專利名稱：一種頭盔適戴性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，特別是關(guān)于一種頭盔適戴性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代頭盔是用于阻止彈丸或破片穿透頭部，防止頭部直接和堅(jiān)硬、高能物體相撞擊，有效保護(hù)人體頭部、眼、面部，且不影響人體視線和活動(dòng)的防護(hù)裝具，它在軍事、醫(yī)療、運(yùn)動(dòng)、娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。為了保證整個(gè)頭盔的人機(jī)工效學(xué)的合理性，世界各國(guó)對(duì)三維頭型采集、建模和標(biāo)準(zhǔn)化都開展了深入的研究。美國(guó)空軍作戰(zhàn)中心的杰弗里(Jeffrey M. T.)等采用宇宙電子公司生產(chǎn)的KGR30質(zhì)量分析儀對(duì)“頭模-飛行頭盔”系統(tǒng)的重心進(jìn)行了測(cè)試研究，但該研究并未能直接測(cè)量不規(guī)則盔體的重心。澳大利亞墨爾本大學(xué)的阿斯科(Asko V.)建立了一套SPH-4頭盔動(dòng)力學(xué)性能的評(píng)價(jià)裝置，但該裝置較為繁雜，且受頭盔佩戴者生理因素的影響較大。目前，我國(guó)市面上的頭盔大都是按照西方人的臉型和頭型進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其原因在于，頭盔的生產(chǎn)過(guò)程缺少相應(yīng)的符合中國(guó)人頭型的頭模。另外，國(guó)內(nèi)外對(duì)頭盔形狀、頭盔舒適性、穩(wěn)定性的客觀評(píng)價(jià)方法很少，幾乎沒(méi)有對(duì)適體性方面的整體定量測(cè)試評(píng)價(jià)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種適合于中國(guó)人的頭盔適戴性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種頭盔適戴性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于它包括頭模矩陣、傳感裝置和設(shè)置在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；所述頭模矩陣包括圓高型、圓正型、中正型、中高型、圓特高型、超圓高型和超圓特高型七種頭型，所述七種頭型按照頭圍尺寸在52cm 60cm內(nèi)，形成四十四種型號(hào)；所述傳感裝置包括能夠與頭部曲面形狀貼合的一底面硅膠層，所述底面硅膠層上表面設(shè)置有由若干壓力傳感器和縱橫連接各壓力傳感器的導(dǎo)線組成的矩陣網(wǎng)絡(luò)，所述矩陣網(wǎng)絡(luò)的外面通過(guò)導(dǎo)線連接一用于供電的電源模塊和一用于輸出各所述壓力傳感器信息的采集控制模塊；所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)管理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和工效性能分析單元；所述數(shù)據(jù)管理單元包括開啟模塊和采樣模塊；所述開啟模塊用于啟動(dòng)和停止所述控制數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，所述采樣模塊用于調(diào)整所述傳感裝置的采集頻率和采集時(shí)間，并采集所述傳感裝置輸出的壓力信號(hào)的采樣模塊；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元將所述采樣模塊采集的壓力信號(hào)存儲(chǔ)成與所述傳感裝置的矩陣網(wǎng)絡(luò)相同的矩陣形式；所述工效性能分析單元包括壓力眾數(shù)模塊、壓力峰值模塊、壓力均值模塊、壓力中心模塊、壓力方差模塊和壓力標(biāo)準(zhǔn)差模塊；所述壓力眾數(shù)模塊用于選擇壓力值眾數(shù)范圍的步長(zhǎng)，并顯示各壓力值眾數(shù)范圍內(nèi)采集點(diǎn)的數(shù)量；所述壓力峰值模塊用于找出并顯示壓力的最大值；所述壓力均值模塊用于計(jì)算并顯示所有壓力采集點(diǎn)的算術(shù)平均值；所述壓力中心模塊用于計(jì)算并顯示壓力采集點(diǎn)的中心的壓力數(shù)值；所述壓力標(biāo)準(zhǔn)差模塊用于計(jì)算并顯示壓力采集點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)值。
所述傳感裝置的采集控制模塊包括一選通模塊、一運(yùn)放模塊和一 A/D轉(zhuǎn)換模塊；所述選通模塊包括若干選通開關(guān)，每一所述選通開關(guān)都連接所述矩陣網(wǎng)絡(luò)的一行或一列，所述運(yùn)放模塊包括若干運(yùn)放通道，每一所述運(yùn)放通道都連接所述矩陣網(wǎng)絡(luò)的一列或一行，每一被選通的行或列上的所述壓力傳感器感應(yīng)的電流值，均通過(guò)其所在列或行的所述運(yùn)放通道放大后送入所述A/D轉(zhuǎn)換模塊，進(jìn)行轉(zhuǎn)換后輸出。所述傳感裝置中的壓力傳感器采用片層式結(jié)構(gòu)的應(yīng)變電阻式傳感器。所述工效性能分析單元的壓力標(biāo)準(zhǔn)差模塊中的標(biāo)準(zhǔn)差分為兩類接觸面標(biāo)準(zhǔn)差和全局標(biāo)準(zhǔn)差。所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)還包括顯示單元，所述顯示單元包括云圖模塊和柱狀圖模塊；所述云圖模塊以云圖的形式顯示頭模上所受壓力的分布情況；所述柱形圖模塊以柱形圖的形式顯示壓力均值、峰值。所述云圖模塊利用插值算法在有限數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行插值運(yùn)算，然后通過(guò)C#中的Graphic類繪制圖像并最終投影到設(shè)備顯示層上。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明系統(tǒng)由于設(shè)置了頭模矩陣、傳感裝置、計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，根據(jù)被評(píng)價(jià)頭盔來(lái)選取頭模，傳感裝置將測(cè)量頭模上的壓力傳給計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)計(jì)算出該頭盔適戴性的相關(guān)指標(biāo)，從而評(píng)價(jià)出該頭盔在號(hào)型上是否適于真人佩戴。2、本發(fā)明的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)由于設(shè)置了工效性能分析單元和顯示單元，傳感裝置對(duì)頭模上的壓力進(jìn)行測(cè)試后，工效性能分析單元會(huì)計(jì)算出頭盔適戴性的相關(guān)指標(biāo)，顯示單元將這些指標(biāo)以云圖、柱狀圖等形式表現(xiàn)出來(lái)，因此應(yīng)用本發(fā)明進(jìn)行頭盔適戴性評(píng)價(jià)時(shí)，具有直觀、快速的優(yōu)點(diǎn)。3、本發(fā)明的頭模矩陣是以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所提供的頭型三圍尺寸及其關(guān)系為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)用逆向建模技術(shù)，綜合使用UG、CATIA、Geomagic等建模軟件，最終生成與中國(guó)人頭型號(hào)的相匹配的三維頭部模型，因此，本發(fā)明創(chuàng)建了適合于中國(guó)人的頭模，而在頭?；A(chǔ)上的頭盔適戴性評(píng)價(jià)，也更適合中國(guó)人。4、本發(fā)明的傳感裝置由于設(shè)置了一底面硅膠層和一頂面硅膠層，因此其既為壓力傳感器陣列提供了均勻的承載面，又起到電氣絕緣的作用，保證了壓力傳感器陣列中電路的穩(wěn)定工作。5、本發(fā)明的傳感裝置由于在底面和頂面硅膠層之間設(shè)置有一由壓力傳感器組成的矩陣網(wǎng)絡(luò)，且橫向相鄰的壓力傳感器通過(guò)盤繞成曲線的導(dǎo)線焊接連接，因此本發(fā)明的傳感裝置具有很好的曲面貼合性和延展性，特別適合用于對(duì)曲率變化不規(guī)則的人體頭部所承受的壓力進(jìn)行測(cè)量。本發(fā)明可以廣泛地用于各種各類軍、警、民用頭盔、安全帽、運(yùn)動(dòng)頭盔等產(chǎn)品的適戴性能評(píng)價(jià)中。


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明頭模矩陣的頭型示意3是本發(fā)明傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明傳感裝置佩戴效果的俯視5是本發(fā)明傳感裝置中采集控制模塊的結(jié)構(gòu)示意6是本發(fā)明數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意7是本發(fā)明云圖模塊顯示的壓力云圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1、圖2所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括一頭模矩陣1、一傳感裝置2、一設(shè)置在計(jì)算機(jī)3中的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)4。如圖2所示，本發(fā)明的頭模矩陣I是以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T23461-2009《成年男性頭型三維尺寸》所提供的頭型三圍尺寸及其關(guān)系為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)用逆向建模技術(shù)，綜合使用UG(Unigraphics NX)、CATIA、Geomagic等建模軟件，在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)頭部數(shù)據(jù)三維建模，最終生成三維頭部模型。頭模矩陣I分為圓高型11、圓正型12、中正型13、中高型14、圓特高型15、超圓高型16和超圓特高型17七種頭型；每個(gè)頭型按照頭圍尺寸在52cm 60cm (增量為I厘米)內(nèi)又分為5 8個(gè)號(hào)，因此形成44種型號(hào)的頭模(如表I所示)如圖3、圖4 所示，本發(fā)明傳感裝置2包括一與頭部曲面形狀緊密貼合的底面硅膠層21，在底面硅膠層21上表面設(shè)置有由若干壓力傳感器22和縱橫連接各壓力傳感器22的導(dǎo)線23組成的矩陣網(wǎng)絡(luò)24，在矩陣網(wǎng)絡(luò)24的外面通過(guò)導(dǎo)線連接一電源模塊25和一采集控制模塊26，在矩陣網(wǎng)絡(luò)24和底面硅膠層21上設(shè)置有一頂面硅膠層27，頂面硅膠層27將底面硅膠層21、壓力傳感器22和導(dǎo)線23粘接成一個(gè)整體，形成一柔性傳感裝置。表I頭模矩陣的44種型號(hào)
權(quán)利要求
1.一種頭盔適戴性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于它包括頭模矩陣、傳感裝置和設(shè)置在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；所述頭模矩陣包括圓高型、圓正型、中正型、中高型、圓特高型、超圓高型和超圓特高型七種頭型，所述七種頭型按照頭圍尺寸在52cm 60cm內(nèi)，形成四十四種型號(hào)；所述傳感裝置包括能夠與頭部曲面形狀貼合的一底面硅膠層，所述底面硅膠層上表面設(shè)置有由若干壓力傳感器和縱橫連接各壓力傳感器的導(dǎo)線組成的矩陣網(wǎng)絡(luò)，所述矩陣網(wǎng)絡(luò)的外面通過(guò)導(dǎo)線連接一用于供電的電源模塊和一用于輸出各所述壓力傳感器信息的采集控制|吳塊；所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)管理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和工效性能分析單元；所述數(shù)據(jù)管理單元包括開啟模塊和采樣模塊；所述開啟模塊用于啟動(dòng)和停止所述控制數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，所述采樣模塊用于調(diào)整所述傳感裝置的采集頻率和采集時(shí)間，并采集所述傳感裝置輸出的壓力信號(hào)的采樣模塊；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元將所述采樣模塊采集的壓力信號(hào)存儲(chǔ)成與所述傳感裝置的矩陣網(wǎng)絡(luò)相同的矩陣形式；所述工效性能分析單元包括壓力眾數(shù)模塊、壓力峰值模塊、壓力均值模塊、壓力中心模塊、壓力方差模塊和壓力標(biāo)準(zhǔn)差模塊；所述壓力眾數(shù)模塊用于選擇壓力值眾數(shù)范圍的步長(zhǎng)，并顯示各壓力值眾數(shù)范圍內(nèi)采集點(diǎn)的數(shù)量；所述壓力峰值模塊用于找出并顯示壓力的最大值；所述壓力均值模塊用于計(jì)算并顯示所有壓力采集點(diǎn)的算術(shù)平均值；所述壓力中心模塊用于計(jì)算并顯示壓力采集點(diǎn)的中心的壓力數(shù)值；所述壓力標(biāo)準(zhǔn)差模塊用于計(jì)算并顯示壓力采集點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差的數(shù)值。
2.如權(quán)利要求1所述的一種頭盔適戴性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于所述傳感裝置的采集控制模塊包括一選通模塊、一運(yùn)放模塊和一 Α/D轉(zhuǎn)換模塊；所述選通模塊包括若干選通開關(guān)，每一所述選通開關(guān)都連接所述矩陣網(wǎng)絡(luò)的一行或一列，所述運(yùn)放模塊包括若干運(yùn)放通道，每一所述運(yùn)放通道都連接所述矩陣網(wǎng)絡(luò)的一列或一行，每一被選通的行或列上的所述壓力傳感器感應(yīng)的電流值，均通過(guò)其所在列或行的所述運(yùn)放通道放大后送入所述A/D 轉(zhuǎn)換模塊，進(jìn)行轉(zhuǎn)換后輸出。
3.如權(quán)利要求1所述的一種頭盔適戴性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于所述傳感裝置中的壓力傳感器采用片層式結(jié)構(gòu)的應(yīng)變電阻式傳感器。
4.如權(quán)利要求2所述的一種頭盔適戴性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于所述傳感裝置中的壓力傳感器采用片層式結(jié)構(gòu)的應(yīng)變電阻式傳感器。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種頭盔適戴性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于所述工效性能分析單元的壓力標(biāo)準(zhǔn)差模塊中的標(biāo)準(zhǔn)差分為兩類接觸面標(biāo)準(zhǔn)差和全局標(biāo)準(zhǔn)差。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所 述的一種頭盔適戴性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)還包括顯示單元，所述顯示單元包括云圖模塊和柱狀圖模塊；所述云圖模塊以云圖的形式顯示頭模上所受壓力的分布情況；所述柱形圖模塊以柱形圖的形式顯示壓力均值、峰值。
7.如權(quán)利要求5所述的一種頭盔適戴性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)還包括顯示單元，所述顯示單元包括云圖模塊和柱狀圖模塊；所述云圖模塊以云圖的形式顯示頭模上所受壓力的分布情況；所述柱形圖模塊以柱形圖的形式顯示壓力均值、峰值。
8.如權(quán)利要求6所述的一種頭盔適戴性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于所述云圖模塊利用插值算法在有限數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行插值運(yùn)算，然后通過(guò)C#中的 Graphic類繪制圖像并最終投影到設(shè)備顯示層上。
9.如權(quán)利要求7所述的一種頭盔適戴性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于所述云圖模塊利用插值算法在有限數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)坐標(biāo)數(shù)據(jù)和壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行插值運(yùn)算，然后通過(guò)C#中的 Graphic類繪制圖像并最終投影到設(shè)備顯示層上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種頭盔適戴性測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)，它包括頭模矩陣、傳感裝置和設(shè)置在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；傳感裝置包括能夠與頭部曲面形狀貼合的底面硅膠層，底面硅膠層上表面設(shè)置有由若干壓力傳感器和縱橫連接各壓力傳感器的導(dǎo)線組成的矩陣網(wǎng)絡(luò)，矩陣網(wǎng)絡(luò)的外面通過(guò)導(dǎo)線連接電源模塊和采集控制模塊；數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)管理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和工效性能分析單元；數(shù)據(jù)管理單元包括開啟模塊和采樣模塊；工效性能分析單元包括壓力眾數(shù)模塊、壓力峰值模塊、壓力均值模塊、壓力中心模塊、壓力方差模塊和壓力標(biāo)準(zhǔn)差模塊。本發(fā)明可以廣泛地用于各種各類軍、警、民用頭盔、安全帽、運(yùn)動(dòng)頭盔等產(chǎn)品的適戴性能評(píng)價(jià)中。
文檔編號(hào)G01L1/22GK103048069SQ20131001459
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者陳曉, 祖媛媛, 蔣毅, 鈕建偉, 周宏 , 王英澤, 王啟志 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總后勤部軍需裝備研究所