CN101498637A - 高速粒子冲击测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速粒子冲击测试装置，它包括压力激发单元、与压力激发单元输出端相气连通的导程管、直径与导程管内径相适配用于在导程管内经压力激发单元的压力驱动高速行进的粒子，所述的导程管靠近压力激发单元的一端径向开设有粒子装入口，压力激发单元包括空压机、气体输入口与空压机的气体输出口相连接的增压泵，本发明利用压缩空气驱动一个气－气增压泵，以使空气压力可提高到测量标准，由于其都是利用现有的空压机及增压泵，因此，比较容易实现，且制成成本较低，同时，由于其可调节粒子在导程管中的高速运动所需的高压力，因此，使得冲击测量结果更加可靠，保证了被测物品的质量。

Description

高速粒子冲击测试装置

技术领域

本发明涉及一种用于测试个人劳动防护器具及各类玻璃等产品防高速粒子冲击性能的装置，尤其适用于对眼镜、眼罩、面罩、液晶屏等产品的抗冲击性能的测试。

背景技术

众所周知，对于眼镜、眼罩、面罩、液晶屏等产品在制造过程中要对其进行防冲击测试，以确保产品的使用安全性。现有的测试手段多采用落球撞击或摆球撞击的方式，其冲击速度达不到标准要求，现有技术中也出现采用压缩空气来激发钢球的测试装置，但是由于其测试压力较小，同样不能满足标准要求。

根据国家标准GB14866-2006有关个人用眼护具的测试标准，要求高速粒子的直径为6mm，速度最高为196mm/s，而现有设备都不能达到此标准，因此，这使得生产的眼镜、眼罩、面罩等产品的质量得不到可靠的保证。

发明内容

本发明目的就是提供一种能够可靠地为个人劳动防护器具及各类玻璃等产品提供冲击测试的高速粒子冲击测试装置。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案为：一种高速粒子冲击测试装置，它包括压力激发单元、与所述的压力激发单元输出端相气连通的导程管、直径与所述的导程管内径相适配用于在所述的导程管内经所述的压力激发单元的压力驱动高速行进的粒子，所述的导程管靠近所述的压力激发单元的一端径向开设有粒子装入口，所述的压力激发单元包括空压机、气体输入口与所述空压机的气体输出口相连接的增压泵，所述的增压泵将经空压机压缩后的气体再升压至设定压力值后驱动经所述的粒子装入口装入的粒子在导程管内高速前进以冲击待测物品。

对上述技术方案的变化和解释如下：

1、所述的增压泵输出的气体压力值在30BAR以上，从而可以完全满足测试的压力要求。

2、在所述的增压泵与导程管之间还气连通一用于存储高压气体的储气筒以及控制储气筒的高压气体向导程管发送的发射电磁阀，通过一容量合适的储气筒将增压后的气体储存以备用，这样在需要测试的时候，不需要每次都启动增压泵，从而使用更方便。

3、在所述的空压机与增压泵之间还连接有控制增压的加压电磁阀。

所述的测试装置还包括用于测量储气筒内的气体压力是否达到设定值的测压单元，所述的测压单元包括与储气筒相连接的用于采样增压后的气体压力的压力变送器、与压力变送器输出端相电连接用于将压力变送器输出的模拟压力值转换为数字信号的A/D转换器、与A/D转换器的输出端相电连接用于计算压力值的处理器。

所述的处理器一输出端与所述的发射电磁阀相连接，所述的处理器用于控制发射电磁阀的开启与关闭从而控制压力激发单元的激发时刻。

所述的处理器还与所述的加压电磁阀相电连接，所述的处理器控制所述的加压电磁阀的开启与关闭从而调节增压泵的增压大小。

通过设置测压单元，对储气筒中的气压进行采样，并由处理器计算出其压力值，测试者可根据具体情况设定压力值，从而控制加压电磁阀，使得增压泵输出的气体压力达到设定值。

4、所述的测量装置还包括测速单元，所述的测速单元包括设置在所述的导程管的另一端且相距设定距离的两对发光二极管、与所述的发光二极管光耦合并对接收信号进行整形的整形电路、与整形电路输出端相电连接的处理器，所述的处理器根据接收的信号计算粒子的运动速度。

所述的整形电路由高速运算放大器组成的电压比较器并加入正反馈构成的施密特触发器组成。

5、所述的粒子的直径为6mm，通过规定粒子的大小，以使之与国家标准要求相一致。

由于上述技术方案的运用，本发明具有下列优点：本发明测量装置采用压力驱动粒子使得粒子高速运动以冲击待测物品从而达到测试的目的，其利用压缩空气驱动一个气-气增压泵，以使空气压力可提高到测量标准，由于其都是利用现有的空压机及增压泵，因此，比较容易实现，且制成成本较低，同时，由于其可调节粒子在导程管中的高速运动所需的高压力，因此，使得冲击测量结果更加可靠，保证了被测物品的质量。

附图说明

附图1为本发明测试装置原理框图；

附图2为本发明测试装置电控部分电路原理图；

其中：1、压力激发单元；11、空压机；12、增压泵；13、储气筒；14、发射电磁阀；15、加压电磁阀；2、导程管；21、粒子装入口；3、粒子；4、测压单元；41、压力变送器；42、A/D转换器；43、处理器；5、测速单元；51、发光二极管；52、整形电路；6、试验箱；61、头模。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明：

如图1和图2所示，本发明高速粒子冲击测试装置包括两大部分，一是机械部分，另一是电控部分，机械部分主要由压力激发单元1、导程管2及粒子3组成，压力激发单元1用于产生驱动粒子在导程管2内高速运动的高压驱动力；电控部分主要由一核心处理器与外围电路单元形成，电控部分与机械部分的协同工作实现对压力激发单元1的高压值进行测量和粒子3冲击速度的测量，现对各功能单元进行一一说明：

所述的压力激发单元1包括依次相气路连接的空压机11、增压泵12、储气筒13，同时在空压机11与增压泵12之间连接有加压电磁阀15，在储气筒13空气输出端连接有发射电磁阀14，本发明中，空压机11采用普通的空气压缩机即可，所谓的空气压缩机，其是将原动机(通常是电动机)的机械能转换成气体压力能的装置，其工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力。由于现有的普通空压机其压缩气体的压力仅能到达10BAR，不能满足国标所规定的使粒子速度达到196m/s的要求，因此，需要对空压机1输出的气体继续升压以满足测试要求，因此，需要对空压机1输出的气体进行二次增压，在本发明中，采用了气体增压泵12，增压泵12可以将低压力的气体增至很高的压力，如其气体输入口的压力范围为0.5—10bar，增压后最大可达100Mpa。在本实施例中，增压泵12可将空气压力机输出的气体压力提高到五倍。为了省去每次测试都要进行空气升压的麻烦，在增压泵12的高压空气输出端还加装了一储气筒13，即将增压泵12产生的高压空气输送至一适当容量的储气筒进行储存，以备用。

所述的导程管2为一长度适宜的直管，其一端与所述的储气筒13输气管相连通，另一端用于与待测物品6相连接，导程管2的内径应与粒子3的直径相配合，故导程管2的内径与粒子3的直径的选择应保证粒子3在导程管2中不能太松，以免漏气造成压力不足；也不能与导程管2的内径配合的太紧，以免卡住粒子3。同时，在靠近储气筒13一端的导程管2上开设有粒子装入口21，粒子3通过该粒子装入口21被置入到导程管2中。

所述的粒子3可选用钢珠，按照国家标准《GB14866-2006有关个人用眼护具的测试标准》，要求高速粒子的直径为6mm、速度最高为196m/s，而国际相关速度标准要求更高，因此，在本实施例中，粒子2选用直径为6mm的钢珠。

所述的电控部分主要包括测压单元4和测速单元5，测量单元4用于测量储气筒13中压缩气体的压力值，测速单元5用于测量粒子3的冲击速度，由于空气压力与粒子3运动速度之间存在正比关系，通过测量并调节压力即可调节粒子的运动速度，而通过设置测速单元5可将速度计算并显示出来，以使测试过程更加直观明了。下面将分别对测压单元4和测速单元5进行介绍：

测压单元4主要包括一用于感知储气筒13中气体压力的压力变送器41、与压力变送器41输出端相电连接的A/D转换器42、与A/D转换器42输出端相电连接的处理器43以及一显示器，同时，处理器43还分别与压力激发单元1中的加压电磁阀15和发射电磁阀14相电连接，其中，压力变送器41为现有器件，其主要用于测量液体、气体或蒸汽的液位、密度和压力，然后将压力信号转变成4～20mA电流信号输出，处理器43由单片机实现，测压单元4的工作原理为：当启动工作时，处理器43输出电信号驱动加压电磁阀15，加压电磁阀15打开，此时增压泵12开始工作，储气筒13内的气体压力开始增加，压力变送器41对储气筒13内的气体压力进行采样，压力信号经A/D转换器42转换成数字量后送入至单片机中，单片机将送来的压力数据和设定值进行比较，当压力达到设定值时，自动关闭加压电磁阀15，当需要对被测物品进行冲击实验时，单片机输出电信号驱动发射电磁阀14打开，从而驱动导程管2中的粒子3高速运动。

测速单元5包括设置在导程管2尾段的两对发光二极管51、与所述的发光二极管51的输出端相电连接的整形电路52、与整形电路52的输出端相电连接的处理器43，所述的两对发光二极管51在导程管2上隔一定间距上下设置，在本实施例中，前后发光二极管51间距设为150mm，整形电路51主要由高速运算放大器组成的电压比较器并加入正反馈构成的施密特触发器组成，其用于将发光二极管输出的电信号整形为矩形波，从而触发处理器43工作。所述的处理器43与测压单元4中的处理器共用，即通过同一单片机实现，具体工作原理为：当需要进行冲击测验时，发射电磁阀14受控打开，粒子3在高压力的驱动下在导程管2内加速运动，在加速到最快速度的位置，也就是靠近导程管2的尾段，粒子3首先经过在前的光电二极管，从而发出一脉冲信号，这个信号经整形电路52整形后触发单片机外部中断，单片机立刻响应中断启动其内部定时器开始计时，当粒子再经过后一对光电二极管时，再次得到一个脉冲信号，这个信号同样经过整形电路52整形后触发单片机的另一个外部中断，单片机响应中断，关闭计时器，从而所计时间即为粒子3通过150mm距离所用的时间，根据公式V＝L/t，单片机即可计算出粒子3的冲击速度，并通过显示电路进行显示。上述单片机的控制过程由软件实现，本领域技术人员根据上述工作原理很容易实现上述控制，在此不再赘述。

本发明测试装置还包括一试验箱6，试验箱6与导程管2的尾端相连接，在试验箱6内设置有测试用的头模61，头模可左右前后自由调整，测试箱6为全密封结构，以确保测试人员的安全。

综上所示，本发明高速粒子冲击测试装置是由空压机和增压泵产生可控的高压气源，通过释放电磁阀击发模拟冲击粒子(钢珠)，以测试试样的抗冲击能力。其具有如下特点：

1、模拟冲击粒子的速度测量，采用微处理器和高灵敏红外光传感元件，速度测试的分辨率为微秒级，响应快，误差小；

2、采用增压泵产生高压气源，具有升压快，稳定性高的特点；

3、采用测压单元可控制加压过程，当加压至设定值时能够自动停止加压，采用测速单元对粒子的冲击速度进行计算并显示，使得测试过程直观明了。

Claims (10)

1、一种高速粒子冲击测试装置，其特征在于：它包括压力激发单元(1)、与所述的压力激发单元(1)输出端相气连通的导程管(2)、直径与所述的导程管(2)内径相适配用于在所述的导程管(2)内经所述的压力激发单元(1)的压力驱动高速行进的粒子(3)，所述的导程管(2)靠近所述的压力激发单元(1)的一端径向开设有粒子装入口(21)，所述的压力激发单元(1)包括空压机(11)、气体输入口与所述空压机(11)的气体输出口相连接的增压泵(12)，所述的增压泵(12)将经空压机(11)压缩后的气体再升压至设定压力值后驱动经所述的粒子装入口(11)装入的粒子(3)在导程管(2)内高速前进以冲击待测物品。

2、根据权利要求1所述的高速粒子冲击测试装置，其特征在于：所述的增压泵(12)输出的气体压力值在30BAR以上。

3、根据权利要求1或2所述的高速粒子冲击测试装置，其特征在于：在所述的增压泵(12)与导程管(2)之间还气连通一用于存储高压气体的储气筒(13)以及控制储气筒(13)的高压气体向导程管(2)发送的发射电磁阀(14)。

4、根据权利要求3所述的高速粒子冲击测试装置，其特征在于：在所述的空压机(11)与增压泵(12)之间还连接有控制增压的加压电磁阀(15)。

5、根据权利要求4所述的高速粒子冲击测试装置，其特征在于：所述的测试装置还包括用于测量储气筒(13)内的气体压力是否达到设定值的测压单元(4)，所述的测压单元(4)包括与储气筒(13)相连接的用于采样增压后的气体压力的压力变送器(41)、与压力变送器(41)输出端相电连接用于将压力变送器(41)输出的模拟压力值转换为数字信号的A/D转换器(42)、与A/D转换器(42)的输出端相电连接用于计算压力值的处理器(43)。

6、根据权利要求5所述的高速粒子冲击测试装置，其特征在于：所述的处理器(43)一输出端与所述的发射电磁阀(14)相连接，所述的处理器(43)用于控制发射电磁阀(14)的开启与关闭从而控制压力激发单元(1)的激发时刻。

7、根据权利要求5或6所述的高速粒子冲击测试装置，其特征在于：所述的处理器(43)还与所述的加压电磁阀(15)相电连接，所述的处理器(43)控制所述的加压电磁阀(15)的开启与关闭从而调节增压泵(12)的增压大小。

8、根据权利要求1所述的高速粒子冲击测试装置，其特征在于：所述的测量装置还包括测速单元(5)，所述的测速单元(5)包括设置在所述的导程管(2)的另一端且相距设定距离的两对发光二极管(51)、与所述的发光二极管(51)光耦合并对接收信号进行整形的整形电路(52)、与整形电路(52)输出端相电连接的处理器(43)，所述的处理器(43)根据接收的信号计算粒子的运动速度。

9、根据权利要求8所述的高速粒子冲击测试装置，其特征在于：所述的整形电路(52)由高速运算放大器组成的电压比较器并加入正反馈构成的施密特触发器组成。

10、根据权利要求1所述的高速粒子冲击测试装置，其特征在于：所述的粒子(3)的直径为6mm。

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