝置整體示意圖；

圖2為釋放裝置示意圖；

圖3為沖擊頭示意圖；

圖4為高度測量裝置示意圖；

圖5為手搖棘輪示意圖；

圖中標(biāo)號(hào)名稱：1.手搖棘輪,2.設(shè)備框架,3.高度編碼器,4.沖擊頭和釋放系統(tǒng),5.路由器,6.pc,7.控制器,8.懸掛點(diǎn),9.外框,10.電機(jī),11.撥桿,12.掛鉤,13.無線三軸加速度傳感器安裝處,14.懸掛軸,15.矩形槽,16.上半球,17.下半球,18.編碼器,19.定滑輪,20.棘輪,21.手搖把。

具體實(shí)施方式

a)沖擊頭及其釋放方式

使用球形沖擊頭模，頭模帶有滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的無線三軸加速度傳感器，采用了帶有一定導(dǎo)向功能的掛鉤釋放裝置。相關(guān)結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示。其中加速度傳感器質(zhì)心為包絡(luò)長方體幾何中心，沖擊頭在制作過程中保證質(zhì)心位于球心，加速度傳感器安裝保證其質(zhì)心同球心重合。如圖2所示，釋放機(jī)構(gòu)為長方體外殼。而沖擊頭帶有同釋放機(jī)構(gòu)相配的長方體開槽以及懸掛桿。該方式保證了沖擊過程中頭模不會(huì)產(chǎn)生可能影響測試結(jié)果的旋轉(zhuǎn)。

b)沖擊高度調(diào)節(jié)和測量

使用鋼絲繩懸掛方式，如圖4、圖5所示使用手搖棘輪進(jìn)行沖擊高度調(diào)節(jié)。繩索與定滑輪完全同步無相對滑動(dòng)；編碼器記錄定滑輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù),將滑輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)換算為繩子移動(dòng)距離,進(jìn)而換算為沖擊頭舉升的高度，該高度為沖擊頭距離被測點(diǎn)的實(shí)際相對高度。

c)設(shè)備框架

設(shè)備采用鋁合金可折疊三腳架結(jié)構(gòu)，保證了設(shè)備的測試能力和便攜性。如圖1所示。

d）設(shè)備數(shù)據(jù)采集及設(shè)備供電

可以使用無線加速度傳感器+無線路由器+筆記本電腦的數(shù)據(jù)采集方式，數(shù)據(jù)通訊使用無線wifi，保證了數(shù)據(jù)采集的可靠性。

設(shè)備使用的加速度傳感器自身帶有電源，可以持續(xù)工作，控制箱帶有鋰電池組，可以為無線路由器以及釋放裝置和沖擊高度編碼器供電，數(shù)據(jù)處理采用筆記本電腦，整個(gè)設(shè)備測試過程中無需外接電源，可以保證設(shè)備持續(xù)工作3h以上，保證設(shè)備的便攜性和可移動(dòng)性。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及沖擊試驗(yàn)裝置及方法,屬于一種實(shí)驗(yàn)測試設(shè)備,可應(yīng)用于兒童游樂場墊沖擊試驗(yàn)。包括設(shè)備框架、沖擊頭及釋放系統(tǒng)、沖擊頭高度調(diào)節(jié)及測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有便攜、高效和準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：張學(xué)峰;左鵬飛;吳麗娜;蔡建和
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇省檢驗(yàn)檢疫科學(xué)技術(shù)研究院;中華人民共和國昆山出入境檢驗(yàn)檢疫局
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.31
技術(shù)公布日：2017.07.21