CN205246136U - 警用防护装备穿刺试验中刀具运动参数的自动测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种警用防护装备穿刺试验中刀具运动参数的自动测量装置，包括：冲击力传感器，加速度传感器，位移传感器，对射光栅和光电传感器，数据采集与处理单元。位移传感器、加速度传感器、冲击力传感器、对射光栅和光电传感器输出的反映刀具运动参数的模拟信号通过专用线缆送至数据采集与处理单元。本实用新型能够对警用防护装备穿刺试验过程中刀具的加速度、冲击力、行程和实际刺入速度等运动参数进行同步、实时自动测量和记录。采用本实用新型的自动测量装置，加速度测量范围为0-300g，分辨率为0.1g；冲击力测量范围0-10kN，分辨率为1N；刀具行程测量精度为0.1mm；刀具实际刺入速度测量精度0.1m/s。
Description
技术领域
本实用新型涉及警用防护装备防护性能测试技术领域，尤其涉及一种警用防护装备穿刺试验中刀具运动参数的自动测量装置。
背景技术
警用防护装备的防护性能，包括防弹、防锐器及利器刺入(简称防刺)、防锐器切割及劈砍、防钝器击打、防***、防火焰燃烧、防危险液体泼溅、防毒气等。其中警察日常执勤及反恐处突工作中穿着最多、使用最为广泛的就是防刺类装备，如防刺服、防弹防刺服、防暴服等。上述警用防刺装备防护性能、特别是防刺性能的测试、质量检测和评价，对保证警用装备的防护性能满足实战需要、保证一线警员人身安全、保证各项任务的顺利完成具有十分重要的意义。目前世界各国均将警用防护装备防刺性能的评价作为警用装备研究领域和工作的重要组成部分。
警用装备防刺性能的测试和评价，主要是研究模拟实战过程中警员所面临威胁的锐器及利器在刺入警用防护装备后各类装备的防护效果：测试刀具以一定角度、速度和能量刺入警用防护装备后，装备是否被穿透、刀尖穿透的深度是警用防护装备防刺性能的直接表征。目前完成警用装备防刺性能测试和评价的主要技术依据包括国内外的各类防刺测试标准，如中国的GA68标准，美国的NIJ标准，英国的HOSDB标准等。在上述标准中，均是通过一种落锤冲击试验装置完成此类测试，测试的强度均是以测试刀具刺入防护装备时的能量进行表征，而刺入能量则仅依靠刀具下落前的高度(E＝mgh，m是刀具及配重总质量，h是下落高度)进行调节。这种传统的技术手段，刀具与防护装备之间的相互作用、测试刀具的实际下落速度(由于下落过程中的风阻和轨道摩擦与理论计算值具有一定偏差)、刀具的行程等重要过程参数的监控处于缺失状态，导致试验人员既无法对测试试验本身的有效性进行评判(如：测试刀具实际入刺的速度与理论值之间是否存在不可接受的偏差)，也无法对测试过程中防护装备受到冲击的强烈程度进行表征(如：防护装备受到测试刀具冲击的力值、测试刀具自身加速度的变化曲线等)。而特别是后者这一不足，使得研究人员对穿刺过程的认知不够，对于不同材质、不同防护结构的装备在受到刀具穿刺时的抵御防护机理研究是一种空白，不利于防护装备的研究和进一步产品质量标准的制定。
目前在中国国内进行警用防护装备防刺性能研究的机构中，均未实现刀具刺入警用防护装备的过程中加速度、冲击力值、入刺点速度、刀具行程的测量和监控。防刺性能测试技术手段仅包括刀具的自由释放，并通过刀具自由下落高度的调节实现入刺能量的调节。在实验过程参数的采集方面，未配备各类传感器及数据采集装置，不能对实验结果进行全面、有效的分析。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提出一种警用防护装备穿刺试验中刀具运动参数的自动测量装置，实现刀具刺入警用防护装备过程中的加速度、冲击力、入刺点速度、行程等运动参数的自动测量。
为达到上述目的，本实用新型采取如下技术方案：
一种警用防护装备穿刺试验中刀具运动参数的自动测量装置，包括：冲击力传感器，加速度传感器，位移传感器，对射光栅和光电传感器，数据采集与处理单元，刀具及安装在所述刀具尾部的刀具配重。所述位移传感器、加速度传感器、冲击力传感器、对射光栅和光电传感器输出的反映刀具运动参数的模拟信号送至所述数据采集与处理单元，经所述数据采集与处理单元处理、计算后完成刀具运动参数的自动测量。
所述冲击力传感器安装在所述刀具的尾部，并与所述刀具配重的内侧形成相互支撑；所述加速度传感器布置在所述刀具配重的外侧或所述刀具的刀身上；所述对射光栅和光电传感器固定在轨道支架上；所述位移传感器和所述刀具固定在同一滑块上，所述滑块带动位移传感器和所述刀具一起做自由落体运动。
进一步地，所述冲击力传感器与所述刀具的尾部间设置球型轴承，以避免同轴性不佳引起的测试误差。
进一步地，所述加速度传感器为压电式传感器，其安装方向与所述刀具的刺入方向一致。
进一步地，所述对射光栅和光电传感器至少为两组，各组对射光栅间的距离为定值。
进一步地，所述滑块上固定挡板，所述刀具下落时，所述挡板经过所述对射光栅和光电传感器时遮挡光信号。
进一步地，所述数据采集与处理单元包括多通道数据采集卡和微处理器，或者是一台安装了数据采集卡的计算机。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型能够对警用防护装备穿刺试验过程中刀具的加速度、冲击力、行程和实际刺入速度等运动参数进行同步、实时自动测量和记录，从而为警用防护装备防刺性能测试、防刺机理研究提供准确和必需的试验数据，用以评价试验过程的有效性和装备所用防护结构的防护效果。实验表明，采用本实用新型的自动测量装置，加速度测量范围为0-300g，分辨率为0.1g；冲击力测量范围0-10kN，分辨率为1N；刀具行程测量精度为0.1mm；刀具实际刺入速度测量精度0.1m/s。
附图说明
图1为警用防护装备穿刺试验中刀具运动参数的自动测量装置组成示意图。
图中：1—位移传感器，2—刀具配重，3—刀具，4—加速度传感器，5—挡板，6—冲击力传感器，7—对射光栅和光电传感，8—滑块，9—数据采集与处理单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
一种警用防护装备穿刺试验中刀具运动参数的自动测量装置，如图1所示，包括：冲击力传感器6，加速度传感器4，位移传感器1，对射光栅和光电传感器7，数据采集与处理单元9，刀具3及安装在所述刀具3尾部的刀具配重2。位移传感器1、加速度传感器4、冲击力传感器6、对射光栅和光电传感器7输出的反映刀具运动参数的模拟信号送至数据采集与处理单元9，经数据采集与处理单元9处理、计算后完成刀具运动参数的自动测量。
冲击力传感器6安装在所述刀具3的尾部，并与刀具配重2的内侧形成相互支撑；加速度传感器4布置在所述刀具配重2的外侧或刀具3的刀身上；对射光栅和光电传感器7固定在轨道支架上；位移传感器1和刀具3固定在同一滑块8上，试验时所述滑块8带动位移传感器1和刀具3一起做自由落体运动。
冲击力传感器6用于测试刀具3的冲击力。冲击力传感器6与刀具3的尾部间设置球型轴承。冲击力的测量需要刀具3与冲击力传感器6之间具有良好的同轴性，在刀具3尾部引入多滚珠轴承结构，能够避免同轴性不佳引起的测试误差，保证数据采集的精度。冲击力传感器6测量范围为0～10kN，分辨率为1N。
加速度传感器4用于测试刀具3的加速度。加速度传感器4为压电式传感器，其安装方向与刀具3的刺入方向一致，对于落锤冲击式测试设备，测量方向为垂直于水平面的方向。加速度传感器测量范围为0～300g，分辨率为0.1g。
对射光栅和光电传感器7用于测试刀具3的入刺点速度。对射光栅和光电传感器7至少为两组，均固定轨道支架上。各组对射光栅间的距离为定值。滑块8上固定一挡板5，当刀具3下落时，挡板5跟随刀具3同步下落，挡板5经过对射光栅时挡住光信号，由此可以测出挡板5经过不同组的对射光栅需要的时间，再根据不同组对射光栅的间距计算出刀具3的下落速度。刺入速度的测量精度为0.1m/s。
位移传感器1用于测试刀具3的行程。位移传感器1采用拉线(磁栅)位移传感器。刀具3下落时，位移传感器1与刀具3做同步运动，与刀具3具有相同的运动速度和相同的位移量变化。刀具行程测量精度为0.1mm。
数据采集与处理单元9用于对传感器输入的信号进行放大、波滤、采集、处理，计算刀具3的运动参数，实时输出计算结果、显示参数随时间变化的曲线。数据采集与处理单元9主要由多通道数据采集卡和微处理器组成，或者由一台安装了数据采集卡的计算机实现其功能。数据采集卡不少于4个通道，采集频率不小于100kHZ，线性度优于0.2％。
本实用新型不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本实用新型的构思和所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种警用防护装备穿刺试验中刀具运动参数的自动测量装置，其特征在于，所述装置包括：冲击力传感器(6)，加速度传感器(4)，位移传感器(1)，对射光栅和光电传感器(7)，数据采集与处理单元(9)，刀具(3)及安装在所述刀具(3)尾部的刀具配重(2)；所述位移传感器(1)、加速度传感器(4)、冲击力传感器(6)、对射光栅和光电传感器(7)输出的反映刀具运动参数的模拟信号传送至所述数据采集与处理单元(9)，经所述数据采集与处理单元(9)处理、计算后完成刀具运动参数的自动测量；
所述冲击力传感器(6)安装在所述刀具(3)的尾部，并与所述刀具配重(2)的内侧形成相互支撑；所述加速度传感器(4)布置在所述刀具配重(2)的外侧或所述刀具(3)的刀身上；所述对射光栅和光电传感器(7)固定在轨道支架上；所述位移传感器(1)和刀具(3)固定在同一滑块(8)上，所述滑块(8)带动位移传感器(1)和刀具(3)一起做自由落体运动。
2.根据权利要求1所述的警用防护装备穿刺试验中刀具运动参数的自动测量装置，其特征在于，所述冲击力传感器(6)与所述刀具(3)的尾部间设置球型轴承。
3.根据权利要求1所述的警用防护装备穿刺试验中刀具运动参数的自动测量装置，其特征在于，所述加速度传感器(4)为压电式传感器，其安装方向与所述刀具(3)的刺入方向一致。
4.根据权利要求1所述的警用防护装备穿刺试验中刀具运动参数的自动测量装置，其特征在于，所述对射光栅和光电传感器(7)至少为两组，各组对射光栅间的距离为定值。
5.根据权利要求1所述的警用防护装备穿刺试验中刀具运动参数的自动测量装置，其特征在于，所述滑块(8)上固定挡板(5)，所述刀具(3)下落时，所述挡板(5)经过所述对射光栅和光电传感器(7)时遮挡光信号。
6.根据权利要求1所述的警用防护装备穿刺试验中刀具运动参数的自动测量装置，其特征在于，所述数据采集与处理单元(9)包括多通道数据采集卡和微处理器，或者是一台安装了数据采集卡的计算机。
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|---|---|---|---|---|
| CN107121384A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-09-01 | 苏州大学 | 防刺性能检测装置 |
| CN117330138A (zh) * | 2023-12-01 | 2024-01-02 | 上海优异达机电有限公司 | 一种精密外形尺寸、质量偏差智能检测设备 |
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