專利名稱：空投或跳傘過載測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測試裝置，特別是一種用于測量并記錄空投或跳傘過程中重物或人體所受到的沖擊力大小的裝置。
背景技術(shù)：
空投或跳傘是一種高危險性活動，在整個過程中開傘和著陸時的過載沖擊會損壞物資或危害人體。開傘和著陸時的沖擊力是一種瞬時沖擊力，因此要預(yù)防沖擊過載所造成的損傷，就必須知道過載值的大小。國外的一些研究人員為了獲得降落傘開傘和著陸過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，采用了大量模擬試驗(yàn)的測量方法。國內(nèi)現(xiàn)用于對降落傘開傘和著陸過載測試的系統(tǒng)主要有兩類一類是機(jī)械測量，其使用壓力傳感器直接記錄；另一類是電測量，其利用加速度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，顯示過載參數(shù)。采用機(jī)械測量原理的過載測試儀由于機(jī)械測量的工作頻率低，基本都不大于30HZ，在記錄快速變化的加速度值時會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，正逐步被電測系統(tǒng)所取代。目前應(yīng)用廣泛的電測系統(tǒng)有DC-I電測系統(tǒng)，但一般用于開傘頻率比較低的回收傘和阻力傘的測試；還有基于8051單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器，可對多路傳感器進(jìn)行采集，采樣頻率較高，信號經(jīng)處理后存儲在Flash存儲器中，雖然成本低、體積小、攜帶方便，但是由于單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲器容量有限，總采樣時間過短，不能采集整個空投或跳傘過程中的數(shù)據(jù)，同樣會造成數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。因此一種成本低廉、體積小巧、可精確模擬整個空投或跳傘過程中的運(yùn)動軌跡和動態(tài)行為的空投或跳傘過載測試裝置是一個亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種空投或跳傘過載測試裝置，以解決已有的降落傘開傘和著陸過載測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)不精確甚至數(shù)據(jù)丟失的問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案
本發(fā)明提供的空投或跳傘過載測試裝置設(shè)有功能電路，該功能電路包括單片機(jī)主控制電路、三維加速度測量電路及Flash存儲電路，該測試裝置綁在空投物或跳傘人身上，到著陸前的這段時間內(nèi)，通過三維加速度測量電路把測得的三維數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)主控電路進(jìn)行處理，然后存儲到Flash存儲電路中，著陸后由計算機(jī)對存儲電路中的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，通過加速度變化曲線能得出空投或跳傘過程中的受力情況。所述單片機(jī)主控制電路通過AVR單片機(jī)控制數(shù)據(jù)的采集和存取，并控制本裝置與計算機(jī)的數(shù)據(jù)交換和處理。所述三維加速度測量電路包括三維加速度傳感器及其外圍電路，其中三維加速度傳感器通過X、Y、Z三軸線分別與單片機(jī)三個A/D輸入口相連傳輸檢測數(shù)據(jù)，由單片機(jī)主控電路控制采集空投或跳傘過程中X軸、Y軸和Z軸的加速度；三軸線應(yīng)接濾波電容，以消除干擾。
所述的三維加速度傳感器可以采用三維加速度傳感器ADXL326。本測試裝置設(shè)有減震設(shè)計的時鐘電路，所述減震設(shè)計為時鐘電路獨(dú)立裝在小板上，采用抗震性好的頻率為7. 3728MHz石英晶體與反相器構(gòu)成晶體振蕩電路，并與所述裝置的功能電路阻尼連接，削弱沖擊帶來的震動。 本測試裝置設(shè)有一個帶有電源開關(guān)的電源電路，由9V可充鋰電池供電再經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換變成各功能電路需要的5V或3. 3V電源；當(dāng)電源開關(guān)閉合時，單片機(jī)主控電路不通電，通過外接的一個拉繩觸發(fā)開關(guān)在空投或跳傘時手動觸發(fā)所述裝置上電；數(shù)據(jù)采集完畢后，主控單片機(jī)使所述裝置自動關(guān)閉電源，時間可調(diào)。所述Flash存儲電路獨(dú)立于單片機(jī)，選用4M Bytes的Flash芯片，用于存儲整個下落過程所采集的數(shù)據(jù)。所述單片機(jī)根據(jù)Flash存儲電路中的三維數(shù)據(jù)分析處理，繪出整個空投或跳傘過程的加速度變化曲線，并根據(jù)牛頓第二運(yùn)動定律得出重物或人體受力變化過程。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要的優(yōu)點(diǎn)
1.主控制電路選用AVR單片機(jī)，與51單片機(jī)相比，片內(nèi)處理速度更快，抗干擾能力更強(qiáng)，功耗更低，實(shí)測整機(jī)電流小于80mA，且片內(nèi)有模擬比較器和A/D轉(zhuǎn)換器，可簡化裝置電路。2.三維加速度測量電路選用專用三維加速度傳感器，體積小、功耗低、抗沖擊性能好，可提供三軸方向經(jīng)過信號調(diào)理的加速度電壓信號，據(jù)此即能繪出整個下降過程中的三維加速度變化曲線。3. Flash存儲電路選用4M Bytes的Flash芯片，足夠存儲整個下降過程中采集的數(shù)據(jù)，可設(shè)置數(shù)據(jù)采集存儲時間不小于20分鐘，保證不會有數(shù)據(jù)丟失。4.時鐘電路選用抗震性能好的專用晶體，并與裝置電路阻尼連接，在測試的重力加速度范圍內(nèi)，晶體能正常工作，輸出時鐘不收干擾，大大提高了裝置的抗損性能。5.通過USB接口把本裝置與計算機(jī)直接連接，讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，無需專用讀取設(shè)備。6.計算機(jī)處理部分做出相應(yīng)的上位機(jī)分析界面，可根據(jù)Flash芯片中存儲數(shù)據(jù)直接繪出三維加速度變化曲線和三維受力分析曲線，方便直觀?？傊?，本發(fā)明結(jié)構(gòu)小巧、抗震抗壓和抗惡劣環(huán)境性能好、數(shù)據(jù)精確可靠，可以為科學(xué)的空投、跳傘訓(xùn)練提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對評價降落傘性能提供重要的參考依據(jù)，并對降落傘的材料選擇及制造工藝有一定的指導(dǎo)作用。


圖1是本發(fā)明的運(yùn)動模型分析圖。圖2是本發(fā)明的垂直方向分析圖。圖3是本發(fā)明的水平方向分析圖。圖4是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖5是本發(fā)明的采集并存儲數(shù)據(jù)的流程圖。圖6是本發(fā)明的讀取并發(fā)送數(shù)據(jù)的流程圖。圖7是本發(fā)明的電腦端數(shù)據(jù)分析的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明提供的空投或跳傘過載測試裝置，是一種用于測量并記錄空投或跳傘過程中物體或人受力情況的裝置，該裝置的結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括單片機(jī)主控制電路、三維加速度測量電路、電源電路、時鐘電路及Flash存儲電路。該測試裝置綁在空投物或跳傘人身上，到著陸前的這段時間內(nèi)，通過三維加速度測量電路把測得的三維數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)主控電路進(jìn)行處理，然后存儲到Flash存儲電路中，著陸后由計算機(jī)對存儲電路中的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，通過加速度變化曲線能得出空投或跳傘過程中的受力情況。所述單片機(jī)主控制電路是整個系統(tǒng)的核心控制部分，用于控制數(shù)據(jù)的采集和存取及本裝置和計算機(jī)的數(shù)據(jù)交換，包括單片機(jī)及其ISP下載電路，可以在線下載控制程序。其中單片機(jī)選用AVR系列的ATMEGA128，通過電路板上的ISP十芯插座由排線與電腦相連， 實(shí)現(xiàn)在線下載控制。所述三維加速度測量電路是裝置的重要工作部分，包括三維加速度傳感器及其外圍電路，用于采集空投或跳傘過程中X軸、Y軸和Z軸的加速度。其中三維加速度傳感器采用三維加速度傳感器ADXL326，該傳感器通過X、Y、Z三軸線與單片機(jī)相連傳輸數(shù)據(jù)，外圍電路只需加濾波電容，結(jié)構(gòu)非常簡單。所述電源電路包括電源觸發(fā)控制電路和電壓轉(zhuǎn)換電路。電源電路設(shè)置一個電源開關(guān)，由9V可充鋰電池供電再經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換變成各功能電路需要的5V或3. 3V電源。其中 電源觸發(fā)控制電路為一個拉繩控制開關(guān)和USB連接觸發(fā)本裝置，在跳傘時，通過拉繩手動啟動本裝置電源；由單片機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)采集時間為五分鐘(也可改變)，當(dāng)數(shù)據(jù)采集完畢后，本裝置自動關(guān)閉電源；當(dāng)本裝置用USB線連接到計算機(jī)，本裝置能自動啟動。電壓轉(zhuǎn)換電路通過三端穩(wěn)壓器7805把9V電源轉(zhuǎn)換成5V電源，提供給加速度測量電路和單片機(jī)主控電路， 再通過三端穩(wěn)壓器ASl 117-3. 3把5V電源轉(zhuǎn)換成3. 3V電源，給Flash存儲電路和USB接口電路供電。同時在每個電源輸入端對低頻噪聲和高頻噪聲濾波。所述時鐘電路采用減震設(shè)計的系統(tǒng)時鐘電路。因?yàn)楸景l(fā)明過載測試裝置在測試過程中會受到大的沖擊，而石英晶體是比較脆弱的器件，在受到大沖擊力時可能損壞，為了降低裝置的故障率，采用減振設(shè)計。時鐘電路獨(dú)立裝在小板上，選用抗震性好的頻率為 7. 3728MHz石英晶體與反相器構(gòu)成晶體振蕩電路，并與裝置電路阻尼連接，削弱沖擊帶來的震動。所述Flash存儲電路獨(dú)立于單片機(jī)，采用4M Bytes容量的Nor Flash，用于存儲整個下落過程所采集的三維數(shù)據(jù)。單片機(jī)的I/O 口通過鎖存器復(fù)用其地址線和數(shù)據(jù)線。單片機(jī)根據(jù)Flash存儲電路中的三維數(shù)據(jù)分析處理，繪出整個空投(跳傘)過程的加速度變化曲線，并得出重物或人體受力變化過程。本發(fā)明過載測試裝置通過USB數(shù)據(jù)線經(jīng)USB轉(zhuǎn)串口電路與電腦的串行口相連進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，電路由USB轉(zhuǎn)RS-232橋接芯片和外圍元件構(gòu)成。本發(fā)明過載測試裝置(簡稱裝置)的工作過程是當(dāng)電源開關(guān)閉合時，裝置主電路不通電，裝置在跳傘時，通過拉繩手動啟動裝置電源，此時三維加速度測量電路開始采集數(shù)據(jù)，并實(shí)時存儲到Flash存儲電路中。默認(rèn)設(shè)置采集時間為五分鐘(這是通常跳傘過程的時間長度，但也可通過單片機(jī)設(shè)置改變)，當(dāng)數(shù)據(jù)采集完畢后，裝置自動關(guān)閉電源。當(dāng)裝置用 USB線連接到計算機(jī)，裝置能自動啟動，并把數(shù)據(jù)傳送給計算機(jī)，再通過電腦分析處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。本發(fā)明采用以下方法實(shí)現(xiàn)測量并記錄空投或跳傘過程中物體或人受力的工況 首先建立空投或跳傘過程的三維運(yùn)動模型
如圖1至圖3所示，降落傘系統(tǒng)對地的合成速度為 ^，可以分解成三個方向的速度。先考慮垂直方向的情況，只受重力和空氣阻力的影響，降落傘系統(tǒng)的垂直受力動力學(xué)方程
權(quán)利要求
1.一種空投或跳傘過載測試裝置，其特征在于該測試裝置設(shè)有功能電路，其包括單片機(jī)主控制電路、三維加速度測量電路及Flash存儲電路，該測試裝置綁在空投物或跳傘人身上，到著陸前的這段時間內(nèi)，通過三維加速度測量電路把測得的三維數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)主控電路進(jìn)行處理，然后存儲到Flash存儲電路中，著陸后由計算機(jī)對存儲電路中的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，通過加速度變化曲線能得出空投或跳傘過程中的受力情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空投或跳傘過載測試裝置，其特征是所述單片機(jī)主控制電路通過AVR單片機(jī)控制數(shù)據(jù)的采集和存取，并控制本裝置與計算機(jī)的數(shù)據(jù)交換和處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空投或跳傘過載測試裝置，其特征是所述三維加速度測量電路包括三維加速度傳感器及其外圍電路，其中三維加速度傳感器通過X、Y、Z三軸線分別與單片機(jī)三個A/D輸入口相連傳輸檢測數(shù)據(jù)，由單片機(jī)主控電路控制采集空投或跳傘過程中X軸、Y軸和Z軸的加速度；三軸線應(yīng)接濾波電容，以消除干擾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空投或跳傘過載測試裝置，其特征是所述的三維加速度傳感器采用三維加速度傳感器ADXL326。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空投或跳傘過載測試裝置，其特征是該測試裝置設(shè)有減震設(shè)計的時鐘電路，所述減震設(shè)計為時鐘電路獨(dú)立裝在小板上，采用抗震性好的頻率為 7. 3728MHz石英晶體與反相器構(gòu)成晶體振蕩電路，并與所述裝置的功能電路阻尼連接，削弱沖擊帶來的震動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空投或跳傘過載測試裝置，其特征是該測試裝置設(shè)有一個帶有電源開關(guān)的電源電路，由9V可充鋰電池供電再經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換變成各功能電路需要的 5V或3. 3V電源；當(dāng)電源開關(guān)閉合時，單片機(jī)主控電路不通電，通過外接的一個拉繩觸發(fā)開關(guān)在空投或跳傘時手動觸發(fā)所述裝置上電；數(shù)據(jù)采集完畢后，主控單片機(jī)使所述裝置自動關(guān)閉電源，時間可調(diào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空投或跳傘過載測試裝置，其特征是所述Flash存儲電路獨(dú)立于單片機(jī)，選用4M Bytes的Flash芯片，用于存儲整個下落過程所采集的數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空投或跳傘過載測試裝置，其特征是單片機(jī)根據(jù)Flash存儲電路中的三維數(shù)據(jù)分析處理，繪出整個空投或跳傘過程的加速度變化曲線，并根據(jù)牛頓第二運(yùn)動定律得出重物或人體受力變化過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空投或跳傘過載測試裝置，該測試裝置設(shè)有功能電路，其包括單片機(jī)主控制電路、三維加速度測量電路及Flash存儲電路，該測試裝置綁在空投物或跳傘人身上，到著陸前的這段時間內(nèi)，通過三維加速度測量電路把測得的三維數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)主控電路進(jìn)行處理，然后存儲到Flash存儲電路中，著陸后由計算機(jī)對存儲電路中的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，通過加速度變化曲線能得出空投或跳傘過程中的受力情況。本發(fā)明結(jié)構(gòu)小巧、抗震抗壓和抗惡劣環(huán)境性能好、數(shù)據(jù)精確可靠，可以為科學(xué)的空投、跳傘訓(xùn)練提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對評價降落傘性能提供重要的參考依據(jù)，并對降落傘的材料選擇及制造工藝有一定的指導(dǎo)作用。
文檔編號G01L5/00GK102156015SQ201110053099
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者劉釗, 張家明, 覃途遠(yuǎn), 陳永泰 申請人:武漢理工大學(xué)