專利名稱：包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的方法和系統(tǒng)，特別是指一種在包裝及緩沖件設計過程中，通過對被設計樣品進行沖擊測試，獲得用于指導設計的測量數(shù)據的方法和系統(tǒng)。
背景技術：
在產品的運輸和裝卸過程中，包裝(包括包裝箱及緩沖件)是PC、服務器和機箱等機電類產品的重要保護裝備。PC、服務器和機箱等機電類產品在運輸和裝卸過程中，可能要承受到諸如動壓、沖擊、振動、跌落、滾動和傾翻等所造成的破壞性沖擊，這些沖擊可能導致硬盤、內存等精密硬件的失效和機箱(機柜)等機械零部件的損壞，從而使產品的質量得不到最終保證，可見，包裝的作用十分重要。
每年我國花費在包裝上的費用和因包裝不科學造成的損失(比如，因包裝的耐沖擊性能不能滿足要求，導致被運載的產品損壞)均很高。所以說，為包裝的設計提供一個科學、行之有效的設計方法迫在眉睫。
傳統(tǒng)的包裝設計方法是根據產品的重量和幾何尺寸，憑經驗設計包裝，這種設計包裝的方法很盲目，由于不知道產品及其重要部件在運載過程中所承受的具體載荷情況，從而不能真正地設計出保證產品及其重要部件的安全的包裝；同時，也是一種不經濟的作法，即為了保護產品不受損壞，不惜盲目地使用更多、更好的包裝材料。這種作法既增加了產品的成本，又浪費了木材等資源，而且并不一定能完全保證產品的承載載荷減小。
可見，為了實現(xiàn)產品包裝用料最省、結構又能完全滿足產品的耐沖擊要求，在包裝及其緩沖件的設計過程中，對相應的設計樣品進行科學的耐沖擊測試非常關鍵。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的方法和系統(tǒng)，用以測試電子產品在運載過程中實際承受的沖擊載荷，為包裝結構的優(yōu)化設計提供技術依據。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的方法和系統(tǒng)，據此，可以在產品包裝設計中合理、有效地使用包裝材料，避免浪費材料，降低包裝成本。
本發(fā)明的目的是通過如下的技術方案實現(xiàn)的一種包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的方法，它至少包括如下的步驟步驟1利用沖擊信號采集裝置采集被測跌落樣品在跌落時所承受的沖擊信號；步驟2將步驟1獲取的沖擊信號進行處理和計算，獲得沖擊載荷值。
上述的步驟1所述的沖擊信號的采集具體為步驟11沖擊信號采集裝置布置在被測跌落樣品的兩兩互相垂直的三維空間方向上；步驟12將被測跌落樣品放在跌落試驗設備上做跌落試驗；步驟13在跌落的同時，沖擊信號采集裝置測量沖擊信號；步驟14根據標定系數(shù)計算沖擊信號采集裝置布局點所承受的沖擊加速度。
所述的沖擊信號采集裝置至少包括依次連接的加速度傳感器、電荷轉換模塊、濾波模塊和模數(shù)轉換模塊。
所述的沖擊信號采集裝置至少包括依次連接的加速度傳感器、電荷轉換模塊、濾波模塊、模數(shù)轉換模塊和無線發(fā)射模塊。
所述的沖擊信號采集裝置至少包括加速度傳感器和與之連接的振動信號采集記錄裝置，該沖擊信號采集記錄裝置記錄加速度傳感器采集的振動信號，并將該記錄數(shù)據轉送到振動信號處理和分析系統(tǒng)。
上述的步驟2所述的沖擊信號的處理具體為依據如下公式計算各傳感器所承受的沖擊加速度矢量，獲得被測跌落樣品所承受的實際沖擊載荷的大小和方向；λ=X2+Y2+Z2]]>α=arctg(X2+Y2Z)]]>其中，λ為被測點實際承受的沖擊加速度；α為被測點實際承受的沖擊加速度的相位角；X、Y、Z分別為被測點三維方向各自對應承受的沖擊加速度。
一種包裝及緩沖件設計中耐沖擊測試的系統(tǒng)，至少包括沖擊信號采集裝置、振動信號處理和分析系統(tǒng)、跌落試驗設備；其中，跌落試驗設備用于放置被測跌落樣品，完成樣品的跌落試驗；沖擊信號采集裝置裝設在被測跌落樣品上，它采集被測跌落樣品跌落時的沖擊信號，并將該設備信號發(fā)送給振動信號處理和分析系統(tǒng)；振動信號處理和分析系統(tǒng)用于接收沖擊信號采集裝置發(fā)送的沖擊信號，并將該信號換算為沖擊載荷值。
利用振動信號采集裝置采集沖擊信號的具體方法為將沖擊信號采集裝置布置在被測跌落樣品的兩兩互相垂直的三維空間方向上；將被測跌落樣品放在跌落試驗設備上做跌落試驗；在跌落的同時，沖擊信號采集裝置測量沖擊信號。
所述的沖擊信號采集裝置至少包括依次連接的加速度傳感器、電荷轉換模塊、濾波模塊和模數(shù)轉換模塊。
所述的沖擊信號采集裝置至少包括依次連接的加速度傳感器、電荷轉換模塊、濾波模塊、模數(shù)轉換模塊和無線發(fā)射模塊。
所述的沖擊信號采集裝置至少包括加速度傳感器和與之連接的沖擊信號采集記錄裝置，該沖擊信號采集記錄裝置記錄加速度傳感器采集的沖擊信號，并將該記錄數(shù)據轉送到振動信號處理和分析系統(tǒng)。
所述的振動信號處理和分析系統(tǒng)至少設有依次連接的數(shù)據采集模塊及信號處理和計算模塊。
所述的振動信號處理和分析系統(tǒng)至少設有依次連接的無線接收模塊、數(shù)據采集模塊及信號處理和計算模塊。
所述的振動信號處理和分析系統(tǒng)將振動信號換算為沖擊載荷值的處理具體為依據如下公式計算各傳感器所承受的沖擊加速度矢量，獲得被測跌落樣品所承受的實際沖擊載荷的大小和方向；λ=X2+Y2+Z2]]>α=arctg(X2+Y2Z)]]>其中，λ為被測點實際承受的沖擊加速度；α為被測點實際承受的沖擊加速度的相位角；X、Y、Z分別為被測點三維方向各自對應承受的沖擊加速度。
本發(fā)明通過上述的技術方案，實現(xiàn)了對電子產品在運載過程中實際承受的沖擊載荷的測試，為包裝結構的優(yōu)化設計提供了技術依據；同時可以在產品包裝設計中指導包裝材料使用的合理性和有效性，避免了材料的浪費，降低了包裝成本。
這種產品包裝耐沖擊測試的方法能指導工程技術人員設計出用料最省、緩沖性能優(yōu)良可靠，并能滿足機電產品耐運載沖擊技術要求的最理想包裝；有效地避免了產品因包裝問題所造成的巨大損失。


圖1為本發(fā)明中包裝材料動態(tài)緩沖曲線的示意圖。
圖2為本發(fā)明一實施例的沖擊信號有線采集流程示意報圖。
圖3為本發(fā)明一實施例的加速度傳感器有線傳送方式的系統(tǒng)示意圖。
圖4為本發(fā)明一實施例的沖擊信號有線傳送方式加速度傳感器與被測跌落樣品連接設置示意圖。
圖5為本發(fā)明又一實施例的沖擊信號無線采集流程示意圖。
圖6為本發(fā)明又一實施例的加速度傳感器無線傳送方式的系統(tǒng)示意圖。
圖7為本發(fā)明又一實施例的無線發(fā)射模塊、加速度傳感器與被測跌落樣品連接設置示意圖。
圖8為本發(fā)明再一實施例的沖擊信號微型振動信號采集記錄儀采集流程示意圖。
圖9為本發(fā)明再一實施例的加速度傳感器通過微型振動信號采集記錄儀記錄所采集到的沖擊信號方式的系統(tǒng)示意圖。
圖10為本發(fā)明再一實施例的加速度傳感器、微型振動信號采集記錄儀與被測跌落樣品連接設置示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明在具體的包裝設計過程中，首先需要制作包裝件試樣，然后再對該包裝件試樣進行測試，通過對采集的測試數(shù)據的處理和分析，再對包裝件試樣進行調整，再經過實驗，如此反復，最后，設計出符合要求的包裝件。由此可見在整個設計過程中，包裝件的耐沖擊測試是非常重要的步驟。
參見圖1，其為包裝緩沖材料動態(tài)緩沖曲線的數(shù)據(以緩沖材料最小脆值點為設計依據)，根據產品的重量和許用沖擊載荷，可以設計多款結構尺寸相同、但材質不同的產品包裝緩沖件結構(包裝選同一材質的，戳穿強度和耐破強度足夠的包裝箱)；然后進行相應的耐沖擊測試。
本發(fā)明的包裝耐沖擊測試可采用有線傳感器、無線傳感器及微型振動信號采集記錄儀等三種方式實現(xiàn)
實施例1參見圖2、3、4，有線傳感器方式為了重點監(jiān)測電子產品重要易損部件在運載過程中所承受的沖擊載荷，把連接在振動信號采集、處理和分析系統(tǒng)上的三個有線電荷加速度傳感器(其頻率范圍為0.5～8KHz靈敏度系數(shù)為1～2pC/ms-2極限量程為10000ms-2)布置在被測對象重要易損部件的兩兩互相垂直的三維空間方向上；再把該被測對象的包裝件放在跌落儀上做跌落試驗，在跌落的同時，振動信號處理和分析系統(tǒng)采集加速度傳感器的沖擊信號。
該振動信號處理和分析系統(tǒng)采集加速度傳感器的沖擊信號的具體過程是傳感器輸出的電荷信號經轉化為電壓信號、經過多通道電荷電壓濾波積分放大器低通濾波、放大后，再通過數(shù)據采集儀模數(shù)轉換(A/D轉換)為數(shù)字信號后，由振動信號處理和分析系統(tǒng)和相應的分析軟件根據標定系數(shù)(即傳感器的輸出電荷量和其承受的沖擊加速度的對應關系)算出易損部件的傳感器布局點所承受的沖擊加速度的大小。
再進一步，根據算出的三個在兩兩相互垂直的三維方向上布局的加速度傳感器所承受的沖擊加速度矢量，利用振動信號處理和分析系統(tǒng)和分析軟件的矢量迭加模塊算出重要易損部件所承受的實際沖擊載荷的大小和方向，其具體依據的算法為λ=X2+Y2+Z2]]>α=arctg(X2+Y2Z)]]>其中λ為易損部件實際承受的沖擊加速度的大小；α為易損部件實際承受的沖擊加速度的相位角；X、Y、Z為三維方向上布局的三個加速度傳感器各自對應承受的沖擊加速度大??；這些載荷數(shù)據用于優(yōu)選出使重要易損部件所承受的沖擊加速度最小的緩沖材料的型號和厚度。
實施例2參見圖5、6、7，無線傳感器方式
采用無線方式來取代現(xiàn)有傳感器的信號線(即采用無線傳感器)，會大大的降低耐沖擊試驗平臺搭建的難度，也會減少信號線對測試過程造成的各種影響。無線傳感器數(shù)據的傳輸可分為即時傳送和完畢傳送兩種方式，不同的方式對無線的模塊的選擇將產生很大的影響。
無線方式將傳感器的信號傳出可以基于很多種無線傳輸協(xié)議，如射頻(RF)、紅外、藍牙、家用射頻(HomeRF)等，在搭建無線傳感器耐沖擊測試試驗平臺時，可在綜合考慮成本、實現(xiàn)難易程度等因素基礎上，根據具體情況選用。其中，射頻技術主要是利用全雙工的射頻來進行通信，技術成熟度高，而且由于可以加密，安全性也非常好，沒有方向性的限制，穿透性也非常好，甚至可以穿透金屬，并且價格相對低廉。缺點在于沒有統(tǒng)一的標準，各公司的通信協(xié)議都不一樣；紅外技術是一種非常成熟和應用廣泛的產品，成本也非常低廉。但安全性和方向性較差，沒有穿透性，且很容易受到各種因素的干擾，也沒有標準的通訊協(xié)議；藍牙(IEEE802.15)是一項最新標準。藍牙比IEEE802.11更具移動性，它能把一個設備連接到網絡上，甚至支持全球漫游。此外，藍牙預計的成本將比較低、體積小，可用于更多的設備。它可支持一條異步數(shù)據傳輸通道及三條同步話音傳輸通道，通訊距離10-100m，帶寬大約1Mbps。藍牙的射頻系統(tǒng)采用跳頻技術以降低信號干擾，支持全雙工但現(xiàn)在成本依然很高；HomeRF主要為家庭網絡設計，旨在降低語音數(shù)據成本。HomeRF也采用了擴頻技術，工作在2.4GHz頻帶，能同步支持4條高質量語音信道，傳輸速率為1-2Mb/s。但由于研制相對還比較滯后，這個技術的應用還受一定的局限性，成本很高。
本實施例中射頻和紅外方式為較為適合的方式，藍牙和HomeRF的傳送方式只適合用在緊密測試(有大量傳感器和大量的數(shù)據需要傳輸?shù)臏y試場合)。
具體的測量過程為傳感器輸出的電荷信號經轉化為電壓信號、經過多通道電荷電壓濾波積分放大器低通濾波、放大后，再通過A/D轉換電路模數(shù)轉換(A/D轉換)為數(shù)字信號后，由無線發(fā)射模塊發(fā)送給設在振動信號處理和分析系統(tǒng)前端的無線接受模塊，振動信號處理和分析系統(tǒng)及相應的分析軟件根據標定系數(shù)(即傳感器的輸出電荷量和其承受的沖擊加速度的對應關系)算出易損部件的傳感器布局點所承受的沖擊加速度的大小。
和有線傳感器方式比較，無線方式除傳感器信號的輸出方式與有線傳感器方式不同外，其它如沖擊信號的處理和沖擊載荷的算法相同。
實施例3參見圖8、9、10，振動信號采集記錄方式在被測的包裝箱內安裝微型沖擊信號采集記錄裝置，并將該裝置與加速度傳感器連接，進行沖擊信號的采集。這種方式大大地減輕了搭建沖擊測試平臺的工作量，并且使用方便、靈活。
具體的實施方法是將微型振動信號采集記錄儀固定在被測包裝箱內，布局在易損部件上的加速度傳感器通過信號線與該微型振動信號采集記錄儀連接，在沖擊測試過程中，微型振動信號采集記錄儀完成加速度傳感器的信號采集工作。測試結束后，把微型振動信號采集記錄儀采集到的振動信號傳送到所述的振動信號處理和分析系統(tǒng)中，由該振動信號處理和分析系統(tǒng)進行沖擊信號的頻譜分析和沖擊載荷的計算。
同樣，和有線傳感器方式比較，本實施例中的方式除傳感器信號的采集方式與有線傳感器方式不同外，其它如沖擊信號的處理和沖擊載荷的算法相同。
以上實施例僅用以說明而非限制本發(fā)明所涉及的技術方案，盡管參照以上較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，本發(fā)明的技術方案可以進行修改、變形或者等同替換；而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍之中。
權利要求
1.一種包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的方法，其特征在于它至少包括如下的步驟步驟1利用沖擊信號采集裝置采集被測跌落樣品在跌落時所承受的沖擊信號；步驟2將步驟1獲取的沖擊信號進行處理和計算，獲得沖擊載荷值。
2.根據權利要求1所述的包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的方法，其特征在于步驟1所述的沖擊信號的采集具體過程為步驟11沖擊信號采集裝置布置在被測跌落樣品的兩兩互相垂直的三維空間方向上；步驟12將被測跌落樣品放在跌落試驗設備上做跌落試驗；步驟13在跌落的同時，沖擊信號采集裝置測量沖擊信號；步驟14根據標定系數(shù)計算沖擊信號采集裝置布局點所承受的沖擊加速度。
3.根據權利要求1或2所述的包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的方法，其特征在于該沖擊信號采集裝置至少包括依次連接的加速度傳感器、電荷轉換模塊、濾波模塊和模數(shù)轉換模塊。
4.根據權利要求1或2所述的包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的方法，其特征在于該沖擊信號采集裝置至少包括依次連接的加速度傳感器、電荷轉換模塊、濾波模塊、模數(shù)轉換模塊和無線發(fā)射模塊。
5.根據權利要求1或2所述的包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的方法，其特征在于該沖擊信號采集裝置至少包括加速度傳感器和與之連接的沖擊信號采集記錄裝置，該沖擊信號采集記錄裝置記錄加速度傳感器采集的沖擊信號，并將該記錄數(shù)據轉送到振動信號處理和分析系統(tǒng)。
6.根據權利要求1所述的包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的方法，其特征在于步驟2所述的沖擊信號的處理具體為依據如下公式計算各傳感器所承受的沖擊加速度矢量，獲得被測跌落樣品所承受的實際沖擊載荷的大小和方向；λ=X2+Y2+Z2]]>α=arctg(X2+Y2Z)]]>其中，λ為被測點實際承受的沖擊加速度；α為被測點實際承受的沖擊加速度的相位角；X、Y、Z分別為被測點三維方向各自對應承受的沖擊加速度。
7.一種包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的系統(tǒng)，其特征在于至少包括沖擊信號采集裝置、振動信號處理和分析系統(tǒng)、跌落試驗設備；其中，跌落試驗設備用于放置被測跌落樣品，完成樣品的跌落試驗；沖擊信號采集裝置裝設在被測跌落樣品上，它采集被測跌落樣品跌落時的沖擊信號，并將該沖擊信號發(fā)送給振動信號處理和分析系統(tǒng)；振動信號處理和分析系統(tǒng)用于接收沖擊信號采集裝置發(fā)送的沖擊信號，并將該信號換算為沖擊載荷值。
8.根據權利要求7所述的包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的系統(tǒng)，其特征在于利用沖擊信號采集裝置采集沖擊信號的具體方法為將振動信號采集裝置布置在被測跌落樣品的兩兩互相垂直的三維空間方向上；將被測跌落樣品放在跌落試驗設備上做跌落試驗；在跌落的同時，沖擊信號采集裝置測量沖擊信號。
9.根據權利要求7或8所述的包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的系統(tǒng)，其特征在于該沖擊信號采集裝置至少包括依次連接的加速度傳感器、電荷轉換模塊、濾波模塊和模數(shù)轉換模塊。
10.根據權利要求7或8所述的包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的系統(tǒng)，其特征在于該振動信號采集裝置至少包括依次連接的加速度傳感器、電荷轉換模塊、濾波模塊、模數(shù)轉換模塊和無線發(fā)射模塊。
11.根據權利要求7或8所述的包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的系統(tǒng)，其特征在于該沖擊信號采集裝置至少包括加速度傳感器和與之連接的沖擊信號采集記錄裝置，該沖擊信號采集記錄裝置記錄加速度傳感器采集的沖擊信號，并將該記錄數(shù)據轉送到振動信號處理和分析系統(tǒng)。
12.根據權利要求7所述的包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的系統(tǒng)，其特征在于振動信號處理和分析系統(tǒng)至少設有依次連接的數(shù)據采集模塊及信號處理和計算模塊。
13.根據權利要求7所述的包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的系統(tǒng)，其特征在于振動信號處理和分析系統(tǒng)至少設有依次連接的無線接收模塊、數(shù)據采集模塊及信號處理和計算模塊。
14.根據權利要求7所述的包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的系統(tǒng)，其特征在于振動信號處理和分析系統(tǒng)將沖擊信號換算為沖擊載荷值的處理具體為依據如下公式計算各傳感器所承受的沖擊加速度矢量，獲得被測跌落樣品所承受的實際沖擊載荷的大小和方向；λ=X2+Y2+Z2]]>α=arctg(X2+Y2Z)]]>其中，λ為被測點實際承受的沖擊加速度；α為被測點實際承受的沖擊加速度的相位角；X、Y、Z分別為被測點三維方向各自對應承受的沖擊加速度。
全文摘要
一種包裝及緩沖件優(yōu)化設計中耐沖擊測試的方法，首先利用沖擊信號采集裝置采集被測跌落樣品在跌落時承受的沖擊信號；然后將獲取的沖擊信號進行處理和計算，獲得沖擊載荷值；一種實現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)，包括沖擊信號采集裝置、振動信號處理和分析系統(tǒng)、跌落試驗設備；跌落試驗設備用于放置被測跌落樣品，完成樣品的跌落試驗；沖擊信號采集裝置裝設在被測跌落樣品上，與振動信號處理和分析系統(tǒng)連接，采集并發(fā)送沖擊信號；振動信號處理和分析系統(tǒng)接收從沖擊信號采集裝置傳送來的沖擊信號，并把沖擊信號處理和換算為沖擊載荷值；本發(fā)明通過測試樣品實際承受的沖擊載荷，為包裝優(yōu)化設計提供了依據，可合理、有效地使用包裝材料，避免浪費，降低包裝成本。
文檔編號G01N3/303GK1492225SQ0212407
公開日2004年4月28日 申請日期2002年6月18日 優(yōu)先權日2002年6月18日
發(fā)明者鄭自堂, 王軍, 周建, 王超政 申請人:聯(lián)想(北京)有限公司