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    重庆时时彩五星走势: 基于单片机的运动地板震动吸收测量仪及其测试方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201510963901.5

    申请日:

    2015.12.18

    公开号:

    CN105606329A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01M 7/08申请日:20151218|||公开
    IPC分类号: G01M7/08 主分类号: G01M7/08
    申请人: 金陵科技学院
    发明人: 邹益民; 陈美君; 张利民; 何治斌
    地址: 211169 江苏省南京市江宁区弘景大道99号
    优先权:
    专利代理机构: 南京钟山专利代理有限公司 32252 代理人: 戴朝荣
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510963901.5

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.12.04|||2016.06.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种基于单片机的运动地板震动吸收测量仪及其测试方法,包括测试机架、测试控制盒、LCD操作显示面板。测试机架控制重锤将作用力施加到被测运动地板或参比坚硬地面上;机架内的测力传感器将被测作用力转换成电阻信号后传送至以单片机为控制核心的测试控制盒,在测试控制盒中首先将电阻信号转换成标准电压信号,再经高速A/D采样及数字滤波,随后捕获冲击力的最大值,最后据此完成震动吸收系数的测定;LCD操作显示面板则提供了一种简易的人机界面,以实现测试过程的操控及测量结果的显示。本装置结构简单,可为运动地板的生产、测试及使用企业提供一种简单有效的测试工具。

    权利要求书

    1.一种基于单片机的运动地板震动吸收测量仪,其特征在于,包括震动
    吸收测试机架(1)、测试控制盒(2)、LCD操作显示面板(3)。所述的震动吸
    收测试机架(1)包括测试基座(11),所述的测试基座(11)上安装有竖向设
    置的滑动柱(12),一铁磁性落锤(13)安装在滑动柱(12)上并能沿着滑动
    柱(12)上下滑动,所述的测试基座(11)上部还安装有直流电磁铁(14),
    所述的直流电磁铁(14)通电时能将落锤(13)吸住,所述的落锤(13)的正
    下方设置有震动测力装置,所述的震动测力装置由上至下依次设置有圆头上盘
    (15)、弹簧(16)、测力传感器(17)以及圆头下盘(18),所述的震动测力
    装置可沿光滑导管(19)上下活动,当直流电磁铁(14)断电时,落锤(13)
    能自由下落撞击圆头上盘(15),使弹簧(16)压缩,圆头下盘(18)撞击被
    测试件,所述的测力传感器(17)能实时测量冲击力大小,并将其转换为电阻
    信号,所述的测力传感器(17)与测试控制盒(2)连接并将一组电阻信号传
    递过去。
    2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的运动地板震动吸收测量仪,
    其特征是:所述的测试控制盒(2)中设置有信号调理电路,所述信号调理电
    路与测试机架(1)中的测力传感器(17)相连,接收与冲击力相关的一组四
    个桥路电阻的变化,所述信号调理电路由XTR106桥路激励芯片(21)、RCV420
    电流-电压转换芯片(22)及低噪声低漂移运算放大器芯片(23)构成,分别
    用于将从测力传感器(17)接收的桥路电阻信号变换成4-20mA电流信号,再
    进行电流-电压变换,最后转换为与A/D转换芯片(25)相匹配的电压输出。
    3.根据权利要求1,2所述的一种基于单片机的运动地板震动吸收测量仪,
    其特征是:所述的测试控制盒(2)中设置有单片机(24)作为测试系统的控
    制核心,借助测控软件完成所有的数据采集、数据滤波、震动吸收系统计算以
    及人机界面管理功能,所述单片机(24)控制高速A/D转换芯片(25)进行数
    据采集,以获得与冲击力相关的测试信号,测试控制盒(2)中安装有24V开
    关电源(26),为控制盒及直流电磁铁(24)提供工作电源,所述测试控制盒
    (2)还设置有DC-DC???27)用于将24V输入电源隔离变换为±12V及3.3V,
    为测试控制盒内各芯片供电,同时起到干扰抑制功能,所述单片机(24)还与
    LCD操作显示面板(3)相连,以实现人机接口控制。
    4.根据权利要求1~3所述的一种基于单片机的运动地板震动吸收测量仪,
    其特征是:所述的LCD操作显示面板(3)中包括有320×64点阵的LCD显示
    屏(31),用于对测试结果及操作信息进行显示,LCD操作显示面板(3)中还
    包括一组操作按钮(32),用于控制测试过程的启动、震动吸收系数的计算以
    及当前是被测地板还是参考地面的选择等,LCD操作显示面板(3)中还包括
    一组操作指示灯(33),用于指示当前系统的工作状态、所选的板型及报警状
    态。
    5.根据权利要求1~4所述的一种基于单片机的运动地板震动吸收测量仪,
    其特征是:所述的测试基座(11)还设置有三脚架(11a),所述的三脚架(11a)
    上设有连接装置(11b),所述的三脚架(11a)上还设有固定装置(11c),用
    于测试基座(11)的固定,固定装置(11c)上装有调节装置,所述的调节装
    置能调节测试基座(11)的高度及水平度。
    6.根据权利要求1~5所述的一种基于单片机的运动地板震动吸收测量
    仪,其特征是:所述的落锤(13)上部设置有位置调节装置(10),所述的位
    置调节装置(10)能调节落锤(13)的初始高度,以适应不同厚度被测件的需
    要。
    7.根据权利要求1~6所述的一种基于单片机的运动地板震动吸收测量仪
    的测试方法,其特征是:基本测试方法如下:
    S1:所述测量仪的一个重要组成部件是重力落锤(13),测试前使用直流
    电磁铁(14)的电磁作用力将其吸住,按下启动按钮(32)后在单片机(24)
    的控制下释放电磁作用,使重力落锤沿滑动柱(12)下落,依次撞击圆头上盘
    (15),使弹簧(16)压缩,圆头下盘(18)撞击被测试件,测力传感器(17)
    采用应变或相似的原理工作,能实时测量冲击力大小,并将其转换为一组电阻
    信号,该信号再经由测试控制盒(2)中的桥路激励芯片(21)、电流-电压转
    换芯片(22)及运算放大器芯片(23)各元件组成的信号调理电路变换为0-2.5V
    电压信号,再送入高速A/D转换芯片(25),在单片机(24)的控制下完成数
    据采集;
    S2:单片机(24)对上述采样数据实施中位值非线性滤波以及Butterworth
    低通滤波处理后,捕获上述各作用力的峰值,最后据此计算出冲力吸收的比值,
    即可获得待测的震动吸收系数;
    S3:所述震动吸收系数值计算方法:取若干次在被测地板及参考硬质地面
    上测得的结果进行简单算术平均,再按如下式(1)计算待测运动地板样本的
    震动吸收系数值;
    KA r e f = ( 1 - F m a x 1 F m a x 2 ) × 100 % - - - ( 1 ) ]]>
    其中:
    KAref:所测量地板震动吸收参数的参考结果,用百分比%表示;
    Fmax1:作用于被测运动地板上的最大冲击力值,用牛顿N表示;
    Fmax2:作用于坚硬地面(如水泥地面)上的最大冲击力值,用牛顿N表示;
    另:震动吸收参数值以整数的方式表示。

    说明书

    基于单片机的运动地板震动吸收测量仪及其测试方法

    技术领域

    本发明属于运动地板质量检测的技术领域,具体涉及一种基于单片机的运动地板震动吸收测量仪及其测试方法。

    背景技术

    随着中国竞技体育与全民健身运动的迅猛发展,目前在全国各地,体育场馆的建设数量与日俱增,档次也越来越高,而运动地板作为体育场馆的一个最基本的功能单元,对体育场馆的建设起着至关重要的作用。

    目前,中国一些体育基础设施与世界先进水准相比还存在不小的差距,运动地板就是其中之一。运动地板在中国尚处于初级发展阶段。其表现在以下几个主要方面:中国至今尚未制订和颁布运动地板国家标准,这就意味着国内的运动地板生产制造厂家在产品的设计开发、生产制造、质量控制和质量检验等重要方面均无标准可依;即使暂时参照或借鉴运动地板的国际标准(如德国DIN18032标准),生产企业也因缺少十分完善的检测设备和手段,从而会直接影响到运动地板的生产、检验和质量控制。

    为了使运动员达到最佳竞技状态,促进体育成绩的提高,运动地板要求具有运动、?;ぜ凹际跞蠡竟δ?,其检测标准主要包括:震动吸收、能量吸收、振动变形、滚动负荷、摩擦系数、球体反弹等六项指标。

    上述测试指标中,震动吸收系数用于测试运动地板的最关键功能:吸收冲力,形成缓冲,避免运动员落地时受地面反作用力而引起的伤害。主要衡量运动员弹跳回落到运动地板上后,地板表面对冲击力的吸收能力,表征的是对冲击力的衰减和阻止。指标要求冲力吸收大于等于53%。即:运动员跳起回落到地板时,最起码要有53%以上的冲击量被地板所吸收,从而起到?;ぴ硕钡孽坠亟?、半月板、脊髓、大脑的作用。

    震动吸收系数测试原理:一个标准重物通过自由落体运动落在一个弹簧上,该弹簧的下端铺设有运动地板测试样品,试验过程中其最大冲击力值将被记录下来,该冲击力值与在坚硬地板表面(通常为水泥地板表面)冲击力的比值即反映了运动地板表面的震动吸收能力。

    发明内容

    本发明要解决的技术问题是提供一种结构新颖、利用单片机完成运动地板震动吸收系数测量的运动地板震动吸收测量仪。

    为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:

    基于单片机的运动地板震动吸收测量仪,包括震动吸收测试机架、测试控制盒、LCD操作显示面板。震动吸收测试机架包括测试基座,测试基座上安装有竖向设置的滑动柱,一铁磁性落锤安装在滑动柱上并能沿着滑动柱上下滑动,测试基座上部还安装有直流电磁铁,直流电磁铁通电时能将落锤吸住,落锤的正下方设置有震动测力装置,震动测力装置由上至下依次设置有圆头上盘、弹簧、测力传感器以及圆头下盘,震动测力装置可沿光滑导管上下活动,当直流电磁铁断电时,落锤能自由下落撞击圆头上盘,使弹簧压缩,圆头下盘撞击被测试件,测力传感器能实时测量冲击力大小,并将其转换为电阻信号,测力传感器与测试控制盒连接并将一组电阻信号传递过去。

    测试控制盒中设置有信号调理电路,信号调理电路与测试机架中的测力传感器相连,接收与冲击力相关的一组四个桥路电阻的变化,信号调理电路由XTR106桥路激励芯片、RCV420电流-电压转换芯片及低噪声低漂移运算放大器芯片构成,分别用于将从测力传感器接收的桥路电阻信号变换成4-20mA电流信号,再进行电流-电压变换,最后转换为与A/D转换芯片相匹配的电压输出。

    测试控制盒中设置有单片机作为测试系统的控制核心,借助测控软件完成所有的数据采集、数据滤波、震动吸收系统计算以及人机界面管理功能,单片机控制高速A/D转换芯片进行数据采集,以获得与冲击力相关的测试信号,测试控制盒中安装有24V开关电源,为控制盒及直流电磁铁提供工作电源,测试控制盒还设置有DC-DC??橛糜诮?4V输入电源隔离变换为±12V及3.3V,为测试控制盒内各芯片供电,同时起到干扰抑制功能,单片机还与LCD操作显示面板相连,以实现人机接口控制。

    LCD操作显示面板中包括有320×64点阵的LCD显示屏,用于对测试结果及操作信息进行显示,LCD操作显示面板中还包括一组操作按钮,用于控制测试过程的启动、震动吸收系数的计算以及当前是被测地板还是参考地面的选择,LCD操作显示面板中还包括一组操作指示灯,用于指示当前系统的工作状态、所选的板型及报警状态。

    测试基座还设置有三脚架,三脚架上设有连接装置,以便当运输或储存过程中,可将三脚架与测试基座分离,以减少占地面积,三脚架上还设有固定装置,用于测试基座的固定,固定装置上装有调节装置,调节装置能调节测试基座的高度及水平度。

    落锤上部设置有位置调节装置,位置调节装置能调节落锤的初始高度,以适应不同厚度被测件的需要。

    本测量仪的基本测试方法如下:

    ●测量仪的一个重要组成部件是重力落锤,测试前使用直流电磁铁的电磁作用力将其吸住,按下启动按钮后在单片机的控制下释放电磁作用,使重力落锤沿滑动柱下落,依次撞击圆头上盘,使弹簧压缩,圆头下盘撞击被测试件,测力传感器采用应变或相似的原理工作,能实时测量冲击力大小,并将其转换为一组电阻信号,该信号再经由测试控制盒中信号调理电路变换为0-2.5V电压信号,再送入高速A/D转换芯片,在单片机的控制下完成数据采集。

    ●单片机对上述采样数据实施中位值非线性滤波以及Butterworth低通滤波处理后,捕获上述各作用力的峰值,最后据此计算出冲力吸收的比值,即可获得待测的震动吸收系数。

    ●震动吸收系数值计算方法:取若干次在被测地板及参考硬质地面上测得的结果进行简单算术平均,再按下式计算待测运动地板样本的震动吸收系数值。

    KA r e f = ( 1 - F m a x 1 F m a x 2 ) × 100 % ]]>

    其中:

    KAref:所测量地板震动吸收参数的参考结果,用百分比%表示

    Fmax1:作用于被测运动地板上的最大冲击力值,用牛顿N表示

    Fmax2:作用于坚硬地面(如水泥地面)上的最大冲击力值,用牛顿N表示

    另:震动吸收参数值以整数的方式表示。

    运动地板对体育场馆的建设起着至关重要的作用,生产与使用中需要相应的检测手段进行质量监控。运动地板检测标准中最核心的是震动吸收系数的测试。

    本发明给出了一种基于单片机的震动吸收测试仪设计方案。本发明由测试机架、测试控制盒、LCD操作显示面板组成。测试机架控制重锤将作用力施加到被测运动地板或参比坚硬地面上;机架内的测力传感器将被测作用力转换成电阻信号后传送至以单片机为控制核心的测试控制盒,在测试控制盒中首先将电阻信号转换成标准电压信号,再经高速A/D采样及数字滤波,随后捕获冲击力的最大值,最后据此完成震动吸收系数的测定;LCD操作显示面板则提供了一种简易的人机界面,以实现测试过程的操控及测量结果的显示。

    本发明利用精心设计的小型测试机架,以单片机为控制核心,实现对运动地板震动吸收系数的测试,本装置结构简单,可为运动地板的生产、测试及使用企业提供一种简单有效的测试工具。

    附图说明

    图1为本发明的基于单片机的运动地板震动吸收测量仪的测试机架结构示意图。

    图2为本发明的基于单片机的运动地板震动吸收测量仪的电路结构示意图。

    图3为Butterworth滤波器不同阶次下的幅频特性曲线示意图。

    图4为本发明中所设计的数字滤波器的幅频特性曲线图。

    图5为本发明中典型参比硬质地面及被测地板作用力的变化曲线示意图。

    具体实施方式

    下面结合附图和实施例对发明内容作进一步说明:

    1)测试仪应用需求

    随着中国竞技体育与全民健身运动的迅猛发展,目前在全国各地,体育场馆的建设数量与日俱增,档次也越来越高,而运动地板作为体育场馆的一个最基本的功能单元,对体育场馆的建设起着至关重要的作用。目前,中国一些体育基础设施与世界先进水准相比还存在不小的差距,运动地板就是其中之一。运动地板在中国尚处于初级发展阶段。其表现在以下几个主要方面:①目前在国内,对专业运动地板的概念还缺乏全面的、科学的、正确的认识,因而从观念上直接影响到体育场馆对运动地板的正确选择与应用。②中国至今尚未制订和颁布运动地板国家标准,这就意味着国内的运动地板生产制造厂家在产品的设计开发、生产制造、质量控制和质量检验等重要方面均无标准可依。③即使暂时参照或借鉴运动地板的国际标准(如德国DIN18032标准),生产企业也因缺少十分完善的检测设备和手段,从而会直接影响到运动地板的生产、检验和质量控制。④目前在中国,真正能够达到国际标准的专业运动地板生产制造厂家应该说为数不多。在无国家标准的情况下,国内运动地板生产厂家既缺乏科学、系统的专业设计理论作依据,又无先进的技术工艺和专业制造设备作保证,其生产的运动地板的性能和质量与专业运动地板的要求存在不小的差距。

    为了使运动员达到最佳竞技状态,促进体育成绩的提高,运动地板要求具有运动、?;ぜ凹际跞蠡竟δ埽孩僭硕δ苄裕褐冈硕匕逵ψ畲笙薅鹊芈愀髦植煌逵硕钅康募际跆氐?,并尽量避免运动员承受不必要的负载和消耗过多的能量所应具备的性能。②?;すδ苄裕褐妇×考跚嵩硕痹谂懿?、球类比赛和训练时所承受的负载,以及在一些需要特殊?;さ脑硕钅?例如拳击、摔跤或柔道)中减少运动员落地时受伤的频度所应具备的一种性能。③技术性能:指运动地板能够长时间满足运动功能性和?;すδ苄?,而且能适应运动器械和设备(例如座椅和看台)的移动和使用以及其它应用所应具备的一些性能。为保证运动地板达到要求的运动、?;ぜ凹际跞蠡竟δ?,其检测标准最主要指标包括:①震动吸收:该指标用于测试运动地板的最关键功能:吸收冲力,形成缓冲,避免运动员落地时受地面反作用力而引起的伤害。主要衡量运动员弹跳回落到运动地板上后,地板表面对冲击力的吸收能力,表征的是对冲击力的衰减和阻止。指标要求冲力吸收大于等于53%。即:运动员跳起回落到地板时,最起码要有53%以上的冲击量被地板所吸收,从而起到?;ぴ硕钡孽坠亟?、半月板、脊髓、大脑的作用。运动地板其它测试指标还包括:②能量吸收:测试运动地板的横向变形系数,是考察运动地板的重要标准。其要求中心点在垂直受到一定的冲力时,距离500m处的体育地板的变形小于等于15%。③振动变形:测试运动地板的垂直变形。要求某点在垂直受到一定冲力时,体育地板的垂直变形必须小于等于2.3mm。该指标通过测试地板的弹性和张力,保障使用者的运动安全。④滚动负荷:测试体育地板的弹性和恢复程度,即运动地板在经过高密度使用后保持地板表面平整,无凹痕。要求以2500N的重轮连续滚压地板时,表面不受损坏。保证体育地板的耐用性,扩大场馆的使用范围,同时降低维护费用。⑤摩擦系数:该指标影响到运动员的能力和安全。磨擦系数不宜太大,当磨擦系数太大时,运动员的鞋容易与地板产生枯结,这样就增加了对地板的负荷,对腿部肌肉韧带也增加了很重的负荷,因此,根据体育规范要求,磨擦系数应控制在0.4~0.7之间,这样可以使运动员在地板上做最佳的滑行,停止和加速。⑥球体反弹:球的回弹力是用正确充气的标准篮球测定的,在体育地板上篮球的反弹高度至少为水泥地的90%,该项指标涉及到运球时的姿势和力度掌握。满足运动的快节奏需要。

    震动吸收系数测试原理:一个标准重物通过自由落体运动落在一个弹簧上,该弹簧的下端铺设有运动地板测试样品,试验过程中其最大冲击力值将被记录下来。该冲击力值与在坚硬地板表面(通常为水泥地板表面)冲击力的比值即反映了运动地板表面的震动吸收能力。

    2)测试仪组成及功能

    参照图1、图2所示。

    本测量仪包括震动吸收测试机架(1)、测试控制盒(2)、LCD操作显示面板(3)。震动吸收测试机架(1)包括测试基座(11),测试基座(11)上安装有竖向设置的滑动柱(12),一铁磁性落锤(13)安装在滑动柱(12)上并能沿着滑动柱(12)上下滑动,测试基座(11)上部还安装有直流电磁铁(14),直流电磁铁(14)通电时能将落锤(13)吸住,落锤(13)的正下方设置有震动测力装置,震动测力装置由上至下依次设置有圆头上盘(15)、弹簧(16)、测力传感器(17)以及圆头下盘(18),震动测力装置可沿光滑导管(19)上下活动,当直流电磁铁(14)断电时,落锤(13)能自由下落撞击圆头上盘(15),使弹簧(16)压缩,圆头下盘(18)撞击被测试件,测力传感器(17)能实时测量冲击力大小,并将其转换为电阻信号,测力传感器(17)与测试控制盒(2)连接并将一组电阻信号传递过去。

    测试控制盒(2)中设置有信号调理电路,信号调理电路与测试机架(1)中的测力传感器(17)相连,接收与冲击力相关的一组四个桥路电阻的变化,信号调理电路由XTR106桥路激励芯片(21)、RCV420电流-电压转换芯片(22)及低噪声低漂移运算放大器芯片(23)构成,分别用于将从测力传感器(17)接收的桥路电阻信号变换成4-20mA电流信号,再进行电流-电压变换,最后转换为与A/D转换芯片(25)相匹配的电压输出。

    测试控制盒(2)中设置有单片机(24)作为测试系统的控制核心,借助测控软件完成所有的数据采集、数据滤波、震动吸收系统计算以及人机界面管理等功能,单片机(24)控制高速A/D转换芯片(25)进行数据采集,以获得与冲击力相关的测试信号,测试控制盒(2)中安装有24V开关电源(26),为控制盒及直流电磁铁(24)提供工作电源,测试控制盒(2)还设置有DC-DC???27)用于将24V输入电源隔离变换为±12V及3.3V,为测试控制盒内各芯片供电,同时起到干扰抑制功能,单片机(24)还与LCD操作显示面板(3)相连,以实现人机接口控制。

    LCD操作显示面板(3)中包括有320×64点阵的LCD显示屏(31),用于对测试结果及操作信息进行显示,LCD操作显示面板(3)中还包括一组操作按钮(32),用于控制测试过程的启动、震动吸收系数的计算以及当前是被测地板还是参考地面的选择,LCD操作显示面板(3)中还包括一组操作指示灯(33),用于指示当前系统的工作状态、所选的板型及报警状态。

    测试基座(11)还设置有三脚架(11a),三脚架(11a)上设有连接装置(11b),以便当运输或储存过程中,可将三脚架(11a)与测试基座(11)分离,以减少占地面积,三脚架(11a)上还设有固定装置(11c),用于测试基座(11)的固定,固定装置(11c)上装有调节装置,调节装置能调节测试基座(11)的高度及水平度。

    落锤(13)上部设置有位置调节装置(10),位置调节装置(10)能调节落锤(13)的初始高度,以适应不同厚度被测件的需要。

    本测试仪基本测试方法如下:

    ●测量仪的一个重要组成部件是重力落锤(13),测试前使用直流电磁铁(14)的电磁作用力将其吸住,按下启动按钮(32)后在单片机(24)的控制下释放电磁作用,使重力落锤沿滑动柱(12)下落,依次撞击圆头上盘(15),使弹簧(16)压缩,圆头下盘(18)撞击被测试件,测力传感器(17)采用应变或相似的原理工作,能实时测量冲击力大小,并将其转换为一组电阻信号,该信号再经由测试控制盒(2)中的桥路激励芯片(21)、电流-电压转换芯片(22)及运算放大器芯片(23)各元件组成的信号调理电路变换为0-2.5V电压信号,再送入高速A/D转换芯片(25),在单片机(24)的控制下完成数据采集。

    ●单片机(24)对上述采样数据实施中位值非线性滤波以及Butterworth低通滤波处理后,捕获上述各作用力的峰值,最后据此计算出冲力吸收的比值,即可获得待测的震动吸收系数。

    ●震动吸收系数值计算方法:取若干次在被测地板及参考硬质地面上测得的结果进行简单算术平均,再按如下公式计算待测运动地板样本的震动吸收系数值。

    KA r e f = ( 1 - F m a x 1 F m a x 2 ) × 100 % ]]>

    其中:

    KAref:所测量地板震动吸收参数的参考结果,用百分比%表示

    Fmax1:作用于被测运动地板上的最大冲击力值,用牛顿N表示

    Fmax2:作用于坚硬地面(如水泥地面)上的最大冲击力值,用牛顿N表示

    另:震动吸收参数值以整数的方式表示。

    本测量仪中,撞击头端的直径为50mm±1mm,撞击头采用硬质合金钢制作,表面平整而坚硬。整个落锤装置,即落锤重物和撞击头的总重量为20±0.1kg。圆头上盘(15)安装于弹簧(16)的上部,为一凸形的球状面,半径为100mm,同样采用硬质合金钢制成。弹簧(16)的弹性系数,即胡克系数为2000±60N/mm,弹性形变力学范围为0~10kN。圆头下盘(18)的表面形状为球形曲面,半径为500mm。震动测力装置整体直径为700±0.1mm,总重量为3.0±0.3kg;下部导管(19)的直径为71.0±0.1mm,以保证测力装置稳定下落。测力传感器采用应变或相似的原理工作,测力范围0~10KN;而电流-电压转换电路用于将测力传感器提供的桥路电阻变化转换为0-2.5V电压信号,其信号频宽为0-1000Hz。

    基于单片机的运动地板震动吸收测量仪安装有三脚架用于设备的固定,三脚架上装有连接装置用于连接测试基座,三脚架上还装有调节螺丝,能进行垂直方向上的调整,此测量仪的底座的轴线与每个三脚架轴线之间的距离至少为600mm。

    基于单片机的运动地板震动吸收测量仪中的落锤在提升、固定及释放时能够通过位置调节装置来调节其起始高度,而落锤的底部同圆头上盘的上表面的距离为55±0.25mm。

    基于单片机的运动地板震动吸收测量仪使用时应垂直放置在被测运动地板及用做参考的测试地面这样的测量平台上,并且在测量某个位置点的震动吸收参数值过程中不能改变测量仪的位置,两次独立测量的间隔时间应至少为1分钟,在正式测量开始前,要做一次不记录的初始载荷测试。一次测试结束后,应马上将落锤这样的负载从撞击接触点撤离。

    作用于被测运动地板或参考硬质地面上的最大冲击力值是在被测试件的每个选取测试点上测量三组以上数据,经算术平均后获得,供进行后期的计算。

    3)Butterworth滤波器设计

    Butterworth滤波器是电子滤波器的一种,特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦,没有起伏,而在阻频带则逐渐下降为零。是目前最为流行的一类数字滤波器,经过离散化可以作为数字Butterworth滤波器,较模拟滤波器具有精度高、稳定、灵活、不要求阻抗匹配等众多优点。对相同的通带最大衰减和阻带最小衰减,Butterworth滤波器具有单调下降的幅频特性,且过渡带最宽。

    Butterworth低通滤波器的幅度平方函数|Ha(jΩ)|2用下式表示:

    | H a ( j Ω ) | 2 = 1 1 + ( Ω Ω c ) 2 N - - - ( 2 ) ]]>

    N为Butterworth滤波器的阶数。当Ω=0时,|Ha(jΩ)|=1;Ω=Ωc时,Ωc是3dB截止频率。Ω=Ωc时,Ω逐渐增大,幅度下降非常迅速。Ω、N同幅度特性关系如附图3所示。N决定了幅度下降速度,N越大,通带就越平坦,过渡带也随之变窄,阻带幅度同过渡带下降的速度越迅速,总体频响特性同理想低通滤波器的实际误差越小。

    采用脉冲响应不变法或双线性法可将如式(3)所示的模拟传递函数H(s)转换成如式(4)所示的脉冲传递函数。

    H ( s ) = Y ( s ) X ( s ) = Σ r = 0 M b r s r Σ k = 0 N a k s k - - - ( 3 ) ]]>

    H ( Z ) = Y ( Z ) X ( Z ) = Σ r = 0 M b r Z - r Σ k = 0 N a k Z - k - - - ( 4 ) ]]>

    本应用中,取通带截止频率为fp=120Hz,阻带截止频率fs=250,采样频率为20KHz,通带纹波Rp=0.5,最小阻带衰减Rs=18,最后用脉冲响应不变法模数变换,得到:

    滤波器阶次N=4;

    式(4)中的分子多项式系数为:1.0e-005*[-0.0000,0.0695,0.2698,0.0655]

    式(4)中的分母多项式系数为:[1.0000,-3.8810,5.6502,-3.6569,0.8878]

    所设计数字滤波器的幅频特性曲线如附图4所示。

    5)信号调理器设计

    信号调理器用于将测力传感器(17)输出的桥路电阻信号转换为0-2.5V电压信号,以匹配高速A/D的采样范围。电路中,测力传感器给出的桥路电阻信号首先经XTR106芯片(21)转换成4-20mA,再经由RCV420芯片(22)转换为0-5V电压信号,最后经低噪声低漂移运算放大器(23)变换为2.5V。采用DC-DC电源??榻低车?4V直流电源变换为隔离的±12V及+3.3V直流电源,为信号调理器提供工作电源,并可以提高测试仪的抗干扰能力。

    6)测量操作步骤

    ●典型测试曲线

    系统测试过程中,每一测点的典型的测试响应曲线应与附图5所示相似。在得到测试曲线后,再经低通滤波后,搜索曲线中的最高点,即可获得待测的力值。

    ●预备测试过程

    在坚硬地面上测量冲击力的参考值。

    (1)对即将进行测试作业的仪器设备进行调校设置,使其能垂直竖立在坚硬混凝土地面上。

    (2)设置好重物落锤冲击头与圆头上盖冲击接触点之间的高度距离,具体参数值约为55±0.25mm。试验作业开始时,重物落锤应能顺利进行自由落体运动并对圆头上盖的接触面形成冲击载荷。

    (3)测量并记录下在整个冲击过程中产生的力载荷峰值。

    (4)重复(3)试验过程4次,记录后3个冲击力参数;之后,计算出后3个冲击力测量值的算术平均结果,并将该结果表示为Fmax2。

    (5)Fmax2参数值应在6.60±0.25KN的范围内,如果实际的测量和计算结果超出了上述范围,则认为该结果无效。

    ●测试过程

    在被测运动地板样本上测量冲击力的大小。

    (1)对试验设备进行调校设置,使其能垂直放置在测试样品的上方。

    (2)设置好重物落锤冲击头与圆头上盖冲击接触点之间的高度距离,具体参数值约为55±0.25mm。试验作业开始时,重物落锤应能顺利进行自由落体运动并对圆头上盖的接触面形成冲击载荷。

    (3)测量并记录下在整个冲击过程中产生的力载荷峰值。在冲击测试结束的10秒内,应将重物重新移开,以便测试样品表面能恢复到受到冲击前的状态。

    (4)除非有特殊情况的说明,一般来说需再重复4次(3)的操作步骤,每次操作的时间间隔为60±10s。之后,计算出后3个冲击力测量值的算术平均结果,并将该结果表示为Fmax1。

    (5)如果有必要在同一样品上进行进一步的测试时,则每次测量时都应更换新的测量点,且每个新选的测试点与原来测试点之间的距离应大于100mm。

    ●测试和计算结果表达

    (1)计算出地板测试样品的震动吸收值,其计算公式如下:

    KA r e f = ( 1 - F m a x 1 F m a x 2 ) × 100 % ]]>

    其中:

    KAref:所测量地板震动吸收参数的参考结果,用百分比%表示

    Fmax1:作用于被测运动地板上的最大冲击力值,用牛顿N表示

    Fmax2:作用于坚硬地面(如水泥地面)上的最大冲击力值,用牛顿N表示

    (2)震动吸收参数值以整数的方式表示。

    以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质,在本发明的精神和原则之内,对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等,均仍属于本发明技术方案的?;し段е?。

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    基于 单片机 运动 地板 震动 吸收 测量仪 及其 测试 方法
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