CN111721461B - 人员防护装备防爆炸冲击波性能测试装置、评价检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人员防护装备防爆炸冲击波性能的测试装置、评价方法以及检测其有效性的方法，本发明涉及力学领域，所述装置包括：等效人体模型、支撑约束系统、测试系统，等效人体模型用于模拟人体躯干骨骼力学性质和人体皮肤力学性质，支撑约束系统中的滚轮系统用于模拟人体在爆炸冲击波作用下向后移动和倾倒的状态，为等效人体模型提供合适的边界条件；压力测试系统用于测量爆炸冲击波进入等效人体模型时，对人体皮肤和人体躯干骨骼的界面产生的压力，高速摄像系统用于采集、记录在爆炸冲击波作用下等效人体模型的变形和运动过程，根据测试数据，结合胸腔等效力学模型，可以得到用于评价人员防护装备防爆炸冲击波性能的评价指标数据。
Description
技术领域
本发明涉及力学领域，特别是涉及一种人员防护装备防爆炸冲击波性能的测试装置、评价方法以及检测其有效性的方法。
背景技术
在现代战场环境中，爆炸产生的冲击波对人体造成的损伤已经成为士兵致伤、致死的主要因素，对爆炸冲击波的防护越来越引起人们的重视。典型的爆炸冲击载荷波波形包含具有较高压力幅值的正压区与作用时间较长的负压区，同时伴随着较大的压力冲量。一般情况下，在爆炸冲击波作用下，人体的力学响应较为复杂，其不仅包括爆炸冲击波进入人体内形成的压力波对人体造成的损伤，而且爆炸冲击波伴随的巨大冲量也会使人体产生速度而抛出，进而造成损伤。
目前，人员防护装备，例如：单兵装备、排爆服等，是常用的防爆炸冲击波的结构形式，对高性能人员防护装备的设计需要对进入人体的爆炸冲击波压力和人员佩戴防护装备时的力学响应进行测试，以及建立一套有效的检测评价指标对人员防护装备防爆炸冲击波的性能进行评价。
但是，目前针对这些防护装备防爆炸冲击波性能的实验评价缺乏合理有效的手段。尤其是针对爆炸冲击波透过防护装备进入人体内的压力数据，以及人员穿戴防护装备后躯干的变形以及被抛出时的运动速度等数据，还没有可靠、有效且可行的测试手段。此外，关于如何建立一套有效的评价指标，用于对人员防护装备防爆炸冲击波的性能进行评价，更是缺乏相应的研究。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种人员防护装备防爆炸冲击波性能的测试装置、评价方法以及检测其有效性的方法，解决了上述的问题。
本发明实施例提供一种用于评价人员防护装备防爆炸冲击波性能的测试装置，所述装置包括：等效人体模型、支撑约束系统、测试系统；
所述等效人体模型包括：模拟躯干模型和模拟皮肤层，所述模拟躯干模型具有与真实人体相同的外形轮廓和质量分布，用于模拟人体躯干骨骼力学性质；
所述模拟皮肤层的构成材料具有与真实人体皮肤相同的力学属性，覆盖在所述模拟躯干模型的外侧，用于模拟人体皮肤力学性质，所述模拟皮肤层和所述模拟躯干模型通过粘接相连接，模拟真实的人体皮肤与人体躯干骨骼的连接状态；
所述支撑约束系统包括：滚轮系统、支撑滑道，所述等效人体模型通过其底部固定的两个滑动滚轮与所述支撑滑道连接；
所述滚轮系统包括：滑动滚轮和转动调节器，所述滑动滚轮使得所述等效人体模型在所述支撑滑道上滑动，以模拟人体在爆炸冲击波作用下，向后移动的状态；
所述转动调节器使得所述等效人体模型以所述滚轮系统为中心进行转动，以模拟人体在爆炸冲击波作用下向后倾倒的状态，所述等效人体模型在爆炸冲击波作用下的移动状态和倾倒状态叠加以模拟出人体在爆炸冲击波作用下的真实运动状态；
所述滑动滚轮和所述支撑滑道之间摩擦阻力可调整，所述转动调节器的转动摩擦阻力可调整以模拟人体在受到爆炸冲击波作用时所处的不同环境以及人员所处的不同状态对支撑约束条件的差异；
所述测试系统包括：压力测试系统和高速摄像系统，所述压力测试系统包括多个压力传感器，所述压力传感器安装在所述模拟躯干模型的预设开孔位置，且所述压力传感器的感应面与所述模拟皮肤层和所述模拟躯干模型的粘接面平齐，用于测量爆炸冲击波进入所述等效人体模型时，对所述人体皮肤和所述人体躯干骨骼的界面产生的压力，；
所述高速摄像系统布置在所述支撑滑道的一侧，用于采集、记录在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的变形和运动过程。
可选地，所述模拟躯干模型为高性能环氧树脂制作而成，其中，模拟胸腔部分的厚度为12毫米；
所述模拟皮肤层采用PDMA材料进行制备，基于真实人体皮肤以及表层组织的力学性能来设计优化基本组分与固化剂的比例，可真实模拟人体皮肤在爆炸冲击波作用下的动态力学特性，其厚度为3毫米，所述PDMA材料形成的PDMA层覆盖于所述高性能环氧树脂制作的模拟躯干部分的表面；
所述高性能环氧树脂与所述PDMA粘接固定。
可选地，所述支撑滑道上分布有可调整摩擦阻力的阻力件，使得所述滑动滚轮和所述支撑滑道之间摩擦阻力可调整，用于模拟不同环境下人体在受到所述爆炸冲击波作用而向后移动时地面和空气阻力对其提供的摩擦阻力的差异；
所述转动调节器的转动阻力随转动程度的大小而改变，以模拟人体在向后倾倒过程中受到阻力的差异；
所述转动调节器上分布有可调整转动摩擦阻力的阻力件，用于模拟不同环境下人体在受到所述爆炸冲击波作用而向后倾倒时地面和空气对其提供的转动摩擦阻力的差异；
通过调整所述滑动滚轮和所述转动调节器的大小以及摩擦阻力，以为所述等效人体模型提供合适的支撑约束条件，以模拟人体在受到所述爆炸冲击波作用时所处的不同环境以及人员所处的不同状态对所述支撑约束条件的差异。
可选地，所述支撑约束系统还包括：缓冲挡板；
所述缓冲挡板固定于所述支撑滑道的末端，用于使受到所述爆炸冲击波作用时运动的所述等效人体模型减速停止。
可选地，所述压力测试系统包括：五个压力传感器；
所述五个压力传感器通过五个基座安装于所述模拟躯干模型的正面区域，所述正面区域为朝向所述爆炸冲击波迎波面的，所述模拟胸腔部分的区域，所述五个压力传感器的量程均不低于1379kPa，谐振频率为500kHz，上升段时间小于1μs；
所述基座是直接在所述模拟躯干模型的正面区域上开孔加工形成的，其水平贯穿所述模拟躯干部分的正面区域，所述基座的开孔内部加工有内螺纹，所述内螺纹对应所述压力传感器的表面的外螺纹，以使得所述压力传感器通过内、外螺纹旋转调整位置，进而调整所述压力传感器的感应面与所述模拟躯干部分的正面区域的表面平齐并朝向所述迎波面。
可选地，所述高速摄像系统包括：两套高速摄像设备、配套的闪光灯以及图像信号采集设备；
所述两套高速摄像设备以及配套的闪光灯均布置于所述支撑滑道的同一侧，每套高速摄像设备匹配若干闪光灯；
所述闪光灯用于辅助所述两套高速摄像设备进行采集工作；
所述每套高速摄像设备通过信号线将采集的数据发送给图像信号采集设备，以记录在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的变形和运动过程；
所述两套高速摄像设备中一套高速摄像设备正面朝向所述等效人体模型初始的固定位置，用于采集在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的初始变形；
另一套高速摄像设备布置于靠近所述支撑滑道的末端，用于采集在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的后续变形及运动状态；
根据所述两套高速摄像设备的实验结果的对比，得到在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的滑动速度及其变化趋势。
可选地，所述压力测试系统还包括：压力信号采集设备；
在所述模拟躯干部分的正面区域安装的所述五个压力传感器，其中一个压力传感器处于所述正面区域的中心位置，其余四个均匀分布在四周；
所述五个压力传感器分别通过电缆线与所述压力信号采集设备连接，以将测量到的压力数据传输给所述压力信号采集设备；
所述模拟躯干部分的反面区域以及粘接于该区域上的PDMA层，对应于所述电缆线穿过的位置开设有对应的孔洞。
本发明实施例还提供一种人员防护装备防爆炸冲击波性能的评价方法，所述方法包括：
基于胸腔等效力学模型，以等效胸腔壁速度、不可逆功指标、运动指标为评价真实人体躯干损伤的有效指标，对所述人员防护装备防爆炸冲击波的性能进行评价；
其中，所述胸腔等效力学模型包括：等效胸腔壁、固定支撑、弹簧阻尼连接系统，所述胸腔等效力学模型为真实人体胸腔模型的力学等效形式，用于研究爆炸冲击波对真实人体躯干造成的损伤，所述等效胸腔壁为如以上所述的模拟胸腔部分；
所述固定支撑在所述胸腔等效力学模型中保持位置固定，所述等效胸腔壁和所述固定支撑之间通过所述弹簧阻尼连接系统连接；
所述弹簧阻尼连接系统包括：第一弹簧连接器、第二弹簧连接器、第三弹簧连接器、第一阻尼连接器以及第二阻尼连接器；
所述第一弹簧连接器的两端直接与所述等效胸腔壁和所述固定支撑连接；
所述第二弹簧连接器的一端与所述固定支撑相连接，另一端与所述等效胸腔壁间存在初始间距，当所述等效胸腔壁被压缩的位移量达到所述初始间距时，所述第二弹簧连接器发挥作用；
所述第一阻尼连接器的两端直接与所述等效胸腔壁和所述固定支撑连接，其在拉伸和压缩状态下的阻尼系数不同；
所述第二阻尼连接器和所述第三弹簧连接器串联之后，两端分别与所述等效胸腔壁和所述固定支撑连接。
可选地，所述胸腔壁速度指标通过将压力传感器测得的压力信号加载在所述胸腔壁上，其表达式为；
v＝f(P,Ae,m1,m2,d,k12,k12i,c12c,c12p,ke12,ce12)
其中：v为所述胸腔壁速度，P为压力传感器测得的压力信号数值，Ae为压力在所述等效胸腔壁上的有效作用面积，m1为所述等效胸腔壁的质量，m2为所述固定支撑的质量，d为所述初始间距，k12为所述第一弹簧连接器的刚度系数，k12i为与所述第二弹簧连接器的刚度系数，c12c和c12p分别为所述第一阻尼连接器的压缩阻尼系数和拉伸阻尼系数，ke12为所述第三弹簧连接器的刚度系数，ce12为所述第二阻尼连接器的阻尼系数；
所述不可逆功指标结合所述压力信号、所述胸腔壁速度以及胸腔等效力学参数运算获得，其表达式为：
W＝g(v,P,Ae,ρ,c,V0)
其中，W为不可逆功，P为压力传感器测得的压力信号数值，Ae为压力在所述等效胸腔壁上的有效作用面积，ρ、c和V0分别为胸腔内肺部的密度、声速和初始体积；
所述运动指标通过对高速摄像系统采集的图像信息处理，提取所述等效人体模型上典型特征的位置信息，进行对比获得。
本发明实施例还提供一种检测人员防护装备防爆炸冲击波性能测试装置的有效性的方法，该测试装置为如以上任一所述的人员防护装备防护爆炸冲击波性能的测试装置，所述方法包括：
步骤1：将人员防护装备固定于所述模拟躯干部分的正面区域上，固定方式与真实人员穿戴防护装备的形式一致，形成整体测试装置；
步骤2：将所述整体测试装置摆放在以爆炸中心为圆心的圆周上，半径可以根据爆炸冲击波载荷的需要进行选择，所述支撑滑道沿着以爆炸中心为圆心的半径方向布置，其前端面朝向爆炸中心，所述等效人体模型滑动到所述支撑滑道的前端，两套高速摄像设备布置在所述支撑滑道的同一侧，其中一套正面朝向所述等效人体模型初始的固定位置，另一套布置于靠近所述支撑滑道的末端同时，保持所述等效人体模型前胸腔的中心位置的压力传感器、所述两套高速摄像设备以及所述爆炸中心处在同一水平面上，并距离地面高度为2米，将所述模拟躯干部分的正面区域正面朝向所述爆炸中心，以使得所述爆炸中心爆炸产生的球面冲击波垂直作用到所述模拟躯干部分的正面区域；
步骤3：根据真实条件下人员所处环境的差异，确定所述滑动滚轮的摩擦阻力和转动摩擦阻力，并调节支撑滑道上的阻力件和转动调节器上的阻力件，为所述等效人体模型提供合适的约束支撑条件；
步骤4：引爆所述爆炸中心，所述爆炸中心爆炸产生的爆炸冲击波通过所述人员防护装备后，进入所述PDMA层后，到达五个压力传感器表面，其形成的压力数据被每个压力传感器感应到，并通过各自的电缆线传输给压力信号采集设备，进而得到爆炸冲击波经过所述人员防护装备防护后，作用到所述模拟躯干模型表面的压力数据；
步骤5：利用如以上任一所述的评价方法，得到所述胸腔壁速度、所述不可逆功指标、所述运动指标，作为评价人体躯干损伤的有效指标，用来对所述人员防护装备防爆炸冲击波的性能进行评价，所述防护性能结果表征如以上任一所述的人员防护装备防护爆炸冲击波性能测试装置，有效的检测出所述人员防护装备的防护性能。
本发明提供的人员防护装备防护爆炸冲击波性能测试装置，包括：等效人体模型、支撑约束系统、测试系统，其中，等效人体模型包括：模拟躯干模型和模拟皮肤模型；支撑约束包括：滚轮系统和支撑滑道；测试系统包括：压力测试系统和高速摄像系统。
本发明利用模拟躯干模型和模拟皮肤模型，模拟人体躯干骨骼力学性质和人体皮肤力学性质；利用滑动滚轮和转动调节器为等效人体模型提供合理的支撑约束条件，模拟人体在爆炸冲击波作用下的真实运动状态以及不同环境和人员所处的不同状态对支撑约束条件的差异；利用压力传感器测得爆炸冲击波透过人员防护装备后对人体皮肤和人体躯干骨骼的界面产生的压力数据；利用高速摄像系统采集、记录爆炸冲击波作用下等效人体模型的变形和运动过程，根据这些实验测试结果结合胸腔等效力学模型可以求得用于评价人员防护装备防爆炸冲击波性能的指标数据，通过这些数据可以进一步反映人员防护装备防爆炸冲击波的性能，从而使得本发明的性能测试装置可以作为人员防护装备防爆炸冲击波性能的有效测试手段，具有极高的实用性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例一种用于评价人员防护装备防护爆炸冲击波性能的测试装置的俯视示意图；
图2是本发明实施例一种用于评价人员防护装备防护爆炸冲击波性能的测试装置的侧视示意图；
图3是本发明实施例中基座以及固定压力传感器后基座的模型示意图；
图4是本发明实施例中五个压力传感器安装位置的正视示意图；
图5是本发明实施例中胸腔等效力学模型的示意图；
图6是本发明实施例中整体测试装置的摆放示意图；
图7是本发明实施例中实际测试的爆炸冲击波进入PDMA层后的压力数据曲线图；
图8是本发明实施例一种人员防护结构防护爆炸冲击波性能的测试装置的示意图；
图9是本发明实施例钢板支撑结构10的结构示意图；
图10是本发明实施例一种人员防护结构防护爆炸冲击波性能的测试装置的正视示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。
发明人针对爆炸冲击波透过防护装备进入人体内的压力数据，以及人员穿戴防护装备后躯干的变形以及被抛出时的运动速度等数据，目前还没有可靠、有效且可行的测试手段的问题，综合考虑到爆炸冲击波会对人体躯干造成严重的损伤，因此针对人员防护装备的设计首先需要对进入人体的爆炸冲击波压力进行测试。但是人体躯干是一个包含诸多组织的复杂系统，直接对进入躯干的冲击波压力测试是及其复杂的，这就对人员防护装备的性能评测造成了诸多不便。
发明人经过大量研究、测试，为了建立一套易于实验测试且有效的装置用于评测人员防护装备的性能，最终将爆炸冲击波对人体躯干造成伤害的整个过程细分作两个阶段：
1、爆炸冲击波透过人员防护装备将压力传递到人体皮肤；
2、作用到人体皮肤的压力对人体躯干造成损伤。
上述阶段具体到人员防护装备防爆炸冲击波的性能时，可以将复杂的人体躯干系统进行简化，用于测量作用到人体皮肤的压力。将这些压力数据作用到真实的人体躯干系统，可以得出爆炸冲击波对人体躯干的损伤，也可以进一步反映人员防护装备防爆炸冲击波的性能。
基于上述结论，发明人反复设计，大量实测，最终创造性的提出了本发明的人员防护装备防爆炸冲击波性能的测试装置，同时提出一套有效的评价方法，以下对本发明的测试装置以及评价方法进行详细说明。
参照图1，示出了本发明实施例一种用于评价人员防护装备防护爆炸冲击波性能的测试装置的俯视示意图，参照图2，示出了本发明实施例一种用于评价人员防护装备防护爆炸冲击波性能的测试装置的侧视示意图，该测试装置包括：等效人体模型、支撑约束系统、测试系统，其中，等效人体模型包括：模拟躯干模型和模拟皮肤层，支撑约束系统包括：滚轮系统、支撑滑道以及缓冲挡板，测试系统包括：压力测试系统和高速摄像系统。需要说明的是，图2中模拟皮肤层只示出了覆盖于胸腔部分的部分，其余部分未示出。
具体的，模拟躯干模型为高性能环氧树脂制作而成，具有与真实人体相同的外形轮廓和质量分布，用于模拟人体躯干骨骼力学性质；模拟皮肤层为PDMA制作而成，具有与真实人体皮肤相同的力学属性，覆盖在模拟躯干模型的外侧，经过发明人大量的研究、实测，得出以高性能环氧树脂为材料制作出厚度为12毫米的模拟躯干模型最接近人体实际的躯干骨骼力学性质，以PDMA为材料制作出厚度为3毫米的模拟皮肤层最接近人体实际的皮肤力学性质。本发明实施例中高性能环氧树脂与PDMA粘接固定，当然也可以采用其他方式固定，本发明对此不做具体限定。
等效人体模型通过其底部(即等效人体模型的足底)固定的两个滑动滚轮与支撑滑道连接，那么等效人体模型在爆炸冲击波作用下可以在支撑滑道上滑动，以模拟人体在爆炸冲击波作用下向后移动的状态，而支撑滑道上分布有可调整摩擦阻力的阻力件(图1、2中未示出)，使得滑动滚轮和支撑滑道之间摩擦阻力可调整，这样就可以模拟人体在受到爆炸冲击波作用而向后移动时地面和空气阻力对其提供的摩擦阻力的差异。
转动调节器使得等效人体模型以滚轮系统为中心进行转动，以模拟人体在爆炸冲击波作用下向后倾倒的状态，等效人体模型在爆炸冲击波作用下的移动状态和倾倒状态叠加可以模拟出人体在爆炸冲击波作用下的真实运动状态。转动调节器的转动阻力随转动程度的大小而改变，以模拟人体在向后倾倒过程中受到阻力的差异；转动调节器上分布有可调整转动摩擦阻力的阻力件，用于模拟不同环境下人体在受到爆炸冲击波作用而向后倾倒时地面和空气对其提供的转动摩擦阻力的差异。
通过调整滑动滚轮和转动调节器的大小以及摩擦阻力，可以为等效人体模型提供合适的支撑约束条件，以模拟人体在受到爆炸冲击波作用时所处的不同环境以及人员所处的不同状态对支撑约束条件的差异。需要说明的是，本发明对调整支撑滑道上的摩擦阻力和调整转动调节器上的转动摩擦阻力的方式不作具体限定，一切可实现的方法皆可以适用于本发明的技术方案中。在支撑滑道的末端，即支撑滑道远离爆炸中心的一端，还固定有缓冲挡板，其用于使受到爆炸冲击波作用时运动的等效人体模型减速停止。
本发明实施例中压力测试系统包括：五个压力传感器和压力信号采集设备，这五个压力传感器通过五个基座安装于模拟躯干部分的正面区域，这里所说的正面区域特指为朝向爆炸波的迎波面的，所述模拟躯干模型的模拟胸腔部分的区域；假若压力传感器安装在模拟躯干部分中腿部区域，那么腿部区域的前面就视为模拟躯干部分的正面区域，假若压力传感器在整个模拟躯干部分中每个区域都有安装，那么整个模拟躯干部分的前面就视为模拟躯干部分的正面区域，以此类推。
本发明实施例中基座是直接在模拟躯干模型的正面区域上开孔加工形成的，参照图3，示出了本发明实施例中基座以及固定压力传感器后基座的模型示意图，需要说明的是，图3为了更直观的示出基座以及固定压力传感器后的基座，没有示出模拟躯干模型的正面区域。基座是水平贯穿模拟躯干模型的正面区域，基座的开孔内部加工有内螺纹，内螺纹对应压力传感器的表面的外螺纹，这样就可以使得压力传感器通过内、外螺纹旋转调整位置，进而调整压力传感器的感应面与模拟躯干模型的正面区域的表面平齐并朝向迎波面，即，压力传感器的感应面与模拟皮肤层和模拟躯干模型的粘接面平齐，用于测量爆炸冲击波进入等效人体模型时，对人体皮肤和人体躯干骨骼的界面产生的压力，并且为了进一步紧固压力传感器，在调整好压力传感器的位置后，还可以使用螺栓来固定压力传感器。
本发明实施例中五个压力传感器采用PBC113B21型压力传感器，之所以采用该型号的传感器，是因为目前常用于测量固体材料内部压力的压力传感器为PVDF薄膜压力传感器，不过该传感器的使用压力量程一般需要高于10MPa。而人体结构的损伤阈值一般远小于10MPa，因此适合于研究人员防护装备防护爆炸冲击波性能的压力也应远小于10MPa，此种条件下，PVDF薄膜压力传感器将会存在较大测量误差，显然不适用。
PCB公司生产的PBC113B21型传感器是常用于测量流体中的压力，使用量程不低于1379kPa，谐振频率为500kHz，上升段时间小于1μs。由于PDMA为软材料，具有流体的部分力学性质，因此可以使用PBC113B21型传感器进行PDMA内压力的测量。
本发明实施例中，五个压力传感器分别通过电缆线与压力信号采集设备连接，以将感应到的压力数据传输给压力信号采集设备。参照图4，示出了发明实施例中五个压力传感器安装位置的正视示意图，五个压力传感器中一个压力传感器处于高性能环氧树脂制作的模拟躯干模型的模拟胸腔的中心位置，其余四个均匀分布在四周；模拟躯干部分的反面区域，即背向迎波面的一面，，对应于电缆线穿过的位置开设有对应的孔洞，这样五个压力传感器的电缆线就可以将感应到的，模拟爆炸冲击波透过人员防护装备后进入等效人体模型时，对人体皮肤和人体躯干骨骼的界面产生的压力数据传输给压力信号采集设备，以供后续分析所用。
本发明实施例中高速摄像系统包括：两套高速摄像设备、配套的闪光灯以及图像信号采集设备；两套高速摄像设备以及配套的闪光灯均安放在支撑滑道的同一侧(参照图1可直观体现)，每套高速摄像设备匹配若干闪光灯，图1中示例性的示出一套高速摄像设备匹配2个闪光灯，实际测试过程中，可根据实际情况自行匹配闪光灯数量，闪光灯用于辅助两套高速摄像设备进行采集、记录工作。
本发明实施例中两套高速摄像设备中一套高速摄像设备正面朝向等效人体模型初始的固定位置，其用于采集在爆炸冲击波作用下等效人体模型的初始变形；另一套高速摄像设备放置在靠近支撑滑道的末端，用于采集在爆炸冲击波作用下等效人体模型的后续变形及运动状态，所谓运动状态包括但不限于：等效人体模型受爆炸冲击波作用而被抛出时的速度等。另外，高速摄像设备采集到的图像数据可以通过信号新传输给图像信号采集设备，图像信号采集设备对两套高速摄像设备采集而得到图像数据进行记录，还可以进行运算，对得到的实验结果进行对比，就可以得到在爆炸冲击波作用下等效人体模型的滑动速度及其变化趋势等数据。
综上所述，本发明的性能测试装置，通过力学性质与人体皮肤相近的PDMA软材料来替代人体皮肤，通过高强度的环氧树脂材料制作人体胸腔部分以及其余人体部分，形成简化但有效的人体躯干模型，其可以有效地模拟出爆炸冲击波作用下人体躯干的力学响应。而完整的人体模型与摩擦阻力可调的支撑滑动轨道，转动摩擦阻力可调的转动调节器两者结合为等效人体模型提供合适的支撑约束条件，以模拟人体在受到爆炸冲击波作用时所处的不同环境以及人员所处的不同状态对支撑约束条件的差异。另外通过固定在环氧树脂上的压力传感器，可以测得爆炸冲击波透过人员防护装备后进入人体皮肤内的压力数据。同时高速摄像系统可以记录爆炸冲击波作用下人体模型的变形，以及得到人体受爆炸冲击波作用而被抛出时的速度，对比两套高速摄像设备的实验结果，还可以得到在爆炸冲击波作用下等效人体模型的滑动速度及其变化趋势，这些数据可以进一步反映人员防护装备防爆炸冲击波的性能，因此，本发明的性能测试装置作为人员防护装备防爆炸冲击波性能的有效测试手段，具有极高的实用性。
以下对本发明实施例实现性能测试装置测试人员防护装备防爆炸冲击波的压力数据的原理进行描述：
空气中传播的爆炸冲击波遇到固体介质会发生反射，反射波和入射波的叠加会造成固体介质前端空气中冲击波压力的快速提升，由此造成进入固体的冲击波压力远远大于空气中的爆炸冲击波压力。反射波和入射波叠加后总的压力峰值与入射波压力峰值的关系可表述为：
其中：Patm为大气压强，P0为入射波压力峰值、Ps为反射波与入射波反射叠加之后的压力峰值，也即进入固体介质中的压力峰值。由公式(1)可以得出固体表面反射后总的压力峰值为入射波压力峰值的2～8倍，且入射波峰值越大，放大倍数越大。
PDMA材料是一种常见的软物质材料，具有体积模量较大、剪切模量较小的特性，基于真实人体皮肤以及表层组织的力学性能来设计优化PDMA材料基本组分与固化剂的比例，可真实模拟人体皮肤在爆炸冲击波作用下的动态力学特性，可以用来制作模拟皮肤层。
当空气中的爆炸冲击波作用在PDMA层表面时，进入PDMA层里面的压力波峰值PS可由公式(1)求得。PDMA层中的压力波传播到高性能环氧树脂制成的模拟躯干模型表面时会发生反射，反射压力波的压力幅值可由以下公式求得：
其中：R1、R2为PDMA模拟皮肤层和模拟躯干模型的材料波阻抗。其中，模拟躯干模型的材料波阻抗远大于模拟皮肤层的材料波阻抗，即R2>>R1。PDMA所以，大部分在模拟皮肤层内传播的压力波在其与模拟躯干模型的界面会发生发射。压力波在模拟皮肤层不断往复反射传播，会使得模拟皮肤层整体获得加速度而发生被压缩的变形，进而压缩模拟躯干模型，将压力传递到模拟躯干模型表面。
人体躯干是一个包含诸多组织的复杂系统，直接将压力加载在真实人体躯干表面研究其对躯干造成的损伤是比较复杂的。基于真实人体胸腔在外界载荷作用下的动态响应特点，可以对人体胸腔进行简化，得到胸腔等效力学模型。将作用到模拟躯干表面的压力加载在胸腔等效力学模型上，可以研究其对人体躯干造成的损伤。其中，胸腔等效力学模型的参数可以参考已有资料获得。
作用到躯干表面的压力会对躯干造成损伤。其中，胸腔壁速度和胸腔壁对肺部作的不可逆功是评价躯干损伤程度的两个重要指标。此外，在爆炸冲击波作用下，人体会被抛出，并可能会与其他物体相撞造成进一步的损伤。基于此，胸腔壁速度、不可逆功和人体模型位移是评价躯干损伤的三个重要指标，同时也是评价人员防护结构防爆炸冲击波效果的有效指标。因此，我们选择这第三个指标作为评价人员防护结构防爆炸冲击波性能的检测评价指标。
基于上述理论，本发明实施例提出一种人员防护装备防爆炸冲击波性能的评价方法，所述方法包括：
基于胸腔等效力学模型，以等效胸腔壁速度、不可逆功指标、运动指标(即人体模型位移)为评价真实人体躯干损伤的有效指标，对人员防护装备防爆炸冲击波的性能进行评价；
其中，胸腔等效力学模型包括：等效胸腔壁、固定支撑、弹簧阻尼连接系统，结合胸腔等效力学参数，可以使得胸腔等效力学模型作为真实人体胸腔模型的力学等效形式，用于研究爆炸冲击波对真实人体躯干造成的损伤。参照图5，示出了本发明实施例中胸腔等效力学模型的示意图，需要说明的是，在实际应用中，固定支撑和弹簧阻尼连接系统均处于等效胸腔壁内部，直观的从外界以肉眼观看等效人体模型时，是看不到固定支撑和弹簧阻尼连接系统的，图5为了更好的示意，将其示意在图5中位置处。
固定支撑在胸腔等效力学模型中保持位置固定，等效胸腔壁和固定支撑之间通过弹簧阻尼连接系统连接；
弹簧阻尼连接系统包括：第一弹簧连接器k12、第二弹簧连接器k12i、第三弹簧连接器ke12、第一阻尼连接器c12以及第二阻尼连接器ce12；
第一弹簧连接器k12的两端直接与等效胸腔壁和固定支撑连接；
第二弹簧连接器k12i的一端与固定支撑相连接，另一端与等效胸腔壁间存在初始间距d，当等效胸腔壁被压缩的位移量达到初始间距d时，第二弹簧连接器k12i发挥作用；
第一阻尼连接器c12的两端直接与等效胸腔壁和固定支撑连接，其在拉伸和压缩状态下的阻尼系数不同；
第二阻尼连接器ce12和第三弹簧连接器ke12串联之后，两端分别与等效胸腔壁和固定支撑连接。
胸腔壁速度指标通过将压力传感器测得的压力信号加载在胸腔壁上，其表达式为；
v＝f(P,Ae,m1,m2,d,k12,k12i,c12c,c12p,ke12,ce12)
其中：v为胸腔壁速度，P为压力传感器测得的压力信号数值，Ae为压力在等效胸腔壁上的有效作用面积，m1为等效胸腔壁的质量，m2为固定支撑的质量，d为初始间距，k12为第一弹簧连接器的刚度系数，k12i为与第二弹簧连接器的刚度系数，c12c和c12p分别为第一阻尼连接器的压缩阻尼系数和拉伸阻尼系数，ke12为第三弹簧连接器的刚度系数，ce12为第二阻尼连接器的阻尼系数；
不可逆功指标结合压力信号、胸腔壁速度以及胸腔等效力学参数运算获得，其表达式为：
W＝g(v,P,Ae,ρ,c,V0)
其中，W为不可逆功，P为压力传感器测得的压力信号数值，Ae为压力在等效胸腔壁上的有效作用面积，ρ、c和V0分别为胸腔内肺部的密度、声速和初始体积；
运动指标通过对高速摄像系统采集的图像信息处理，提取等效人体模型上典型特征的位置信息，进行对比获得。
基于上述原理，胸腔壁速度、不可逆功指标、运动指标为评价人体躯干损伤的有效指标，可以用来对人员防护装备防爆炸冲击波的性能进行评价，即可实现性能测试装置测试人员防护装备防护爆炸冲击波的压力数据，以及对人员防护结构防爆炸冲击波的性能进行有效的评价。
本发明实施例还提供一种检测人员防护装备防爆炸冲击波性能测试装置的有效性的方法，该性能测试装置为如以上所述的人员防护装备防爆炸冲击波性能的测试装置，该方法包括：
步骤1：将人员防护装备固定于模拟躯干部分的正面区域上，固定方式与真实人员穿戴防护装备的形式一致，形成整体测试装置；
步骤2：将整体测试装置摆放在以爆炸中心为圆心的圆周上，半径可以根据爆炸冲击波载荷的需要进行选择，所述支撑滑道沿着以爆炸中心为圆心的半径方向布置，其前端面朝向爆炸中心，所述等效人体模型滑动到所述支撑滑道的前端，两套高速摄像设备布置在所述支撑滑道的同一侧，其中一套正面朝向所述等效人体模型初始的固定位置，另一套布置于靠近所述支撑滑道的末端，同时，保持模拟胸腔部分的中心位置的压力传感器、两套高速摄像设备以及爆炸中心处在同一水平面上，并距离地面高度为2米，将模拟躯干部分的正面区域正面朝向爆炸中心，以使得爆炸中心爆炸产生的球面冲击波垂直作用到模拟躯干部分的正面区域。这样能更有效的采集到需求的数据。
例如：参照图6所示，示出了本发明实施例中整体测试装置的摆放示意图，图6中，爆炸中心为炸药，两个整体测试装置摆放在半径为5.8米的圆周上。
步骤3：根据真实条件下人员所处环境的差异，确定滑动滚轮的摩擦阻力和转动摩擦阻力，并调节支撑滑道上的阻力件和转动调节器上的阻力件，为等效人体模型提供合适的约束支撑条件；
步骤4：引爆爆炸中心，爆炸中心爆炸产生的爆炸冲击波通过人员防护装备后，进入PDMA层后，到达五个压力传感器表面，其形成的压力数据被每个压力传感器感应到，并通过各自的电缆线传输给压力信号采集设备，进而得到爆炸冲击波经过人员防护装备防护后，作用到模拟躯干模型表面的压力数据；
步骤5：利用如上述的评价方法，得到胸腔壁速度、不可逆功指标、运动指标，作为评价人体躯干损伤的有效指标，用来对人员防护装备防爆炸冲击波的性能进行评价，该防护性能结果表征上述的人员防护装备防护爆炸冲击波性能测试装置，有效的检测出人员防护装备的防护性能。
参照图7，示出了本发明实施例中实际测试的爆炸冲击波进入PDMA层后的压力数据曲线图，图7中横轴表示时间，单位为毫秒(ms)，纵轴表示经过人员防护装备防护后的爆炸冲击波对人体躯干的皮肤和骨骼之间作用时产生的压力数据，单位为兆帕(MPa)。
结合图7的曲线图，在测试装置摆放位置处通过其他压力传感器，例如：PCB137A22，可以测得的自由场爆炸冲击波压力峰值为78kPa，可求得压力应为202.5kPa，图7中测量曲线中无防护时压力峰值为209.9kPa，两者误差3.7％，相对于无防护结构，有防护装备(即人员防护装备)存在时，压力数据的曲线为典型的冲击载荷作用下的缓冲曲线，由此可知，本发明实施例的人员防护装备防爆炸冲击波性能测试装置，测量得到的波形可以有效反映人员防护装备防爆炸冲击波的属性，也表明该人员防护装备防护爆炸冲击波性能测试装置是合理可行的，其作为人员防护装备防爆炸冲击波性能的有效测试手段，是行之有效的。
基于上述测试装置，可以进行适应性的拓展，例如：
1、在等效人体模型的关节连接处布置合适的刚度连接器，用于模拟真实人体关节处的活动。
2、可以改变等效人体模型的外观，以模拟人员所处的不同状态，如站立、坐姿等。
3、通过在等效人体模型和滚轮系统之间布置一个旋转支撑盘，使得等效人体模型可以转动，可以研究人员防护装备防不同方向传播的爆炸冲击波的性能。
4、可在等效人体模型的后方支撑滑道上布置挡板，以研究人体被爆炸冲击波抛出后与障碍物相撞时对人员造成的伤害。
5、在等效人体模型的头部布置压力传感器，可以对头盔防爆炸冲击波的性能进行研究。
综上所述，本发明利用模拟躯干模型和模拟皮肤层，模拟人体躯干骨骼力学性质和人体皮肤力学性质；利用滑动滚轮和转动调节器为等效人体模型提供合理的支撑约束条件，模拟人体在爆炸冲击波作用下的真实运动状态以及不同环境和人员所处的不同状态对支撑约束条件的差异；利用压力传感器测得爆炸冲击波透过人员防护装备后对人体皮肤和人体躯干骨骼的界面产生的压力数据；利用高速摄像系统采集、记录爆炸冲击波作用下等效人体模型的变形和运动过程，根据这些实验测试结果结合胸腔等效力学模型可以求得用于评价人员防护装备防爆炸冲击波性能的指标数据，通过这些数据可以进一步反映人员防护装备防爆炸冲击波的性能，从而使得本发明的性能测试装置可以作为人员防护装备防爆炸冲击波性能的有效测试手段，具有极高的实用性。
另外，发明人基于上述构思，还设计出另一套更为简便的人员防护结构防护爆炸冲击波性能的简易测试装置和检测其有效性的方法，当然，该方法由于较为简便，也只使用了少量的压力传感器，因此所得数据可能与上述方法下的数据差异较大，但此套测试装置依然可以有效的测试人员防护结构防护爆炸冲击波性能，以下对人员防护结构防护爆炸冲击波性能的简易测试装置和检测其有效性的方法进行详细说明。
参照图8，示出了本发明实施例一种人员防护结构防护爆炸冲击波性能的测试装置的示意图，该装置包括：钢板支撑结构10、PDMA层20、压力传感器30，其中，钢板支撑结构10为低碳钢材质结构并呈类工字型，包括：钢板体和侧面支撑体，需要说明的是，本发明实施例中的钢板支撑结构10呈现出的是近似工字型结构，其钢体板为一个带有弧度的钢体板，而并不是一个标准的长方体，参照图9所示示意图，钢体板具有弧度，基座直接在其上加工而成，之所以将钢体板设计为一个带有弧度的钢体板，是为了使得整个钢板支撑结构10更近似的模拟人体躯干皮下骨骼力学性质。钢板支撑结构10的侧面支撑体用于将性能测试装置固定在支撑架上。
具体的，PDMA层20的一面粘接于钢板体的钢板面的表面上，PDMA层20的另一面为迎波面，可以理解的是，PDMA层20粘接也钢体板的弧度而有弧度；压力传感器30通过基座固定于钢板体上，压力传感器的感应面与钢板面的表面平齐并朝向PDMA层20。
PDMA层20为厚度可调的扁平长方体，其力学性质与真实人体皮肤的力学性质相同；压力传感器30用于感应爆炸冲击波进入性能测试装置时，PDMA层20与钢板面交界处的压力，即，相当于压力传感器30用于感应爆炸冲击波作用人体结构时，人体躯干的皮肤和骨骼之间的压力数据，压力传感器30的量程低于预设值。
钢板支撑结构10钢板体上开孔加工形成基座，并且该基座的开孔水平贯穿整个钢板体，基座的开孔内部加工有内螺纹，内螺纹对应压力传感器30的表面的外螺纹，以使得压力传感器30通过内、外螺纹旋转调整位置，进而调整压力传感器30的感应面与钢板面的表面平齐并朝向PDMA层20。
基座包括：螺栓，在压力传感器30的感应面与钢板面的表面平齐并朝向PDMAPDMA层20的情况下，通过拧紧螺栓以固定压力传感器30的位置，压力传感器30通过信号采集线与压力信号采集设备连接。基座的模型示意图参照图3，图3中左边示图为基座的内部模型示意图，结合图2，基座可理解为直接在钢板支撑结构10的钢板体上加工而成，其内部加工内螺纹，图3中右边示图为固定好压力传感器30之后的基座模型示意图，压力传感器30利用自身的外螺纹和基座内部的内螺纹，旋转到其感应面与基座的表面，即，压力传感器30的感应面与钢板体上钢板面的表面齐平的位置，之后用螺栓固定拧紧。
用于近似模拟人体躯干皮肤力学性质的PDMA层20为长方体，其厚度为12毫米，PDMA层20的截面积小于等于钢板面的面积，PDMA层20必须完全覆盖在压力传感器30的感应面上。
压力传感器30包括：两个PBC113B21型压力传感器，之所以采用该型号的传感器，是因为目前常用于测量固体材料内部压力的压力传感器为PVDF薄膜压力传感器，不过该传感器的使用压力量程一般需要高于10MPa。而人体结构的损伤阈值一般远小于10MPa，因此适合于研究多层结构的材料防护爆炸冲击波性能的压力也应远小于10MPa，此种条件下，PVDF薄膜压力传感器将会存在较大测量误差，显然不适用。
PCB公司生产的PBC113B21型传感器是常用于测量流体中的压力，使用量程不低于1379kPa。由于PDMA块20为软材料，具有流体的部分力学性质，因此可以使用PBC113B21型传感器进行PDMA层20内压力的测量。
在放置时，两个PBC113B21型压力传感器之间的间距为100毫米，两个PBC113B21型压力传感器的量程均不低于1379kPa，两个PBC113B21型压力传感器与基座一一对应，即，钢体板上也有两个基座，两个PBC113B21型压力传感器分别通过两个基座固定于钢板体上，具体的尺寸可以参照图10所示。
性能测试装置迎波面前方固定的多层结构的防护材料，即，图8中的防护结构，其厚度可以由测试需要自行确定，一般情况下，通过绑带就可以将人员防护结构的材料与性能测试装置固定在一起。
本发明实施例还提供一种检测多层结构防护爆炸冲击波性能测试装置的有效性的方法，该性能测试装置为如以上所述的人员防护结构防护爆炸冲击波性能的测试装置，该方法包括：
步骤1：将人员防护结构的材料固定于PDMA层20的迎波面上，形成整体测试装置；
步骤2：将整体测试装置固定在支撑架上并依次摆放在以爆炸中心为圆心，半径为5.8米的圆周上，保持整体测试装置和爆炸中心处在同一水平面上，并距离地面高度为2米。
步骤3：将整体测试装置的迎波面正面朝向爆炸中心，以使得爆炸中心爆炸产生的球面冲击波垂直作用到迎波面；
步骤4：引爆爆炸中心，爆炸中心爆炸产生的爆炸冲击波通过人员防护结构的材料后，进入PDMA层20后，到达压力传感器30表面，其形成的压力数据被压力传感器30感应到，并通过电缆线传输给压力信号采集设备，进而得到爆炸冲击波经过人员防护结构的材料防护后，到达PDMA层20和钢板层界面所产生的压力数据，该压力数据形成的曲线可以反映人员防护结构的材料的防护性能，防护性能结果表征以上所述的人员防护结构防护爆炸冲击波性能测试装置有效的检测出人员防护结构的材料的防护性能。
综上所述，本发明提供的人员防护结构防护爆炸冲击波性能简易测试装置，包括：钢板支撑结构、PDMA层、压力传感器，钢板支撑结构呈工字型，包括：钢板体和侧面支撑体；PDMA层的一面粘接于钢板体的钢板面的表面上，所述PDMA层的另一面为迎波面；压力传感器通过基座固定于所述钢板体上，压力传感器的感应面与钢板面的表面平齐并朝向PDMA层。本发明的性能测试装置，利用PDMA层近似模拟人体躯干皮肤力学性质，利用钢板支撑结构为低碳钢材质结构且其钢板体具有弧度，近似模拟人体躯干皮下骨骼力学性质，利用压力传感器感应出受爆炸冲击波作用而产生的压力，从而实现了精确测试出经过人员防护结构的材料防护后的爆炸冲击波对人体躯干的皮肤和骨骼之间作用产生的压力数据，本发明的性能测试装置作为人员防护结构的材料防护爆炸冲击波性能的有效测试手段，具有极高的实用性。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法所固有的要素。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种人员防护装备防爆炸冲击波性能的测试装置，其特征在于，所述装置包括：等效人体模型、支撑约束系统、测试系统；
所述等效人体模型包括：模拟躯干模型和模拟皮肤层，所述模拟躯干模型具有与真实人体相同的外形轮廓和质量分布，用于模拟人体躯干骨骼力学性质；
所述模拟皮肤层的构成材料具有与真实人体皮肤相同的力学属性，覆盖在所述模拟躯干模型的外侧，用于模拟人体皮肤力学性质，所述模拟皮肤层和所述模拟躯干模型通过粘接相连接，模拟真实的人体皮肤与人体躯干骨骼的连接状态；
所述支撑约束系统包括：滚轮系统、支撑滑道，所述等效人体模型通过其底部固定的两个滑动滚轮与所述支撑滑道连接；
所述滚轮系统包括：滑动滚轮和转动调节器，所述滑动滚轮使得所述等效人体模型在所述支撑滑道上滑动，以模拟人体在爆炸冲击波作用下，向后移动的状态；
所述转动调节器使得所述等效人体模型以所述滚轮系统为中心进行转动，以模拟人体在爆炸冲击波作用下向后倾倒的状态，所述等效人体模型在爆炸冲击波作用下的移动状态和倾倒状态叠加以模拟出人体在爆炸冲击波作用下的真实运动状态；
所述滑动滚轮和所述支撑滑道之间摩擦阻力可调整，所述转动调节器的转动摩擦阻力可调整以模拟人体在受到爆炸冲击波作用时所处的不同环境以及人员所处的不同状态对支撑约束条件的差异；
所述测试系统包括：压力测试系统和高速摄像系统，所述压力测试系统包括多个压力传感器，所述压力传感器安装在所述模拟躯干模型的预设开孔位置，且所述压力传感器的感应面与所述模拟皮肤层和所述模拟躯干模型的粘接面平齐，用于测量爆炸冲击波进入所述等效人体模型时，对所述人体皮肤和所述人体躯干骨骼的界面产生的压力；
所述高速摄像系统布置在所述支撑滑道的一侧，用于采集、记录在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的变形和运动过程。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模拟躯干模型为高性能环氧树脂制作而成，其中，模拟胸腔部分的厚度为12毫米；
所述模拟皮肤层采用PDMA材料进行制备，基于真实人体皮肤以及表层组织的力学性能来设计优化基本组分与固化剂的比例，可真实模拟人体皮肤在爆炸冲击波作用下的动态力学特性，其厚度为3毫米，所述PDMA材料形成的PDMA层覆盖于所述高性能环氧树脂制作的模拟躯干部分的表面；
所述高性能环氧树脂与所述PDMA粘接固定。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支撑滑道上分布有可调整摩擦阻力的阻力件，使得所述滑动滚轮和所述支撑滑道之间摩擦阻力可调整，用于模拟不同环境下人体在受到所述爆炸冲击波作用而向后移动时地面和空气阻力对其提供的摩擦阻力的差异；
所述转动调节器的转动阻力随转动程度的大小而改变，以模拟人体在向后倾倒过程中受到阻力的差异；
所述转动调节器上分布有可调整转动摩擦阻力的阻力件，用于模拟不同环境下人体在受到所述爆炸冲击波作用而向后倾倒时地面和空气对其提供的转动摩擦阻力的差异；
通过调整所述滑动滚轮和所述转动调节器的大小以及摩擦阻力，以为所述等效人体模型提供合适的支撑约束条件，以模拟人体在受到所述爆炸冲击波作用时所处的不同环境以及人员所处的不同状态对所述支撑约束条件的差异。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支撑约束系统还包括：缓冲挡板；
所述缓冲挡板固定于所述支撑滑道的末端，用于使受到所述爆炸冲击波作用时运动的所述等效人体模型减速停止。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压力测试系统包括：五个压力传感器；
所述五个压力传感器通过五个基座安装于所述模拟躯干模型的正面区域，所述正面区域为朝向所述爆炸冲击波迎波面的，所述模拟胸腔部分的区域，所述五个压力传感器的量程均不低于1379kPa，谐振频率为500kHz，上升段时间小于1μs；
所述基座是直接在所述模拟躯干模型的正面区域上开孔加工形成的，其水平贯穿所述模拟躯干部分的正面区域，所述基座的开孔内部加工有内螺纹，所述内螺纹对应所述压力传感器的表面的外螺纹，以使得所述压力传感器通过内、外螺纹旋转调整位置，进而调整所述压力传感器的感应面与所述模拟躯干部分的正面区域的表面平齐并朝向所述迎波面。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高速摄像系统包括：两套高速摄像设备、配套的闪光灯以及图像信号采集设备；
所述两套高速摄像设备以及配套的闪光灯均布置于所述支撑滑道的同一侧，每套高速摄像设备匹配若干闪光灯；
所述闪光灯用于辅助所述两套高速摄像设备进行采集工作；
所述每套高速摄像设备通过信号线将采集的数据发送给图像信号采集设备，以记录在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的变形和运动过程；
所述两套高速摄像设备中一套高速摄像设备正面朝向所述等效人体模型初始的固定位置，用于采集在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的初始变形；
另一套高速摄像设备布置于靠近所述支撑滑道的末端，用于采集在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的后续变形及运动状态；
根据所述两套高速摄像设备的实验结果的对比，得到在所述爆炸冲击波作用下所述等效人体模型的滑动速度及其变化趋势。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述压力测试系统还包括：压力信号采集设备；
在所述模拟躯干部分的正面区域安装的所述五个压力传感器，其中一个压力传感器处于所述正面区域的中心位置，其余四个均匀分布在四周；
所述五个压力传感器分别通过电缆线与所述压力信号采集设备连接，以将测量到的压力数据传输给所述压力信号采集设备；
所述模拟躯干部分的反面区域以及粘接于该区域上的PDMA层，对应于所述电缆线穿过的位置开设有对应的孔洞。
8.一种人员防护装备防爆炸冲击波性能的评价方法，其特征在于，所述方法包括：
基于胸腔等效力学模型，以等效胸腔壁速度、不可逆功指标、运动指标为评价真实人体躯干损伤的有效指标，对所述人员防护装备防爆炸冲击波的性能进行评价；
其中，所述胸腔等效力学模型包括：等效胸腔壁、固定支撑、弹簧阻尼连接系统，所述胸腔等效力学模型为真实人体胸腔模型的力学等效形式，用于研究爆炸冲击波对真实人体躯干造成的损伤，所述等效胸腔壁为如权利要求2所述的模拟胸腔部分；
所述固定支撑在所述胸腔等效力学模型中保持位置固定，所述等效胸腔壁和所述固定支撑之间通过所述弹簧阻尼连接系统连接；
所述弹簧阻尼连接系统包括：第一弹簧连接器、第二弹簧连接器、第三弹簧连接器、第一阻尼连接器以及第二阻尼连接器；
所述第一弹簧连接器的两端直接与所述等效胸腔壁和所述固定支撑连接；
所述第二弹簧连接器的一端与所述固定支撑相连接，另一端与所述等效胸腔壁间存在初始间距，当所述等效胸腔壁被压缩的位移量达到所述初始间距时，所述第二弹簧连接器发挥作用；
所述第一阻尼连接器的两端直接与所述等效胸腔壁和所述固定支撑连接，其在拉伸和压缩状态下的阻尼系数不同；
所述第二阻尼连接器和所述第三弹簧连接器串联之后，两端分别与所述等效胸腔壁和所述固定支撑连接。
9.根据权利要求8所述的评价方法，其特征在于，所述胸腔壁速度指标通过将压力传感器测得的压力信号加载在所述胸腔壁上，其表达式为；
v＝f(P,Ae,m1,m2,d,k12,k12i,c12c,c12p,ke12,ce12)
其中：v为所述胸腔壁速度，P为压力传感器测得的压力信号数值，Ae为压力在所述等效胸腔壁上的有效作用面积，m1为所述等效胸腔壁的质量，m2为所述固定支撑的质量，d为所述初始间距，k12为所述第一弹簧连接器的刚度系数，k12i为与所述第二弹簧连接器的刚度系数，c12c和c12p分别为所述第一阻尼连接器的压缩阻尼系数和拉伸阻尼系数，ke12为所述第三弹簧连接器的刚度系数，ce12为所述第二阻尼连接器的阻尼系数；
所述不可逆功指标结合所述压力信号、所述胸腔壁速度以及胸腔等效力学参数运算获得，其表达式为：
W＝g(v,P,Ae,ρ,c,V0)
其中，W为不可逆功，P为压力传感器测得的压力信号数值，Ae为压力在所述等效胸腔壁上的有效作用面积，ρ、c和V0分别为胸腔内肺部的密度、声速和初始体积；
所述运动指标通过对高速摄像系统采集的图像信息处理，提取所述等效人体模型上典型特征的位置信息，进行对比获得。
10.一种检测人员防护装备防爆炸冲击波性能测试装置的有效性的方法，其特征在于，该测试装置为如权利要求1-7任一所述的人员防护装备防爆炸冲击波性能的测试装置，所述方法包括：
步骤1：将人员防护装备固定于所述模拟躯干部分的正面区域上，固定方式与真实人员穿戴防护装备的形式一致，形成整体测试装置；
步骤2：将所述整体测试装置摆放在以爆炸中心为圆心的圆周上，半径可以根据爆炸冲击波载荷的需要进行选择，所述支撑滑道沿着以爆炸中心为圆心的半径方向布置，其前端面朝向爆炸中心，所述等效人体模型滑动到所述支撑滑道的前端，两套高速摄像设备布置在所述支撑滑道的同一侧，其中一套正面朝向所述等效人体模型初始的固定位置，另一套布置于靠近所述支撑滑道的末端同时，保持模拟胸腔部分的中心位置的压力传感器、所述两套高速摄像设备以及所述爆炸中心处在同一水平面上，并距离地面高度为2米，将所述模拟躯干部分的正面区域正面朝向所述爆炸中心，以使得所述爆炸中心爆炸产生的球面冲击波垂直作用到所述模拟躯干部分的正面区域，所述模拟胸腔部分为所述模拟躯干模型中对应模拟胸腔的部分；
步骤3：根据真实条件下人员所处环境的差异，确定所述滑动滚轮的摩擦阻力和转动摩擦阻力，并调节支撑滑道上的阻力件和转动调节器上的阻力件，为所述等效人体模型提供合适的约束支撑条件；
步骤4：引爆所述爆炸中心，所述爆炸中心爆炸产生的爆炸冲击波通过所述人员防护装备后，进入PDMA层后，到达五个压力传感器表面，其形成的压力数据被每个压力传感器感应到，并通过各自的电缆线传输给压力信号采集设备，进而得到爆炸冲击波经过所述人员防护装备防护后，作用到所述模拟躯干模型表面的压力数据，所述PDMA层由PDMA材料制成，所述PDMA层覆盖于高性能环氧树脂制作的模拟躯干部分的表面；
步骤5：利用如权利要求8-9任一所述的评价方法，得到所述胸腔壁速度、所述不可逆功指标、所述运动指标，作为评价人体躯干损伤的有效指标，用来对所述人员防护装备防爆炸冲击波的性能进行评价，所述防护性能结果表征如权利要求1-7任一所述的人员防护装备防护爆炸冲击波性能测试装置，有效的检测出所述人员防护装备的防护性能。
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