基于測力板的人致載荷測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于測力板的人致載荷測試系統(tǒng)，屬于生物力學(xué)領(lǐng)域。由檢測系統(tǒng)、人行通道、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。檢測系統(tǒng)為測力板；人行通道包括：引入通道、測試平臺、引出通道、配重；引入通道與引出通道位于測試平臺的兩側(cè)，引入板、測試板、承重板、引出板需處于同一水平面上；配重按重量對稱置于承重板的兩側(cè)；測力板放置于基板中心點(diǎn)的下方；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過檢測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)；本發(fā)明較貼近地再現(xiàn)了人在水平地面上接近自然狀態(tài)下的多種前進(jìn)方式(走、踏、跑、跳等)并進(jìn)行測試。
【專利說明】基于測力板的人致載荷測試系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于測力板的人致載荷測試系統(tǒng)，屬于生物力學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展使得國內(nèi)公共載人結(jié)構(gòu)(如人行橋、體育場館看臺、歌舞廳、劇院等)的數(shù)量越來越多，而新的結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)體系、施工方法使得公共載人結(jié)構(gòu)變得跨度更大、更輕柔。這些結(jié)構(gòu)在正常使用下更容易受人致載荷的影響而引起劇烈振動。所謂人致載荷是指人在不同行為下，例如行走、踏步、跑步、跳躍等不同情況下對地面產(chǎn)生的動態(tài)載荷。人致載荷可分解為三個(gè)方向的分量，即沿重力方向的豎向力(簡稱豎向載荷)，與前進(jìn)方向垂直的水平橫向力(簡稱橫向載荷)和沿前進(jìn)方向的水平縱向力(簡稱縱向載荷)。人致載荷的主要特征參數(shù)有人體重力、邁步頻率、每步步長、前進(jìn)速度、相位角等。人的不同前進(jìn)方式(走、踏、跑、跳等)具有不同的特征參數(shù)。
[0003]早期的單人動載荷測量一般在固定于地面的測力板或走步機(jī)上測量。Harper于20世紀(jì)60年代用測力板做了最早的行人載荷測量實(shí)驗(yàn)，Andriacchi于20世紀(jì)70年代利用測力板測量了單人載荷在三個(gè)方向的分量。1996年美國賓州大學(xué)的Ebrahimpour等人建造了一個(gè)長14.2m、寬2m的多模塊固定測力平臺，能夠較準(zhǔn)確地測量出人體行走的豎向載荷。波蘭學(xué)者Zoltowski等人設(shè)計(jì)了豎向振動平臺上的走步機(jī)測力裝置來模擬人與結(jié)構(gòu)的豎向相互作用力。2006年日本學(xué)者Nakamura等人設(shè)計(jì)了橫向振動平臺上的走步機(jī)測力裝置，測試了人在上面踏步時(shí)的橫向載荷。意大利學(xué)者Ricciardelli應(yīng)用橫向振動平臺上的走步機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了受試者的走步試驗(yàn)。
[0004]總結(jié)之前國內(nèi)外的人致載荷測試裝置，它們大致存在以下問題:基于測力板的測試裝置由于行人在抬腳踏上側(cè)力板時(shí)會因板和地面的高度差而產(chǎn)生附加作用力，測得的人致載荷的三個(gè)方向的分量會有一定偏差，且受試者大多只能走一個(gè)單步；而基于走步機(jī)的測試裝置由于傳送帶的均勻傳送，受試者會均勻化左右腳之間和兩個(gè)連續(xù)單步之間的差異，大多數(shù)人在跑步機(jī)設(shè)定的步速下，步長偏大或步頻偏小，而且在走步機(jī)上的視覺感受和平衡感也完全不同于在自然狀態(tài)的走或跑。因此，不論是基于測力板的測試裝置還是基于走步機(jī)上的測試裝置，它們都不能很好地測量既包含行走，又包含踏步、跑步、跳躍等多工況下接近自然前進(jìn)狀態(tài)的多步載荷信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有人致載荷測試裝置存在的不足，提出了一種基于測力板的人致載荷測試系統(tǒng)，可以得到人在各種動作下的多步動態(tài)載荷，并且可以給出人在測試通道上的位置信息。
[0006]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0007]基于測力板的人致載荷測試系統(tǒng)，由檢測系統(tǒng)、人行通道、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。
[0008]檢測系統(tǒng)為測力板，用于確定人通過人行通道時(shí)對通道表面產(chǎn)生的作用力。[0009]人行通道的主要功能是提供一條通道來引導(dǎo)行人通過檢測系統(tǒng)，并固定測力板。
[0010]人行通道包括:引入通道、測試平臺、引出通道、配重；
[0011]所述引入通道與引出通道包括:引入板、支腿、引出板；引入板、引出板由支腿支撐；引入通道和引出通道的作用是實(shí)現(xiàn)過渡，引導(dǎo)受試者進(jìn)入和離開測試平臺，確保受試者在測試平臺的前進(jìn)為接近自然狀態(tài)；
[0012]所述測試平臺包括:基板、測試板、承重板；2塊測試板固定于基板上方，其短邊分別與基板的短邊對齊；承重板固定于基板上方的2塊測試板之間的空間內(nèi)，承重板的兩個(gè)長邊分別與2塊測試板的短邊對齊，即2塊測試板對稱分布于承重板兩側(cè)；測試平臺的作用是安裝固定測力板，并支承受試者進(jìn)行測試；
[0013]所述配重是用于將測試平臺固定于測力板上，并防止工作時(shí)測試平臺的翹起；
[0014]引入通道與引出通道位于測試平臺的兩側(cè)，引入板、測試板、承重板、引出板需處于同一水平面上；配重按重量對稱置于承重板的兩側(cè)；測力板放置于基板中心點(diǎn)的下方；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過檢測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)；
[0015]數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的作用主要是將測力板得到的電荷信號進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換并計(jì)算得到各個(gè)載荷分量以及位置信息。
[0016]有益效果
[0017]1、本發(fā)明基于測力板的人致載荷測試系統(tǒng)，通過設(shè)計(jì)安裝引入通道和引出通道，很好地實(shí)現(xiàn)了受試者在測試前和測試后的過渡，確保受試者通過測試平臺時(shí)的前進(jìn)方式為接近自然狀態(tài)下的前進(jìn)方式，這樣使測試結(jié)果更為精確。
[0018]2、本發(fā)明基于測力板的人致載荷測試系統(tǒng)，每次測試能夠獲得至少2-3步的多種前進(jìn)方式(走、踏、跑、跳)的人致載荷信息，單次測量步數(shù)多，適用工況也多。
[0019]3、本發(fā)明基于測力板的人致載荷測試系統(tǒng)，可以給出受試者在測試平臺上的位置信息，據(jù)此可計(jì)算出更多的人致載荷特征參數(shù)(如前進(jìn)速度、每步步長等)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為測力板結(jié)構(gòu)圖；
[0021 ] 圖2為引入通道斜視圖；
[0022]圖3為測試平臺斜視圖；
[0023]圖4為人行通道主視圖；
[0024]圖5為人行通道左視圖；
[0025]圖6為人行通道斜視圖；
[0026]圖7為測力板安裝示意圖；
[0027]圖8為實(shí)施操作圖。
[0028]其中，I一引入板、2—支腿、3—基板、4一測試板、5—承重板、6—引出板、7—配重、8—測力板；
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合說明書與附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0030]實(shí)施例1[0031]基于測力板的人致載荷測試系統(tǒng)，由檢測系統(tǒng)、人行通道、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。
[0032]檢測系統(tǒng)為測力板8，如圖1、7所示，用于確定人通過人行通道時(shí)對通道表面產(chǎn)生的作用力。
[0033]人行通道的主要功能是提供一條通道來引導(dǎo)行人通過檢測系統(tǒng)，并固定測力板。
[0034]人行通道，如圖4、5、6所示，包括:引入通道、測試平臺、引出通道、配重7 ;
[0035]所述引入通道，如圖2所示，與引出通道包括:引入板1、支腿2、引出板6 ;引入板
1、引出板6由支腿2支撐；引入通道和引出通道的作用是實(shí)現(xiàn)過渡，引導(dǎo)受試者進(jìn)入和離開測試平臺，確保受試者在測試平臺的前進(jìn)為接近自然狀態(tài)；
[0036]所述測試平臺，如圖3所示，包括:基板3、測試板4、承重板5 ;2塊測試板4固定于基板3上方，其短邊分別與基板3的短邊對齊；承重板5固定于基板3上方的2塊測試板4之間的空間內(nèi)，承重板5的兩個(gè)長邊分別與2塊測試板4的短邊對齊，即2塊測試板4對稱分布于承重板5兩側(cè)；測試平臺的作用是安裝固定測力板，并支承受試者進(jìn)行測試；
[0037]所述配重7為總重約280千克的灰鑄鐵，用于將測試平臺固定于測力板上，并防止工作時(shí)測試平臺的翹起；
[0038]引入通道與引出通道位于測試平臺的兩側(cè)并設(shè)有間隙δ = 10mm，引入板1、測試板4、承重板5、引出板6需處于同一水平面上；配重7按重量對稱置于承重板5的兩側(cè)；測力板8放置于基板3中心點(diǎn)的下方，測力板8的兩條短邊與基板3的短邊距離m = 700_，測力板8的兩條長邊與基板3的長邊距離n = 50mm ;數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過檢測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)；
[0039]數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的作用主要是將測力板得到的電荷信號進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換并計(jì)算得到各個(gè)載荷分量以及位置信息。
[0040]工作過程:
[0041]在每次測試開始前，須首先進(jìn)行調(diào)零。調(diào)零的目的有兩個(gè):一是為了力傳感器的調(diào)零，二是為了調(diào)整測試板的重量平衡。首先，調(diào)零對于糾正以零偏為形式的溫度漂移很重要，另一方面，所有輸出載荷都和測試過程中的零值有關(guān)系。
[0042]如圖8所示，當(dāng)開始測試時(shí)，受試者應(yīng)該站在測試平臺上(圖中位置①)保持2秒，這個(gè)過程用來確定體重。然后，受試者從位置②直接離開測試平臺，走向引入通道的始端(位置③)。受試者以各種工況(行走、踏步、跑步、跳躍等)通過整個(gè)測試平臺，從引出通道的末端(位置④)走出，然后再走向引入通道的始端(位置③)。整個(gè)步驟一直重復(fù)直到測試結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1.基于測力板的人致載荷測試系統(tǒng)，其特征在于:由檢測系統(tǒng)、人行通道、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成；檢測系統(tǒng)為測力板；人行通道包括:引入通道、測試平臺、引出通道、配重(7)； 所述引入通道與引出通道包括:引入板(I)、支腿(2)、引出板(6);引入板(I)、引出板(6)由支腿⑵支撐； 所述測試平臺包括:基板(3)、測試板(4)、承重板(5) ；(2)塊測試板(4)固定于基板(3)上方，其短邊分別與基板(3)的短邊對齊；承重板(5)固定于基板(3)上方的(2)塊測試板(4)之間的空間內(nèi)，承重板(5)的兩個(gè)長邊分別與(2)塊測試板(4)的短邊對齊，SP(2)塊測試板(4)對稱分布于承重板(5)兩側(cè)；測試平臺的作用是安裝固定測力板，并支承受試者進(jìn)行測試； 引入通道與引出通道位于測試平臺的兩側(cè)，引入板(I)、測試板(4)、承重板(5)、引出板(6)需處于同一水平面上；配重(7)按重量對稱置于承重板(5)的兩側(cè)；測力板(8)放置于基板(3)中心點(diǎn)的下方；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過檢測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求(I)所述的基于測力板的人致載荷測試系統(tǒng)，其特征在于:所述配重(7)是用于將測試平臺固定于測力板上，并防止工作時(shí)測試平臺的翹起。
【文檔編號】G01L5/16GK103954393SQ201410204636
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】王彩鋒, 牛少華, 高世橋, 劉海鵬, 王華敏 申請人:北京理工大學(xué)