CN112525421A - 头盔重心和转动惯量测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种头盔重心和转动惯量测试装置及方法，包括定盔盒、V型垫块、测量台架、凸轮机构、底座、第一至第三力传感器、振动频率传感器和上位机；定盔盒用于固定放置待测头盔；V型垫块为具有90度V型槽的垫块；测量台架包括扭摆台架、弯曲支点轴承和蝶形板；弯曲支点轴承安装在扭摆台架的底部，弯曲支点轴承包括动端部和静端部，动端部和静端部之间通过两对十字形分布的弹簧片连接，动端部固接于扭摆台架上，静端部固接于蝶形板上，静端部与扭摆台架之间设置锁定件；凸轮机构设置在蝶形板和底座之间；第一至第三力传感器呈正三角形的布置于底座上，振动频率传感器设置在静端部上，第一至第三力传感器和振动频率传感器均与上位机连接。

Description

头盔重心和转动惯量测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种头盔重心和转动惯量测试装置及方法，属于重心和转动惯量测试技术领域。

背景技术

头盔是人体头部重要的防护装备，它在军事、医疗、运动、娱乐等各个行业都有广泛的应用，头盔的重心和转动惯量对使用安全具有很大影响，特别是对于飞行员和航天员这种影响甚至为危及到生命安全。但头盔是一个几何不规则体，其重心、转动惯量的计算有一定的困难，因此需要测量确定。

头盔工效学性能是影响头盔性能的重要因素，但是长期以来并未得到应有的重视，特别是缺乏客观的测试研究手段。在各国开展的军用头盔工效学性能的研究中，以美军所进行的研究最为全面和深入。美国空军作战中心的杰弗里(Jeffrey M.T.)等采用宇宙电子公司生产的KGR30质量分析仪对“头模-飞行头盔”系统的重心进行了测试研究，但该研究并未能直接测量不规则盔体的重心。澳大利亚墨尔本大学的阿斯科(Asko V.)建立了一套SPH-4头盔动力学性能的评价装置，但该装置较为繁杂，且受头盔佩戴者生理因素的影响较大。目前，国内外对头盔形状、头盔舒适性、稳定性的客观评价方法很少，几乎没有对适体性方面的整体定量测试评价。国内对头盔工效学性能的研究也主要集中在航空航天领域，但有关客观评价方法的研究报道仍相当少。航空医学研究所曾作过军用头盔重量、佩带时间与颈肌疲劳关系的实验，采用颈肌体表肌电功率谱判定颈肌是否疲劳，结合主观佩戴感觉评价疲劳程度，获得军盔重量与配戴时间、颈肌疲劳程度之间的关系。我军QGF02头盔的研制过程中，曾组织过头盔工效学性能的实际佩戴实验，采用模糊数学的评判方法进行了头盔佩戴稳定性、调节方便性等因素的评价。

综上所述，国内外对头盔舒适性、稳定性的客观评价方法的研究很少，更无对不规则头盔的惯性参数及佩戴舒适性、稳定性进行测量的专门仪器。因此，研制一套相关的测试设备对头盔的舒适性、稳定性进行定量研究、分析是十分有必要的，精确测量头盔的重心和转对公惯量，对于评价、使用和改进头盔设计更具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有操作简单、安装方便、精确度高等特点的头盔重心与转动惯量测试装置及方法，可适用于各种头盔重心与转动惯量的测试。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种头盔重心和转动惯量测试装置，包括定盔盒、V型垫块、测量台架、凸轮机构、底座、第一至第三力传感器、振动频率传感器和上位机；

所述定盔盒用于固定放置待测头盔；

所述V型垫块为具有90度V型槽的垫块，所述V型垫块用于放置定盔盒或放有待测头盔的定盔盒；

所述测量台架包括扭摆台架、弯曲支点轴承和蝶形板；所述扭摆台架用于测试时固定放置定盔盒，所述扭摆台架的顶面中心形成有垂直相交的第一滑槽和第二滑槽；所述弯曲支点轴承安装在所述扭摆台架的底部，所述弯曲支点轴承包括结构相同的动端部和静端部，所述动端部和静端部之间呈中心对称分布，所述动端部和静端部之间通过两对十字形分布的弹簧片连接，所述动端部相对于所述静端部绕着两对所述十字形分布的弹簧片的交叉点构成的轴线旋转，所述动端部固接于所述扭摆台架的底部，所述静端部固接于蝶形板上，所述静端部与扭摆台架之间设置锁定件，所述锁定件用于将所述扭摆台架随动端部一起锁止于所述静端部上；

所述凸轮机构设置在所述蝶形板和底座之间，所述凸轮机构用于驱动所述测量台架相对于所述底座上下运动；

所述第一至第三力传感器位于所述蝶形板的正下方，并呈等腰三角形的布置于所述底座上；所述第一至第三力传感器用于测试时采集定盔盒或放有待测头盔的定盔盒的重力；

所述振动频率传感器设置在所述弯曲支点轴承的静端部上，用于采集所述扭摆台架的振动频率；

所述第一至第三力传感器和振动频率传感器均与上位机连接。

在一些实施例中，所述凸轮机构包括安装座、凸轮、顶杆和传动轴；所述安装座固定安装在所述底座，所述凸轮通过所述传动轴转动设置在所述安装座内，所述传动轴偏心地穿设于所述凸轮上，所述顶杆竖直活动穿设在所述安装座上，所述顶杆的上端固定设置有顶板，所述顶板与所述蝶形板接触，所述顶杆的下端与所述凸轮的圆周面相接触；所述传动轴的一端伸出所述底座的外部。

在一些实施例中，所述锁定件包括相应地开设在所述扭转盘架以及静端部上的止动孔，活动配合于所述扭摆台架和静端部上的止动孔之间的止动件；

在所述蝶形板的两侧布置两限位滑板，两所述限位滑板固定在所述底座上，所述蝶形板的两侧边缘分别开设凹槽，所述限位滑板滑动配合于所述凹槽内。

在一些实施例中，所述弯曲支点轴承、蝶形板、凸轮机构和底座均置于箱体内，所述扭摆台架伸出所述箱体的顶部，所述箱体的侧壁设置开孔，所述开孔与所述传动轴伸出底座的一端正对。

在一些实施例中，所述第一、第二和第三力传感器通过多路压力变送电路模块与单片机连接，所述振动频率传感器与单片机连接，所述单片机与所述上位机连接，箱体的外部设置有显示面板，显示面板与单片机连接，用来显示第一至第三力传感器测量的重力及扭摆台架的振动频率。

在一些实施例中，第一至第三力传感器均采用BK-2S型剪切梁荷重传感器，振动频率传感器采用光脉冲传感器，光脉动传感器设置在所述静端部上，所述扭摆台架上设置挡片；所述蝶形板采用铝合金材质；所述定盔盒采用有机玻璃制成，所述定盔盒包括盒体以及可拆卸地设置在盒体顶部的盒盖。

在一些实施例中，所述扭摆台架包括铝合金材质的圆盘，所述圆盘的底面设置有辐条和肋板结构，所述圆盘的顶面中心有垂直相交的第一滑槽和第二滑槽，所述第一滑槽和第二滑槽内均滑动设置有滑块，所述滑块上设置有将其锁定于所述第一滑槽或第二滑槽内的锁止件，所述第一滑槽和第二滑槽边缘贴有刻度尺。

在一些实施例中，所述上位机内集成有测试参数设置模块、串口数据接收模块、数据处理模块、数据显示模块和数据存储模块；所述测试参数设置模块用于设置测试参数；所述串口数据接收模块用于接收第一至第三力传感器采集的力值以及振动频率传感器采集的振动频率；所述数据处理模块用于接收并处理力值以及振动频率数据，获得待测头盔的重心和转动惯量的数据；所述数据显示模块用于将获得的待测头盔重心和转动惯量的数据输送显示在上位机的界面上；所述数据存储模块用于存储待测头盔的重心和转动惯量数据以及相应的测试参数。

另外地，本发明还提供一种上述任意实施例中的装置的测试方法，包括以下步骤，

1)进行待测头盔重心相对自身的位置H_X、H_Y、H_Z的测量，具体步骤包括：

S1)通过凸轮机构使得测量台架降落至最低处，测量台架底部的蝶形板压在第一至第三力传感器上，并利用锁定件将扭摆台架锁死，进入头盔重心测量模式；

S2)以定盔盒上三个相邻且垂直的面共有的角点为坐标原点，以过角点的三个棱边为xyz轴，形成固定坐标系，将定盔盒分三次放置在扭摆台架上，第一次以定盔盒上x轴、y轴分别与扭摆台架上的两滑槽平行，xy轴所在盒面的中心位置与扭摆台架的顶面中心对齐；第二次以定盔盒上y轴、x轴分别与扭摆台架上的两滑槽平行，yx轴所在盒面的中心位置与扭摆台架的顶面中心对齐；第三次以定盔盒上y轴、z坐标轴与扭摆台架上的两滑槽平行，yz轴所在盒面的中心位置与扭摆台架的顶面中心对齐；

S3)分别记录步骤S2)中定盔盒分三次放置在扭摆台架上时第一力传感器的读数F_x(盒)、F_y(盒)、F_z(盒)；以第二力传感器和第三力传感器的连线的投影作为支点和坐标原点O'，利用称重法计算定盔盒重心相对坐标原点O'位置，计算公式如下：

其中，X_盒表示定盔盒重心在x轴方向的位置；Y_盒表示定盔盒重心在y方向的位置；Z_盒表示定盔盒重心在z方向的位置；F_x(盒)表示定盔盒第一次放置时第一力传感器读数；F_y(盒)表示定盔盒第二次放置时第一力传感器读数；F_z(盒)表示定盔盒第三次放置时第一力传感器读数；L表示测力点距坐标原点O'的距离；G_盒表示定盔盒的重量；

S4)将头盔放入定盔盒中，其中，定盔盒上的x轴与头盔上的H_X平行，y轴与头盔上的H_Y平行，z轴与头盔上的H_Z平行，将放有头盔的定盔盒放置在扭摆台架上，第一至第三力传感器测得重量G_盔+盒；然后重复步骤S2)、S3)，分别记录头盔+定盔盒分三次放置扭摆台架上时，第一力传感器一端力的读数F_x(盔+盒)、F_y(盔+盒)、F_z(盔+盒)，然后头盔+定盔盒重心相对坐标原点O'的位置，计算公式如下：

其中，X_盔+盒：头盔+定盔盒重心在x方向的位置；Y_盔+盒：头盔+定盔盒重心在y方向的位置；Z_盔+盒：头盔+定盔盒重心在z方向的位置；F_x(盔+盒)：头盔+定盔盒第一次放置时第一力传感器读数；F_y(盔+盒)：头盔+定盔盒第二次放置时第一力传感器读数；F_z(盔+盒)：头盔+定盔盒第三次放置时第一力传感器读数；G_盔+盒：头盔+定盔盒重量。

头盔重心相对坐标原点O'的位置，计算公式如下：

其中，X_盔：头盔重心在x方向的位置；Y_盔：头盔重心在y方向的位置；Z_盔：头盔重心在z方向的位置；G_盔：头盔的重量G_盔＝G_盔+盒-G_盒。

S5)测量头盔前沿、头盔左侧边缘和盔顶顶部距坐标原点O'的距离L_前、L_左、L_顶；

S6)计算出头盔重心相对自身的位置H_X、H_Y、H_Z。

计算公式如下：

2)进行头盔转动惯量的测量，具体包括：

I)通过凸轮机构升起测量台架，使测量台架的蝶形板与第一至第三力传感器脱离接触，解锁锁定件，使扭摆台架自由转动；

II)将定盔盒分三次固定设置于扭摆台架上，第一次，定盔盒上的x轴与旋转轴平行，y、z轴与扭摆台架上的两滑槽平行，yz轴所在盒面中心位置与扭摆台架顶面的中心位置对齐；第二次，定盔盒上的y轴与旋转轴平行，x、z轴所在盒面中心位置与扭摆台架上的两滑槽平行，xz轴所在盒面中心位置与扭摆台架顶面的中心位置对齐；第三次，定盔盒上的z轴与旋转轴平行，x、y轴所在盒面中心位置与扭摆台架上的两滑槽平行，xy轴所在盒面中心位置与扭摆台架顶面的中心位置对齐；每次给扭摆台架初始角位移，使得扭摆台架作扭转自由振动；

III)分别记录步骤II)中振动频率传感器三次采集扭摆台架的振动频率，根据频率和周期关系，得到扭摆台架三次扭转自由振动的周期,根据转动惯量测量公式计算得到转动惯量J_x、J_y、J_z；

式中，K：扭转刚度，固定值为4.57N·m/deg；J_x为定盔盒以x轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J_y为定盔盒以y轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J_z为定盔盒以z轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；T_x(盒)为定盔盒以x轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的周期；T_y(盒)为定盔盒以y轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的周期；T_z(盒)为定盔盒以z轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的周期；

IV)将头盔放入定盔盒内，重复II)～III)，求出J_x`、J<sub>y</sub>`、J_z`；

式中，J_x`为放有头盔的定盔盒以x轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J<sub>y</sub>`为放有头盔定盔盒以y轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J_z`为放有头盔的定盔盒以z轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；T_x(盔+盒)为放有头盔的定盔盒以x轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的周期；T_y(盔+盒)为放有头盔的定盔盒以y轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的周期；T_z(盔+盒)为放有头盔的定盔盒以z轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的周期；

V)由转动惯量的可加性，求出头盔相对于转动中心的转动惯量；

计算公式如下：

VI)求出头盔相对于自身重心的转动惯量；

自身重心与转动中心距离计算公式如下：

其中，X_盔：头盔重心在x方向的位置；Y_盔：头盔重心在y方向的位置；Z_盔：头盔重心在z方向的位置；d_x：旋转中心与坐标原点O'在x轴方向的距离；d_y：旋转中心与坐标原点O'在y轴方向的距离；d_z：旋转中心与坐标原点O'在z轴方向的距离；L：测力点距坐标原点O'的距离；

根据转动惯量平行移轴定理，则头盔绕自身重心的转动惯量公式如下：

即：

式中，J_x``：头盔在x方向上绕自身重心的转动惯量；J<sub>y</sub>``：头盔在y方向上绕自身重心的转动惯量；J_z``：头盔在z方向上绕自身重心的转动惯量；m为头盔的质量。

在一些实施例中，步骤III)还包括：将定盔盒放置在V型块上，调节V型块在扭摆台架上的固定位置，分别将定盔盒上的x、y轴所在平面、y、z轴所在平面、z、x轴所在平面立起，并与旋转轴重合；每次给扭摆台架初始角位移，使得扭摆台架作扭转自由振动；分别记录振动频率传感器三次采集扭摆台架的振动频率，得到扭摆台架三次扭转自由振动的周期，然后，计算得到转动惯量J_xy、J_yz、J_zx；

式中，J_xy为定盔盒以xy轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J_yz为定盔盒以yz轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J_zx为定盔盒以zx轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；T_xy(盒)为定盔盒以xy轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的周期；T_yz(盒)为定盔盒以yz轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的周期；T_zx(盒)为定盔盒以zx轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的周期；

步骤IV)还包括将放有头盔的定盔盒放置在V型块上，调节V型块在扭摆台架上的固定位置，分别将放有头盔的定盔盒上的x、y轴所在平面、y、z轴所在平面、z、x轴所在平面立起，并与旋转轴重合；每次给扭摆台架初始角位移，使得扭摆台架作扭转自由振动；分别记录振动频率传感器三次采集扭摆台架的振动频率，得到扭摆台架三次扭转自由振动的周期，然后，计算得到转动惯量J_xy`、J<sub>yz</sub>`、J_zx`

J_xy`为放有头盔的定盔盒以xy轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J<sub>yz</sub>`为放有头盔的定盔盒以yz轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J_zx`为放有头盔的定盔盒以zx轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；T_xy(盔+盒)为放有头盔的定盔盒以xy轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的周期；T_yz(盔+盒)为放有头盔的定盔盒以yz轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的周期；T_zx(盔+盒)为放有头盔的定盔盒以zx轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的周期。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：本发明提供的头盔重心和转动惯量测试装置，利用凸轮机构驱动测量台架作升降运动，使得测试装置在头盔重心测量和转动惯量测量状态切换，分布于蝶形板上的第一至第三力传感器在测试时采集定盔盒或放有待测头盔的定盔盒的重力，振动频率传感器采集扭摆台架的振动频率，进而计算得到待测头盔的重心位置以及转动惯量，整个测试装置具有操作简单、安装方便、精确度高等特点，可适用于各种头盔重心与转动惯量的测试，对于评价、使用和改进头盔设计具有重要意义。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明放置定盔盒的V型垫块的结构示意图；

图3是本发明扭摆台架的结构示意图；

图4是本发明的弯曲支点轴承结构示意图；

图5是图4的A-A向结构示意图；

图6是本发明的蝶形板结构示意图；

图7是本发明凸轮机构的结构示意图；

图8是本发明凸轮机构的原理图；

图9是本发明的第一至第三力传感器以及振动频率传感器与上位机连接的流程框图；

图10是本发明头盔坐标系的定义图。

图11是本发明第一、第二、第三力传感器的俯视布局图；

图12是本发明头盔重心测量原理图；

图13是本发明定盔盒上固定坐标系的示意图；

图14是本发明进行转动惯量测量时放有头盔的定盔盒的放置示意图，图14a是定盔盒的x轴与旋转轴平行、y、z轴与扭摆台架上的两滑槽平行的示意图；图14b是定盔盒的y轴与旋转轴平行、x、z轴所在盒面中心位置与扭摆台架上的两滑槽平行的示意图；图14c是定盔盒上的z轴与旋转轴平行、x、y轴所在盒面中心位置与扭摆台架上的两滑槽平行的示意图；图14d是定盔盒上的x、y轴所在平面与旋转轴重合时的示意图；图14e是定盔盒上的y、z轴所在平面与旋转轴重合时的示意图；图14f是定盔盒上的z、x轴所在平面与旋转轴重合时的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

如图1至6所示，本发明提供的一种头盔重心和转动惯量测试装置，包括定盔盒1、V型垫块2、测量台架、凸轮机构6、底座7、第一至第三力传感器、振动频率传感器和上位机；定盔盒1用于固定放置待测头盔；V型垫块2为具有90度V型槽的垫块，V型垫块2用于放置定盔盒1或放有待测头盔的定盔盒1；测量台架包括扭摆台架3、弯曲支点轴承4和蝶形板5；扭摆台架3用于测试时固定放置定盔盒2，扭摆台架3的顶面中心形成有垂直相交的第一滑槽和第二滑槽；弯曲支点轴承4安装在扭摆台架3的底部，弯曲支点轴承4包括结构相同的动端部41和静端部42，动端部41和静端部42之间呈中心对称分布，动端部41和静端部42之间通过两对十字形分布的弹簧片43连接，动端部41相对于静端部42绕着弹簧片43的交叉点构成的轴线旋转，动端部41固接于扭摆台架3的底部，静端部42固接于蝶形板5上，静端部42与扭摆台架3之间设置锁定件，锁定件用于将扭摆台架3随动端部41一起锁止于静端部42上；凸轮机构6设置在蝶形板5和底座7之间，凸轮机构6用于驱动测量台架相对于底座7作升降运动；第一至第三力传感器位于蝶形板5的正下方，并呈等腰三角形的布置于底座7上，用于测试时采集定盔盒1或放有待测头盔的定盔盒1的重力，振动频率传感器设置在弯曲支点轴承4的静端部42上，用于采集扭摆台架3的振动频率；第一至第三力传感器和振动频率传感器均与上位机连接。

在上述实施例中，优选地，如图7、图8所示，凸轮机构6包括安装座61、凸轮62、顶杆63和传动轴64；安装座61固定安装在底座7，凸轮62通过传动轴64转动设置在安装座61内，传动轴64偏心地穿设于凸轮62上，顶杆63竖直活动穿设在安装座61上，顶杆63的上端与蝶形板5相接触，顶杆63的下端与凸轮62的圆周面接触；传动轴64的一端伸出底座7的外部。

在上述实施例中，优选地，凸轮机构还包括顶板65，顶板65固定在顶杆63的上端，且顶板65与蝶形板5相接触。

在上述实施例中，优选地，锁定件包括相应地开设在扭转盘架3以及静端部42上的止动孔，活动配合于扭摆台架3和静端部42上的止动孔之间的止动件(例如插销)，进而防止进行重心测量时扭摆台架3发生旋转。

在上述实施例中，优选地，如图6所示，在蝶形板5的两侧布置两限位滑板8，两限位滑板8固定在底座7上，蝶形板5的两侧边缘分别开设凹槽，限位滑板8滑动配合于凹槽内；利用凸轮调节机构升起或降低扭摆台架3的高度时，蝶形板5沿着限位滑板8上下运动，限制测量台架仅进行上下运动，保证测量台架的转动中心不变，提高测试装置的测量精度。

在上述实施例中，优选地，弯曲支点轴承4、蝶形板5、凸轮机构6和底座7均置于箱体内，扭摆台架3伸出箱体的顶部，箱体的侧壁设置开孔，开孔与传动轴64伸出底座7的一端正对。使用时，内六角扳手可通过开孔伸入箱体内，并与传动轴64配合，测试人员在箱体外部通过扳手驱动传动轴64转动，传动轴64带动凸轮62转动，凸轮63推动顶杆作上下运动，进而实现扭摆台架3的上下运动，实现头盔重心和转动惯量测量的转换。

在上述实施例中，优选地，如图9所示，第一、第二和第三力传感器通过多路压力变送电路模块与单片机连接，振动频率传感器与单片机连接，单片机与上位机连接，单片机处理第一至第三力传感器以及振动频率传感器传来的数据，得到第一至第三力传感器采集的力值、扭摆台架的振动周期，并传至上位机；箱体的外部设置有显示面板，显示面板与单片机连接，显示面板用来显示第一至第三力传感器测量的重力及扭摆台架3的振动频率。

在上述实施例中，优选地，第一至第三力传感器均采用BK-2S型剪切梁荷重传感器，振动频率传感器采用光脉冲传感器，光脉动传感器设置在静端部42上，扭摆台架3上设置挡片，当作扭转振动时，挡片在光脉冲传感器的发射和接收端之间来回运动，传感器测量频率为扭摆台架的振动频率乘以挡片数，这样，即可获得扭摆台架3的振动频率，进而可计算得到扭摆台架3的振动周期；单片机采用PIC18F25K22单片机，单片机通过RS485总线连接至上位机。

在上述实施例中，优选地，如图3所示，扭摆台架3包括铝合金材质的圆盘，圆盘的底面设置有辐条和肋板结构，圆盘的顶面中心有垂直相交的第一滑槽和第二滑槽，第一滑槽和第二滑槽内均滑动设置有滑块，滑块上设置有将其锁定于第一滑槽或第二滑槽内的锁止件，第一滑槽和第二滑槽边缘贴有刻度尺，使用时，可利用滑块将定盔盒1或放有待测头盔的定盔盒1固定于扭摆台架3上，同时，可通过刻度尺读出定盔盒2在扭摆台架3上的位置。

在上述实施例中，优选地，蝶形板5采用铝合金材质。

在上述实施例中，优选地，定盔盒1采用有机玻璃制成，包括盒体以及可拆卸地设置在盒体顶部的盒盖。

在上述实施例中，优选地，上位机内集成有测试参数设置模块、串口数据接收模块、数据处理模块、数据显示模块和数据存储模块；测试参数设置模块用于设置测试参数，比如扭转刚度K、头盔参数(型号和质量等)、定盔盒参数(型号和质量等)；串口数据接收模块用于接收第一至第三力传感器采集的力值F1、F2和F3以及振动频率传感器采集的振动频率，数据处理模块用于接收并处理力值F1、F2、F3以及振动频率数据，获得待测头盔的重心和转动惯量的数据；数据显示模块用于将获得的待测头盔重心和转动惯量的数据输送显示在上位机的界面上；数据存储模块用于存储待测头盔的重心和转动惯量数据以及相应的测试参数。

基于上述的头盔重心和转动惯量测试装置，本发明还提供一种头盔重心和转动惯量测试方法，其包括以下步骤，

1)进行待测头盔重心C相对自身的位置H_X、H_Y、H_Z的测量，其中，如图10所示，H_X为重心C距头盔左侧边缘距离，H_Y为重心C距头盔前沿距离；H_Z为重心C距头盔顶部距离。

采用称重法对头盔这种不规则物体的重心进行测量。称重法是一种基于杠杆原理的方法，如图11、图12所示，选取第二力传感器和第三力传感器连线的投影作为支点和坐标原点O'，则物体重力和第一力传感器的支持力等效杠杆作用力。只要知道被测物在力传感器一端力的读数F，采用如下公式即可计算被测物在x方向上的重心位置Gx。

式中：G为被测物重量，G＝F₁+F₂+F₃；F为第一力传感器读数，F＝F₁；L为测力点距坐标原点O'的距离,L＝L₁+L₂。

将被测物水平旋转90度，求测出被测物在y方向上的重心位置Gy,再将被测物竖直旋转90度，求测出被测物在z方向上的重心位置Gz，就可以定出被测物体的相对于坐标系(图12中的坐标原点O')的重心位置。而实际上有意义的是重心相对于自身的位置。为此，把待测头盔固定在一个能保证有三个相互垂直面的轻质盒(定盔盒)内，以过角点的三个棱边为xyz轴，如图13所示。定盔盒的作用不仅能使军盔稳定测量成为可能，而且以盔盒的盒面为参考定位面，可以得到军盔重心相对于自身参考面的位置。

实际测量中，需分别测出无盔时和有盔时的重心位置，即先测量定盔盒本身的重心位置，然后通过计算，扣除定盔盒的影响后，就可得到头盔的重心相对于相对自身的位置(如图10所示)。

由此，头盔重心相对自身的位置H_X、H_Y、H_Z的测量的具体步骤包括：

S1)通过凸轮机构6使得测量台架降落至最低处，保证测量台架底部的蝶形板5压在第一至第三力传感器上，并利用锁定件将扭摆台架3锁死，进入头盔重心测量模式；

S2)以定盔盒1上三个相邻且垂直的面共有的角点为坐标原点，以过角点的三个棱边为xyz轴，形成固定坐标系(如图13所示)，将定盔盒1分三次放置在扭摆台架3上，第一次以定盔盒1上x轴、y轴分别与扭摆台架3上的两滑槽平行，xy轴所在盒面的中心位置与扭摆台架3的顶面中心对齐；第二次以定盔盒1上y轴、x轴分别与扭摆台架3上的两滑槽平行，yx轴所在盒面的中心位置与扭摆台架的顶面中心对齐；第三次以定盔盒1上y轴、z坐标轴与扭摆台架3上的两滑槽平行，yz轴所在盒面的中心位置与扭摆台架的顶面中心对齐。

S3)分别记录步骤S2)中定盔盒1分三次放置在扭摆台架3上时第一力传感器的读数F_x(盒)、F_y(盒)、F_z(盒)；定盔盒1重心相对坐标系(图12中的坐标原点O')位置，计算公式如下：

其中，X_盒表示定盔盒1重心在x轴方向的位置；Y_盒表示定盔盒1重心在y方向的位置；Z_盒表示定盔盒1重心在z方向的位置；F_x(盒)表示定盔盒1第一次放置时第一力传感器读数；F_y(盒)表示定盔盒1第二次放置时第一力传感器读数；F_z(盒)表示定盔盒第三次放置时第一力传感器读数；L表示测力点距坐标原点O'的距离(固定值25cm)；G_盒表示定盔盒的重量(固定值0.955kg)。

S4)将头盔放入定盔盒1中，其中，定盔盒1上的x轴与头盔上的H_X平行，y轴与头盔上的H_Y平行，z轴与头盔上的H_Z平行，将放有头盔的定盔盒1放置在扭摆台架3上，第一至第三力传感器测得重量G_盔+盒；然后重复步骤S2)、S3)，分别记录头盔+定盔盒分三次放置扭摆台架3上时，第一力传感器一端力的读数F_x(盔+盒)、F_y(盔+盒)、F_z(盔+盒)，

头盔+定盔盒重心相对坐标系(图12中的坐标原点O')的位置，计算公式如下：

其中，X_盔+盒：头盔+定盔盒重心在x方向的位置；Y_盔+盒：头盔+定盔盒重心在y方向的位置；Z_盔+盒：头盔+定盔盒重心在z方向的位置；F_x(盔+盒)：头盔+定盔盒第一次放置时第一力传感器读数；F_y(盔+盒)：头盔+定盔盒第二次放置时第一力传感器读数；F_z(盔+盒)：头盔+定盔盒第三次放置时第一力传感器读数；G_盔+盒：头盔+定盔盒重量。

头盔重心相对坐标系(图12中的坐标原点O')的位置，计算公式如下：

其中，X_盔：头盔重心在x方向的位置；Y_盔：头盔重心在y方向的位置；Z_盔：头盔重心在z方向的位置；G_盔：头盔的重量G_盔＝G_盔+盒-G_盒。

S5)测量头盔前沿、头盔左侧边缘和盔顶顶部距坐标系(图12中的坐标原点O')的距离L_前、L_左、L_顶；

S6)计算出头盔重心相对自身的位置H_X、H_Y、H_Z。

计算公式如下：

其中：H_X：头盔重心距头盔左侧边缘的距离；H_Y：头盔重心距头盔前沿的距离；H_Z：头盔重心距头盔顶部的距离；L_前：头盔前沿距坐标原点O'的距离；L_左：头盔左侧边缘距坐标原点O'的距离；L_顶：盔顶顶部距坐标原点O'的距离；G_盔：头盔的重量。

2)进行头盔转动惯量的测量，

对于头盔这种不规则形状物体的转动惯量测量，本装置中采用扭摆法，测量原理图，如图2所示。其原理是根据自由扭转振动的等时性。通过测量物体自由扭转振动的频率(或周期)，来达到测量物体转动惯量的目的。

被测物体放在作绕固定轴扭转振动的圆盘上。圆盘受一刚度为K的扭转弹簧约束。给一初始角位移，圆盘作扭转自由振动，系统绕旋转中心的转动惯量为：

式中，J为系统绕旋转中心的转动惯量，T为扭转振动固有周期；K为扭转刚度,即扭转弹簧的扭转刚度，值为4.75。

故此，头盔转动惯量的测量过程，具体包括：

I)通过凸轮机构6升起测量台架，使测量台架的蝶形板5与第一至第三力传感器脱离接触，解锁锁定件，使扭摆台架3自由转动；

II)将定盔盒1分三次固定设置于扭摆台架上，第一次，如图14a所示，定盔盒1上的x轴与旋转轴平行，y、z轴与扭摆台架3上的两滑槽平行，yz轴所在盒面中心位置与扭摆台架3顶面的中心位置对齐；第二次，如图14b所示，定盔盒1上的y轴与旋转轴平行，x、z轴所在盒面中心位置与扭摆台架3上的两滑槽平行，xz轴所在盒面中心位置与扭摆台架3顶面的中心位置对齐；第三次，如图14c所示，定盔盒1上的z轴与旋转轴平行，x、y轴所在盒面中心位置与扭摆台架3上的两滑槽平行，xy轴所在盒面中心位置与扭摆台架3顶面的中心位置对齐；每次给扭摆台架3初始角位移，使得扭摆台架3作扭转自由振动；

III)分别记录步骤II)中振动频率传感器三次采集扭摆台架3的振动频率，根据频率和周期关系，得到扭摆台架3三次扭转自由振动的周期,根据转动惯量测量公式计算得到转动惯量J_x、J_y、J_z；

式中，J_x为定盔盒1以x轴与旋转轴平行的随扭摆台架3扭转振动的转动惯量；J_y为定盔盒1以y轴与旋转轴平行的随扭摆台架3扭转振动的转动惯量；J_z为定盔盒1以z轴与旋转轴平行的随扭摆台架3扭转振动的转动惯量；T_x(盒)为定盔盒1以x轴与旋转轴平行的随扭摆台架3扭转振动的周期；T_y(盒)为定盔盒1以y轴与旋转轴平行的随扭摆台架3扭转振动的周期；T_z(盒)为定盔盒1以z轴与旋转轴平行的随扭摆台架3扭转振动的周期。

IV)将定盔盒1放置在V型块2上，调节V型块2在扭摆台架3上的固定位置，分别将定盔盒1上的x、y轴所在平面、y、z轴所在平面、z、x轴所在平面立起，并与旋转轴重合(如图14d-14f所示)；每次给扭摆台架3初始角位移，使得扭摆台架3作扭转自由振动；分别记录振动频率传感器三次采集扭摆台架3的振动频率，得到扭摆台架3三次扭转自由振动的周期，然后，计算得到转动惯量J_xy、J_yz、J_zx；

式中，J_xy为定盔盒1以xy轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架3扭转振动的转动惯量；J_yz为定盔盒1以yz轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架3扭转振动的转动惯量；J_zx为定盔盒1以zx轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架3扭转振动的转动惯量；T_xy(盒)为定盔盒1以xy轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架3扭转振动的周期；T_yz(盒)为定盔盒1以yz轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架3扭转振动的周期；T_zx(盒)为定盔盒1以zx轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架3扭转振动的周期。

V)将头盔放入定盔盒1内，重复II～IV，求出J_x`、J<sub>y</sub>`、J_z`、J<sub>xy</sub>`、J_yz`、J<sub>zx</sub>`；

式中，J_x`为放有头盔的定盔盒1以x轴与旋转轴平行的随扭摆台架3扭转振动的转动惯量；J<sub>y</sub>`为放有头盔定盔盒1以y轴与旋转轴平行的随扭摆台架3扭转振动的转动惯量；J_z`为放有头盔的定盔盒1以z轴与旋转轴平行的随扭摆台架3扭转振动的转动惯量；T<sub>x(盔+盒)</sub>为放有头盔的定盔盒1以x轴与旋转轴平行的随扭摆台架3扭转振动的周期；T<sub>y(盔+盒)</sub>为放有头盔的定盔盒1以y轴与旋转轴平行的随扭摆台架3扭转振动的周期；T<sub>z(盔+盒)</sub>为放有头盔的定盔盒1以z轴与旋转轴平行的随扭摆台架3扭转振动的周期。J<sub>xy</sub>`为放有头盔的定盔盒以xy轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架3扭转振动的转动惯量；J_yz`为放有头盔的定盔盒1以yz轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架3扭转振动的转动惯量；J<sub>zx</sub>`为放有头盔的定盔盒1以zx轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架3扭转振动的转动惯量；T_xy(盔+盒)为放有头盔的定盔盒1以xy轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架3扭转振动的周期；T_yz(盔+盒)为放有头盔的定盔盒1以yz轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架3扭转振动的周期；T_zx(盔+盒)为放有头盔的定盔盒1以zx轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架3扭转振动的周期。

VI)由转动惯量的可加性，求出头盔相对于转动中心(即旋转中心)的转动惯量；计算公式如下：

VII)求出头盔相对于自身重心的转动惯量。

自身重心与转动中心距离计算公式如下：

其中，X_盔：头盔重心在x方向的位置；Y_盔：头盔重心在y方向的位置；Z_盔：头盔重心在z方向的位置；d_x：旋转中心与坐标原点O'在x轴方向的距离；d_y：旋转中心与坐标原点O'在y轴方向的距离；d_z：旋转中心与坐标原点O'在z轴方向的距离；L：测力点距坐标原点O'的距离(固定值25cm)；

根据转动惯量平行移轴定理：J′＝J-md²

其中：J′：所测物体绕自身重心的转动惯量；J：所测物体绕转动中心的转动惯量；m：所测物体质量；d：所测物体自身重心与转动中心的距离。

则头盔绕自身重心的转动惯量公式如下：

即：

其中，K：扭转刚度，固定值为4.57N·m/deg；J_x``：头盔在x方向上绕自身重心的转动惯量；J<sub>y</sub>``：头盔在y方向上绕自身重心的转动惯量；J_z``：头盔在z方向上绕自身重心的转动惯量；m为头盔的质量。

下面为利用本发明的测试装置及测试方法对五种类型头盔进行重心和转动惯量进行测试的结果，

表1各头盔重心测量相关数据

注：上表中尺寸单位为cm

表2各头盔转动惯量测量相关数据

注：上表中时间单位为ms

表3各头盔的重心与转动惯量测量结果

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：包括定盔盒、V型垫块、测量台架、凸轮机构、底座、第一至第三力传感器、振动频率传感器和上位机；

所述定盔盒用于固定放置待测头盔；

所述V型垫块为具有90度V型槽的垫块，所述V型垫块用于放置定盔盒或放有待测头盔的定盔盒；

所述测量台架包括扭摆台架、弯曲支点轴承和蝶形板；所述扭摆台架用于测试时固定放置定盔盒，所述扭摆台架的顶面中心形成有垂直相交的第一滑槽和第二滑槽；所述弯曲支点轴承安装在所述扭摆台架的底部，所述弯曲支点轴承包括结构相同的动端部和静端部，所述动端部和静端部之间呈中心对称分布，所述动端部和静端部之间通过两对十字形分布的弹簧片连接，所述动端部相对于所述静端部绕着两对所述十字形分布的弹簧片的交叉点构成的轴线旋转，所述动端部固接于所述扭摆台架的底部，所述静端部固接于蝶形板上，所述静端部与扭摆台架之间设置锁定件，所述锁定件用于将所述扭摆台架随动端部一起锁止于所述静端部上；

所述凸轮机构设置在所述蝶形板和底座之间，所述凸轮机构用于驱动所述测量台架相对于所述底座上下运动；

所述第一至第三力传感器位于所述蝶形板的正下方，并呈等腰三角形的布置于所述底座上；所述第一至第三力传感器用于测试时采集定盔盒或放有待测头盔的定盔盒的重力；

所述振动频率传感器设置在所述弯曲支点轴承的静端部上，用于采集所述扭摆台架的振动频率；

所述第一至第三力传感器和振动频率传感器均与上位机连接。

2.如权利要求1所述的头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：所述凸轮机构包括安装座、凸轮、顶杆和传动轴；所述安装座固定安装在所述底座，所述凸轮通过所述传动轴转动设置在所述安装座内，所述传动轴偏心地穿设于所述凸轮上，所述顶杆竖直活动穿设在所述安装座上，所述顶杆的上端固定设置有顶板，所述顶板与所述蝶形板接触，所述顶杆的下端与所述凸轮的圆周面相接触；所述传动轴的一端伸出所述底座的外部。

3.如权利要求1所述的头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：所述锁定件包括相应地开设在所述扭转盘架以及静端部上的止动孔，活动配合于所述扭摆台架和静端部上的止动孔之间的止动件；

在所述蝶形板的两侧布置两限位滑板，两所述限位滑板固定在所述底座上，所述蝶形板的两侧边缘分别开设凹槽，所述限位滑板滑动配合于所述凹槽内。

4.如权利要求2所述的头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：所述弯曲支点轴承、蝶形板、凸轮机构和底座均置于箱体内，所述扭摆台架伸出所述箱体的顶部，所述箱体的侧壁设置开孔，所述开孔与所述传动轴伸出底座的一端正对。

5.如权利要求4所述的头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：所述第一、第二和第三力传感器通过多路压力变送电路模块与单片机连接，所述振动频率传感器与单片机连接，所述单片机与所述上位机连接，箱体的外部设置有显示面板，显示面板与单片机连接，用来显示第一至第三力传感器测量的重力及扭摆台架的振动频率。

6.如权利要求1所述的头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：第一至第三力传感器均采用BK-2S型剪切梁荷重传感器，振动频率传感器采用光脉冲传感器，光脉动传感器设置在所述静端部上，所述扭摆台架上设置挡片；所述蝶形板采用铝合金材质；所述定盔盒采用有机玻璃制成，所述定盔盒包括盒体以及可拆卸地设置在盒体顶部的盒盖。

7.如权利要求1所述的头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：所述扭摆台架包括铝合金材质的圆盘，所述圆盘的底面设置有辐条和肋板结构，所述圆盘的顶面中心有垂直相交的第一滑槽和第二滑槽，所述第一滑槽和第二滑槽内均滑动设置有滑块，所述滑块上设置有将其锁定于所述第一滑槽或第二滑槽内的锁止件，所述第一滑槽和第二滑槽边缘贴有刻度尺。

8.如权利要求1所述的头盔重心和转动惯量测试装置，其特征在于：所述上位机内集成有测试参数设置模块、串口数据接收模块、数据处理模块、数据显示模块和数据存储模块；所述测试参数设置模块用于设置测试参数；所述串口数据接收模块用于接收第一至第三力传感器采集的力值以及振动频率传感器采集的振动频率；所述数据处理模块用于接收并处理力值以及振动频率数据，获得待测头盔的重心和转动惯量的数据；所述数据显示模块用于将获得的待测头盔重心和转动惯量的数据输送显示在上位机的界面上；所述数据存储模块用于存储待测头盔的重心和转动惯量数据以及相应的测试参数。

9.一种基于如权利要求1至8任一项所述的装置的头盔重心和转动惯量测试方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)进行待测头盔重心相对自身的位置H_X、H_Y、H_Z的测量，具体步骤包括：

S1)通过凸轮机构使得测量台架降落至最低处，测量台架底部的蝶形板压在第一至第三力传感器上，并利用锁定件将扭摆台架锁死，进入头盔重心测量模式；

S2)以定盔盒上三个相邻且垂直的面共有的角点为坐标原点，以过角点的三个棱边为xyz轴，形成固定坐标系，将定盔盒分三次放置在扭摆台架上，第一次以定盔盒上x轴、y轴分别与扭摆台架上的两滑槽平行，xy轴所在盒面的中心位置与扭摆台架的顶面中心对齐；第二次以定盔盒上y轴、x轴分别与扭摆台架上的两滑槽平行，yx轴所在盒面的中心位置与扭摆台架的顶面中心对齐；第三次以定盔盒上y轴、z坐标轴与扭摆台架上的两滑槽平行，yz轴所在盒面的中心位置与扭摆台架的顶面中心对齐；

S3)分别记录步骤S2)中定盔盒分三次放置在扭摆台架上时第一力传感器的读数F_x(盒)、F_y(盒)、F_z(盒)；以第二力传感器和第三力传感器的连线的投影作为支点和坐标原点O'，利用称重法计算定盔盒重心相对坐标原点O'位置，计算公式如下：

其中，X_盒表示定盔盒重心在x轴方向的位置；Y_盒表示定盔盒重心在y方向的位置；Z_盒表示定盔盒重心在z方向的位置；F_x(盒)表示定盔盒第一次放置时第一力传感器读数；F_y(盒)表示定盔盒第二次放置时第一力传感器读数；F_z(盒)表示定盔盒第三次放置时第一力传感器读数；L表示测力点距坐标原点O'的距离；G_盒表示定盔盒的重量；

S4)将头盔放入定盔盒中，其中，定盔盒上的x轴与头盔上的H_X平行，y轴与头盔上的H_Y平行，z轴与头盔上的H_Z平行，将放有头盔的定盔盒放置在扭摆台架上，第一至第三力传感器测得重量G_盔+盒；然后重复步骤S2)、S3)，分别记录头盔+定盔盒分三次放置扭摆台架上时，第一力传感器一端力的读数F_x(盔+盒)、F_y(盔+盒)、F_z(盔+盒)，然后头盔+定盔盒重心相对坐标原点O'的位置，计算公式如下：

其中，X_盔+盒：头盔+定盔盒重心在x方向的位置；Y_盔+盒：头盔+定盔盒重心在y方向的位置；Z_盔+盒：头盔+定盔盒重心在z方向的位置；F_x(盔+盒)：头盔+定盔盒第一次放置时第一力传感器读数；F_y(盔+盒)：头盔+定盔盒第二次放置时第一力传感器读数；F_z(盔+盒)：头盔+定盔盒第三次放置时第一力传感器读数；G_盔+盒：头盔+定盔盒重量。

头盔重心相对坐标原点O'的位置，计算公式如下：

其中，X_盔：头盔重心在x方向的位置；Y_盔：头盔重心在y方向的位置；Z_盔：头盔重心在z方向的位置；G_盔：头盔的重量G_盔＝G_盔+盒-G_盒。

S5)测量头盔前沿、头盔左侧边缘和盔顶顶部距坐标原点O'的距离L_前、L_左、L_顶；

S6)计算出头盔重心相对自身的位置H_X、H_Y、H_Z。

计算公式如下：

2)进行头盔转动惯量的测量，具体包括：

I)通过凸轮机构升起测量台架，使测量台架的蝶形板与第一至第三力传感器脱离接触，解锁锁定件，使扭摆台架自由转动；

II)将定盔盒分三次固定设置于扭摆台架上，第一次，定盔盒上的x轴与旋转轴平行，y、z轴与扭摆台架上的两滑槽平行，yz轴所在盒面中心位置与扭摆台架顶面的中心位置对齐；第二次，定盔盒上的y轴与旋转轴平行，x、z轴所在盒面中心位置与扭摆台架上的两滑槽平行，xz轴所在盒面中心位置与扭摆台架顶面的中心位置对齐；第三次，定盔盒上的z轴与旋转轴平行，x、y轴所在盒面中心位置与扭摆台架上的两滑槽平行，xy轴所在盒面中心位置与扭摆台架顶面的中心位置对齐；每次给扭摆台架初始角位移，使得扭摆台架作扭转自由振动；

III)分别记录步骤II)中振动频率传感器三次采集扭摆台架的振动频率，根据频率和周期关系，得到扭摆台架三次扭转自由振动的周期,根据转动惯量测量公式计算得到转动惯量J_x、J_y、J_z；

式中，K：扭转刚度，固定值为4.57N·m/deg；J_x为定盔盒以x轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J_y为定盔盒以y轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J_z为定盔盒以z轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；T_x(盒)为定盔盒以x轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的周期；T_y(盒)为定盔盒以y轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的周期；T_z(盒)为定盔盒以z轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的周期；

IV)将头盔放入定盔盒内，重复II)～III)，求出J_x`、J<sub>y</sub>`、J_z`；

式中，J_x`为放有头盔的定盔盒以x轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J<sub>y</sub>`为放有头盔定盔盒以y轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J_z`为放有头盔的定盔盒以z轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；T_x(盔+盒)为放有头盔的定盔盒以x轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的周期；T_y(盔+盒)为放有头盔的定盔盒以y轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的周期；T_z(盔+盒)为放有头盔的定盔盒以z轴与旋转轴平行的随扭摆台架扭转振动的周期；

V)由转动惯量的可加性，求出头盔相对于转动中心的转动惯量；

计算公式如下：

VI)求出头盔相对于自身重心的转动惯量；

自身重心与转动中心距离计算公式如下：

其中，X_盔：头盔重心在x方向的位置；Y_盔：头盔重心在y方向的位置；Z_盔：头盔重心在z方向的位置；d_x：旋转中心与坐标原点O'在x轴方向的距离；d_y：旋转中心与坐标原点O'在y轴方向的距离；d_z：旋转中心与坐标原点O'在z轴方向的距离；L：测力点距坐标原点O'的距离；

根据转动惯量平行移轴定理，则头盔绕自身重心的转动惯量公式如下：

即：

式中，J_x``：头盔在x方向上绕自身重心的转动惯量；J<sub>y</sub>``：头盔在y方向上绕自身重心的转动惯量；J_z``：头盔在z方向上绕自身重心的转动惯量；m为头盔的质量。

10.如权利要求9所述的测试方法，其特征在于，步骤III)还包括：将定盔盒放置在V型块上，调节V型块在扭摆台架上的固定位置，分别将定盔盒上的x、y轴所在平面、y、z轴所在平面、z、x轴所在平面立起，并与旋转轴重合；每次给扭摆台架初始角位移，使得扭摆台架作扭转自由振动；分别记录振动频率传感器三次采集扭摆台架的振动频率，得到扭摆台架三次扭转自由振动的周期，然后，计算得到转动惯量J_xy、J_yz、J_zx；

式中，J_xy为定盔盒以xy轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J_yz为定盔盒以yz轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J_zx为定盔盒以zx轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；T_xy(盒)为定盔盒以xy轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的周期；T_yz(盒)为定盔盒以yz轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的周期；T_zx(盒)为定盔盒以zx轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的周期；

步骤IV)还包括将放有头盔的定盔盒放置在V型块上，调节V型块在扭摆台架上的固定位置，分别将放有头盔的定盔盒上的x、y轴所在平面、y、z轴所在平面、z、x轴所在平面立起，并与旋转轴重合；每次给扭摆台架初始角位移，使得扭摆台架作扭转自由振动；分别记录振动频率传感器三次采集扭摆台架的振动频率，得到扭摆台架三次扭转自由振动的周期，然后，计算得到转动惯量J_xy`、J<sub>yz</sub>`、J_zx`

J_xy`为放有头盔的定盔盒以xy轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J<sub>yz</sub>`为放有头盔的定盔盒以yz轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；J_zx`为放有头盔的定盔盒以zx轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的转动惯量；T_xy(盔+盒)为放有头盔的定盔盒以xy轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的周期；T_yz(盔+盒)为放有头盔的定盔盒以yz轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的周期；T_zx(盔+盒)为放有头盔的定盔盒以zx轴所在平面与旋转轴重合的随扭摆台架扭转振动的周期。

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