CN101490526B - 设计用于执法的衣服和装备的方法以及认可这种衣服和装备的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于设计防护执法官员的身体的衣服或装备的方法，包括如下步骤：给假人装备影像传感器和/或负载传感器；定位冲击施加装置以在被冲击的假人的目标区上施加冲击；在没有防护衣服或装备的情况下施加这些所述冲击，并记录所得测量结果；在所述假人的目标区上安装防护衣服或装备；在受到防护的假人上施加这些冲击，读取所得测量结果；推出所述防护衣服或装备的能量吸收值和/或冲击力衰减值；如果所述值高于阈值，则认为所述衣服或装备在所述阈值的意义上为合格；否则，必须对所述防护衣服或装备进行结构上的修改以提高这些值。为了便于对所述装备进行预期的使用选择，对防护级别使用标准化的测试。

Description

设计用于执法的衣服和装备的方法以及认可这种衣服和装备的方法
技术领域
本发明主要涉及用于防护执法官员的装备的设计。
用于防护执法官员的装备在这里的意思是由使用者穿着以减小或防止特定身体伤害的风险的任何衣服或装备。
背景技术
传统上这种防护装备基本上是根据经验进行设计的：生成几个模型并在穿着所述装备的实际条件下或在与实际条件接近的条件下对这些模型进行测试(务必不要对执行测试的人员有太多的要求)。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的这些局限性，尤其通过提供防护人体的装备的防护效果的准确的、可再现的可测量性来提出可行的方法，以根据所需的防护目标来方便进行这种装备的设计，从而提高它们的可靠性，同时根据需要向使用者提供一定范围的装备，所述装备能够提供不同的防护程度。
同样地，本发明的目的是实现一种科学的评价执法装备的方法，这样在创伤学方面的评价就有一个标准化的表达，容易被消费者读懂，因为其允许消费者客观地在这种和那种与防护的核定级别相关的装备之间进行选择，例如通过以棍棒开始而以斧头结束。
要达到那种效果，本发明根据第一方面提出了一种用于设计防护执法官员的身体的装备的方法，其特征在于包括如下步骤：
-提供带有一组影像传感器和/或负载传感器的假人；
-以这样的方式定位冲击施加装置，即所述冲击施加装置能够根据已确定的可再现影像在所述假人的至少一个预定目标区上施加冲击；
-在没有装备防护装备的假人的目标区上施加所述冲击，获取由位于所述目标区的区域内的传感器提供的测量结果；
-以覆盖所述目标区的方式在所述假人上安装防护装备；
-在装备有所述防护装备的所述假人的所述目标区上施加所述冲击，获取由所述传感器提供的测量结果；
-根据所述测量结果推出所述防护装备的能量吸收值和/或冲击力衰减值中的至少之一；以及
-如果所述值高于阈值，则认为所述装备在所述阈值的意义上为合格；
-否则，对所述防护装备进行结构上的修改以提高所述能量吸收值和/或所述冲击力衰减值。
根据本发明的第二方面，还提出了一种对用于防护执法官员的身体的装备进行测试认可的方法，其特征在于包括如下步骤：
-提供带有一组影像传感器和/或负载传感器的假人；
-以这样的方式定位冲击施加装置，即所述冲击施加装置能够根据已确定的可再现影像在所述假人的可能由要被测试的装备防护的至少一个预定目标区上施加冲击；
-在没有装备待测试的防护装备的假人的所述目标区上施加所述冲击，获取由位于所述目标区的区域内的传感器提供的测量结果；
-以覆盖所述目标区的方式在所述假人上安装要被测试的所述防护装备；
-在装备有所述装备的所述假人的所述目标区上施加所述冲击，获取由所述传感器提供的测量结果；
-根据所述测量结果推出所述防护装备的能量吸收值和/或冲击力衰减值中的至少之一；以及
-如果所述值高于阈值，则认为所述装备被认可。
这些方法的某些优选的但不是限制性的方面如下：
-所述方法还包括根据反映创伤与直接施加在人体确定区域上的冲击力值和/或能量值之间关系的数字数据确定所述阈值的步骤。
-利用承载用于冲击器的支撑件的直线摆锤施加所述冲击。
-所述支撑件包括至少一个影像传感器和/或负载传感器。
-由所述传感器提供的测量结果选自包括位移测量结果、速度测量结果、加速度测量结果、冲击力测量结果和它们随时间的变化的组。
-利用具有选自圆形或带有锐边的形状的冲击器施加所述冲击。
-根据至少两个不同的入射角施加所述冲击。
-其中一个入射角基本与目标处的假人的表面垂直。
-在所述假人处于几个不同的姿势时，在所述假人上施加所述冲击。
-对于胫骨垫式的防护装备，以模拟所述假人与地面之间的摩擦力的方式将所述假人的装备有鞋的腿置于实际测试表面上。
-所述假人是具有至少一条铰接腿的部分假人，所述铰接腿装备有鞋并且承受重量以压靠在再现实际地面的测试表面上。
-利用具有锐边的冲击器施加所述冲击。
-所述方法包括冲击器陷入到所述装备的材料中时对冲击器的陷入深度进行测量。
-用于防护的所述装备选自包括胫骨垫、大腿垫、马甲和肩垫、护臂的组。
附图说明
在阅读了下文中的本发明的各种形式的优选实施方式的详细描述后，本发明的其它方面、目的和优点会更明显，这些形式的优选实施方式是以非限制性示例并参照附图提供的，其中：
图1是本发明的测试装备的总体图；
图2a和2b是用在所述测试装备中的第一种冲击器的侧视图和端视图；以及
图3a和3b是用在所述测试装备中的第二种冲击器的侧视图和端视图。
具体实施方式
1)定义
a)防护区：由整个防护衣服或装备及其附件覆盖的人体的部分；
b)测试区：防护衣服或装备的必须进行特别检测的部分或区域；
c)目标：人体的组织区域，要对准所述组织区域进行打击；在这些目标中：
-一般考虑将前臂、臀部、大腿、脚后跟背面和脚背作为一级目标；这些是主要的部分，其中大量的肌肉防护着骨骼单元并且没有致命器官；
-一般考虑将手背、手腕内侧、肘关节、上臂、肩、肩胛、锁骨和膝关节作为二级目标；
-最后，一般考虑将面部的每个部分、头骨的每个部分、颈部的每个部分、脊柱区域和肋骨区域、肋骨区域下面的部分、全部的肝脏、腹腔神经丛、脾、肾、下腹部、腹股沟和尾骨作为三级目标；
d)打击的入射角：这是由关于与所述目标的大体表面垂直的轴线(z轴线)的击打角定义的，0°值对应的是正面冲击。
e)性能级别：衣服或装备的性能级别是一个数字，该数字用于表征由所述衣服或装备获得的防护等级，例如通过象下文中要描述的性能测试来确定；所述数字越高，性能等级越高。
2)对装备的描述
本发明的目的是通过提出一种测试装置来在用于防护人体的衣服或装备的官方的或私人的认可过程中进行设计和测试，所述测试装置能够测量这种衣服或装备上的能量和冲击力的减小量，这是在模拟实际打击的冲击器的作用下完成的。
例如，这样的冲击器能够模拟使用棒球球棒或斧头的打击。
在有利形式的实施方式中，该测试装置包括：
-生物力学上的假人M；
-包括直线摆锤P的测试台；
-安装在所述摆锤上的冲击器I(此处是棒球球棒或斧头)。
所述假人M按照其精度的规定模拟的人是高175cm、重80kg的男性。其装备有仪器，即设置有一组冲击力传感器、时间传感器、位移传感器和加速度传感器。
在实施方式的该示例中，所使用的假人M具有以下特征：
-Hybrid III前面具有两条线路，即位移传感器和加速度计；
一腿的前面装有五条线路，即两个冲击力传感器、两个时间传感器和一个加速度计；
-大腿骨的前面根据EuroSID-2标准装有四条线路，即具有两个冲击力传感器、一个时间传感器和一个加速度计；
-肩的侧面根据EuroSID-2标准装有四条线路，即具有三个冲击力传感器和一个加速度计。
应该注意，对具体来自于受法律监督的汽车碰撞试验中的假人的这些标准化的定义在与官员身体有关的领域中的技术人员所需的所有执行细节中是可以使用的(具体参见法国国家运输和安全研究学会(French National Institute for Transport and Safety Research)的网站：www.inrets.fr)。
这样的假人设置有要被测试的防护衣服或装备。
所述测试装置的测试台在这里是直线摆锤P，其上固定有冲击器I。这样的摆锤使用该冲击器模拟在单个人身上的击打。所述摆锤具有长度是例如5m的绳索，优选地，所述长度是可调的。
冲击器的起始位置和质量以可重复的方式确定了其冲击到所述假人身上的速度、传递给假人的力、以及能量冲击。
正如上文中所指出的，在这种形式的实施方式中，所述冲击器可以是两种类型——即棒球球棒或斧头——中的一种。
无论如何，所述冲击器包括装备有加速度计和速度传感器的底部支撑件S或金属架(通常是钢的)。
该底部S的最小质量通常是2.5kg。
在该底部上可以固定有适合形式的端部件以形成冲击器，确切地说是I，以模拟所需的威胁，即此处的端部件模拟棒球球棒的最肥大的部分或者模拟斧头的刀刃(但是可以将设想反映诸如竹条、割灌刀、修枝刀等威胁类型的任何其它形式的冲击器作为选择)。
在该具体实施方式中，图2a和2b中示出模拟棒球球棒的端部件I1。该端部件包括长200mm、直径50mm、洛氏硬度55+/-3的实心圆柱钢桶(C型钢)。
如图3a和3b所示，模拟斧头刀刃的端部件I2是由相同硬度的型钢构成的，该端部件I2具有的截面总体形状为边长是5mm的等边三角形，长度是200mm。
当然，也可以使用其它类型的冲击器，尤其是模拟拐型的防护棍棒在铁棒上的冲击的冲击器，等等。
3)对装备使用的描述
本发明的测试装置以如下的方法使用。
将可以安装在所述底部上的两个冲击器模型中的一个首先放置在所述直线摆锤上，同时整体以达到所需的能量、冲击速度和力的方式来定位和保持。以能够最好地进行再现的方式执行这种保持，以便于所述冲击器可以在相同的条件下分别与装备有防护装置和去除防护装置的目标接触。
要被测试的防护衣服或装备首先在烤炉中在80℃下放置4小时，然后在20℃、65％的相对湿度下存放48小时。
在所述衣服或装备的测试必须在不同的温度或湿度条件下进行的情形中，那么更优选的是从存放室取出之后在5分钟内进行所述测试，最多持续20分钟。
要被测试的防护衣服或装备以能够最好地再现实际条件的方式放置在如上文中所描述的所述假人身上。通常，该防护衣服或装备定位在所述假人身上并设置成以大约20-30N的接触力与假人接触，在这种情况下，可以对这种力进行测量或估计。
然后将所述假人放置在测试台上，所述测试台以模拟在执法的情形中所述衣服或装备的实际穿着的方式进行定位。
然后可以执行测试程序，正如已经提到的，最初时对冲击速度、冲击能量和所传递的最大力的所需值进行选择(实际上是对入射角的选择)。
例如，可以利用具有如下参数的棒球球棒型的端部件执行测试：
-冲击速度：5m/s
-冲击能量：120J
-入射角：0°和30°
也可以利用具有如下参数的斧头型的端部件执行测试：
-冲击速度：5m/s
-冲击能量：50J
-入射角：0°。
可以理解的是，这些参数可以根据尤其是在执法的情形中穿用者最频繁受到的威胁类型变化。
此外，根据所考虑的目标优选地使用和传递的平均力是不同的，例如对于肘或大腿，平均力的值小于5kN；对于上臂、前臂或胫骨，平均力的值小于8kN；对于肩和膝盖，平均力的值小于10kN。
在所述假人的不同目标上执行所述测试，具体是：
-在安装在膝盖(包括在内)与踝骨之间的假人腿部上的胫骨垫上执行所述测试，所述目标包括脚的顶部上的目标、胫骨的底部上的目标、胫骨的中部上的目标、胫骨的顶部上的目标和膝盖上的目标；
-在固定在臀部与膝盖(不包括在内)之间的假人大腿上的大腿垫上执行所述测试，所述目标包括大腿底部上的目标、大腿中部上的目标和大腿上部上的目标；
-在固定在假人躯干上的马甲上执行所述测试，所述马甲设置有用于肩部和上臂的上部的铰接防护壳以及用于盆骨区的护挡，所述目标包括肩角内的目标、上臂上的目标、腹腔神经丛上的目标、肾上的目标、锁骨上的目标以及盆骨区上的目标；
-在肩垫上执行所述测试，该肩垫具有安装在肩部上的铰接壳(可以由上面所述的马甲保持)，所述目标包括肩角内的目标和上臂上的目标；
-在安装在假人前臂上的护臂上执行所述测试，所述目标包括手腕上的目标、前臂的两个区域上的目标和肘上的目标。
当然，在其它的防护装备或衣服上的其它测试也是可行的。
所述测试程序确切地说包括将没有进行装备有任何防护衣服或已经进行装备的假人放置在测试表面上，比如工作台上或者更总体地说能够保持所述假人的其它任何被固定的支撑装置上。有利地，使所述假人竖直地站立在再现实际地形(通常是在城市环境中的用于执法官员的防护的沥青或水泥)的测试表面上。
正如所指出的，为了符合与所述测试相对应的实际情况，要对假人的位置进行调整。例如，对于胫骨垫测试，所述假人的位置模拟一个站立的人，并且要对所述假人的脚与测试表面之间的接触压力进行调整以符合正常体重的人所达到的接触压力；以在汽车安全测试领域中本身就公知的方法校准所述传感器。
还要对所述假人的位置进行调整以便于获得需要的入射角(垂直的打击或者倾斜击打，见上文)。
然后调整所述直线摆锤，更确切地说是以获得所需的速度、力和能量冲击的方式调整冲击器的出发点和负载(移动部分的质量)。做好标记以便对于给定的系列测试该出发点能够以可再现的方式来确定。
然后在预先选择好的目标上执行所述测试，首先在没有装备防护衣服或装备的假人身上执行所述测试。
然后将所述衣服或装备置于所述假人的相应的区域上，利用相同的速度、力和能量再一次执行所述测试。
优先执行没有防护装置的每个单独的测试，然后执行具有防护装置的每个单独的测试，所述每个单独的测试包括在装备到所述假人的传感器上根据时间(s)对加速度(m/s2)进行测量，根据时间(s)对应力(daN)进行测量以及根据时间(s)对位移(m)进行测量。
每个测试还包括在所述冲击器上根据时间(s)对加速度(m/s2)进行测量。
优选地，在胫骨垫上进行测试期间，通过将所述假人的腿以不能后退的方式(使用楔块)布置来首先执行一个测试，然后在允许所述腿后退(已知的是，这对于得到脚与地面之间的真实摩擦力是很重要的，其中考虑了用于所述测试表面的沥青或水泥型材料的使用)的情况下执行一个测试。
此外，有利地对于所述假人的多个不同的姿势——典型的是攻击姿势、防守姿势和静态姿势——执行不同的测试。
上文中的所有测量是对模拟棒球球棒的冲击器进行的。
正如上文中所指出的，可以利用例如模拟拐或铁棒之类冲击器之一进行其它测试，在这种情况下的程序与模拟棒球球棒的冲击器所使用的程序类似。
在不同的冲击器在不同的目标上进行测试期间记录由所述传感器提供的数据。这样，就获得了一系列的测量结果，这些测量结果可以使装备和衣服的设计者逐渐地改进所述装备和衣服的性能。
更确切地说，特别是通过将直接在所述假人(无防护装置)身上进行冲击期间所收集的数据与在放置于所述假人身上的防护装置上进行冲击期间所收集到的数据进行对比来对所记录到的数据进行再处理。具体地说，这样可以计算传递到不同目标点上的力衰减系数以及能量吸收系数。
所述系列测试还包括对模拟斧头的冲击器的使用。在该情形中，不在传感器上获取测量结果，而是简单地通过手动的方式测量刀刃的陷入深度。为此，所述防护装备或衣服不是定位在所述假人身上，而是定位在刚性的固定铁砧上，将所需的力、速度和能量来施加给斧头型的冲击器。
用于验证防护衣服或装备的设计的方法可以基于对这些系数与根据可以实际变化的计算法则预先确立的阈值的比较(通过目标，以全局的方式等等)。
优选地，这些阈值以用数字表示的医学数据为基础，具体由专门从事创伤学的从业者或专家提供，反映创伤与直接施加在人体的确定区域上的冲击力值和/或能量值之间的关系。更确切地说，例如在与骨折相关的方面中，对于人体的一定数量的区域，目前已经相对确切地知道了什么级别的力和/或能量可能导致骨折。
基于此，在身体的一定区域内由防护装备或衣服吸收的最小阈值通过由冲击施加装置有效地施加的力和/或能量与在考虑没有发生一定创伤(骨折，但是也可以是其它形式的创伤)的风险的前提下由所述区域能够承受的力和/或最大能量之间的差来获得。
设计者可以具体结合所用材料(刚塑性材料、缓冲帆布)的性能和机械特性以及它们的主要关于厚度的尺寸参数进行设计。
当然，所属领域的技术人员会知道该如何对本发明做出多种替换和修改。
特别地，为了简化本发明的实施，在涉及一件特殊的防护装备的情况下，可以设计局部装备的假人。例如，为了测试胫骨垫，可以在膝盖上设置两条铰接的人造腿，例如每条腿上的重量是40kg。然后以与所选择的表面具有所要求的摩擦力的方式在所述腿上装上鞋。
另外，总体来说，所属领域的技术人员会知道该如何做出所需的适应性改变以再现对执法官员有作用的真实条件，因此获得可靠的测试。

Claims (28)

1.用于设计防护执法官员的身体的装备的方法，其特征在于包括如下步骤：
-提供带有一组影像传感器和/或负载传感器的假人；
-以这样的方式定位冲击施加装置，即所述冲击施加装置能够根据已确定的可再现影像在所述假人的至少一个预定目标区上施加冲击；
-在没有装备防护装备的假人的目标区上施加所述冲击，获取由位于所述目标区的区域内的传感器提供的测量结果；
-以覆盖所述目标区的方式在所述假人上安装防护装备；
-在装备有所述防护装备的所述假人的所述目标区上施加所述冲击，获取由所述传感器提供的测量结果；
-根据所述测量结果推出所述防护装备的能量吸收值和/或冲击力衰减值中的至少之一；以及
-如果所述值高于阈值，则认为所述装备在所述阈值的意义上为合格；
-否则，对所述防护装备进行结构上的修改以提高所述能量吸收值和/或所述冲击力衰减值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法还包括根据反映创伤与直接施加在人体确定区域上的冲击力值和/或能量值之间关系的数字数据确定所述阈值的步骤。
3.根据权利要求1至2中一项所述的方法，其特征在于利用承载用于冲击器的支撑件的直线摆锤施加所述冲击。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述支撑件包括至少一个影像传感器和/或负载传感器。
5.根据权利要求1至2中一项所述的方法，其特征在于由所述传感器提供的测量结果选自包括位移测量结果、速度测量结果、加速度测量结果、冲击力测量结果和它们随时间的变化的组。
6.根据权利要求1至2中一项所述的方法，其特征在于利用具有选自圆形或带有锐边的形状的冲击器施加所述冲击。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于根据至少两个不同的入射角施加所述冲击。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于其中一个所述入射角基本与目标处的所述假人的表面垂直。
9.根据权利要求1至2中一项所述的方法，其特征在于在所述假人处于几个不同的姿势时，在所述假人上施加所述冲击。
10.根据权利要求1至2中一项所述的方法，其特征在于对于胫骨垫式的防护装备，以模拟所述假人与地面之间的摩擦力的方式将所述假人的装备有鞋的腿置于实际测试表面上。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于所述假人是具有至少一条铰接腿的部分假人，所述铰接腿装备有鞋并且承受重量以压靠在再现实际地面的测试表面上。
12.根据权利要求1至2中一项所述的方法，其特征在于利用具有锐边的冲击器施加所述冲击。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于所述方法包括冲击器陷入到所述装备的材料中时对冲击器的陷入深度进行测量。
14.根据权利要求1至2中一项所述的方法，其特征在于用于防护的所述装备选自包括胫骨垫、大腿垫、马甲、肩垫以及护臂的组。
15.对用于防护执法官员的身体的装备进行测试认可的方法，其特征在于包括如下步骤：
-提供带有一组影像传感器和/或负载传感器的假人；
-以这样的方式定位冲击施加装置，即所述冲击施加装置能够根据已确定的可再现影像在所述假人的可能由要被测试的装备防护的至少一个预定目标区上施加冲击；
-在没有装备待测试的防护装备的假人的所述目标区上施加所述冲击，获取由位于所述目标区的区域内的传感器提供的测量结果；
-以覆盖所述目标区的方式在所述假人上安装要被测试的所述防护装备；
-在装备有所述装备的所述假人的所述目标区上施加所述冲击，获取由所述传感器提供的测量结果；
-根据所述测量结果推出所述防护装备的能量吸收值和/或冲击力衰减值中的至少之一；以及
-如果所述值高于阈值，则认为所述装备被认可。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于所述方法还包括根据反映创伤与直接施加在人体确定区域上的冲击力值和/或能量值之间关系的数字数据确定所述阈值的步骤。
17.根据权利要求15至16中一项所述的方法，其特征在于利用承载用于冲击器的支撑件的直线摆锤施加所述冲击。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于所述支撑件包括至少一个影像传感器和/或负载传感器。
19.根据权利要求15至16中一项所述的方法，其特征在于由所述传感器提供的测量结果选自包括位移测量结果、速度测量结果、加速度测量结果、冲击力测量结果和它们随时间的变化的组。
20.根据权利要求15至16中一项所述的方法，其特征在于利用具有选自圆形或带有锐边的形状的冲击器施加所述冲击。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于根据至少两个不同的入射角施加所述冲击。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于其中一个所述入射角基本与目标处的所述假人的表面垂直。
23.根据权利要求15至16中一项所述的方法，其特征在于在所述假人处于几个不同的姿势时，在所述假人上施加所述冲击。
24.根据权利要求15至16中一项所述的方法，其特征在于对于胫骨垫式的防护装备，以模拟所述假人与地面之间的摩擦力的方式将所述假人的装备有鞋的腿置于实际测试表面上。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于所述假人是具有至少一条铰接腿的部分假人，所述铰接腿装备有鞋并且承受重量以压靠在再现实际地面的测试表面上。
26.根据权利要求15至16中一项所述的方法，其特征在于利用具有锐边的冲击器施加所述冲击。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于所述方法包括冲击器陷入到所述装备的材料中时对冲击器的陷入深度进行测量。
28.根据权利要求15至16中一项所述的方法，其特征在于用于防护的所述装备选自包括胫骨垫、大腿垫、马甲、肩垫以及护臂的组。
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