CN113710998A - 用于在碰撞测试期间检测力的具有螺旋芯结构的光纤系统 - Google Patents
用于在碰撞测试期间检测力的具有螺旋芯结构的光纤系统 Download PDFInfo
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Abstract
公开了一种用于拟人测试设备的身体部分的光纤系统，该光纤系统包括至少一个身体部分和至少一根光纤，该光纤具有多个彼此间隔开且呈螺旋关系的芯，该芯在光纤的端部之间延伸，以便感测至少一个身体部分的方位。每个芯具有沿着其长度布置的多个光栅传感器，该光栅传感器能够确定身体部分的方位和取向。
Description
相关申请
本申请要求于2019年2月20日提交的美国临时专利申请第62/808,039号的优先权，该申请通过引用并入本文。
技术领域
本发明总体涉及用于在使用拟人测试设备的碰撞测试期间检测力的系统，并且更具体地，涉及用于拟人测试设备的身体部分的光纤系统。
背景技术
汽车、航空和其他交通工具制造商进行各种碰撞测试以测量碰撞对交通工具及其乘员的影响。通过碰撞测试，交通工具制造商获得可用于改进交通工具的有价值信息。
碰撞测试通常涉及拟人测试设备(ATD)的使用，通常被称为“撞车测试假人”。ATD由相互连接以模拟人体的多个身体部分形成。每个身体部分包括旨在代表人体关节连接的许多离散部件。换句话说，许多身体部分能够以不同的方式在多个方向上移动、扭曲和弯曲。在碰撞测试期间，ATD被置于交通工具内部并且交通工具经历模拟碰撞(台车测试)或物理碰撞。碰撞将ATD暴露在高惯性载荷下，并且ATD内部的传感器(例如加速度计、应变仪和其他传感器)产生与载荷相应的数据的电信号。电缆将这些数据的电信号传输到数据采集系统(DAS)用于后续处理。该数据揭示了关于碰撞对拟人测试设备的影响的信息，并且能够与相似碰撞可能对人类乘员的影响相关联。
ATD在撞车测试期间的移动和变形在过去也已经使用高速摄像机来视觉监测。然而，由于ATD周围结构的构造、其他假人的存在或安全气囊的膨胀，因此一些测试无法以这种方式来监测。此外，ATD的各个身体部分的定位或形状可能难以估计，例如肢体和内脏。由于使用高杨氏模量感测元件难以测量低杨氏模量材料的应变，所以使用传统的应变仪来监测模拟的软器官特别困难。
为了开发ATD的骨骼结构、器官或肉体，有必要创建或形成形状和材料以调整各种可能的刚度，人体在不同部位或部件中可能具有这些刚度。为了调整这些部件，只能通过改变身体部分或ATD的几何形状或者使用不同的材料，并尽可能接近材料刚度要求来调整。这些系统设置起来非常耗时且仅在受力时代表人体的某些方面。
ATD高度可调以允许许多不同的配置。因此，难以将ATD重新定位到精确的相同方位和取向以用于后续测试。摄像机可被用于重新对齐ATD，但方位和取向是否相同的确定性较低，尤其是对于内部身体部分，例如器官或骨骼以及被其他安装硬件遮挡的身体部分。如果ATD的方位和取向不同于后续测试中ATD的方位和取向，则结果可能会不同。
发明内容
因此，本发明提供一种用于在碰撞测试期间检测力的系统。该系统包括多个部件和至少一根光纤，该多个部件形成交通工具、测试台和/或拟人测试设备中至少一个的一部分，该至少一根光纤由多个部件中至少一个部件支撑并与多个部件中的至少一个部件接触，光纤沿着纤轴线在第一端和第二端之间延伸。光纤具有在第一端和第二端之间延伸的多个芯并且每个芯具有一体地内接在其中的多个光栅传感器，其中传感器沿着第一端和第二端之间的长度间隔开。发射器与光纤通信以通过光纤的多个芯发射由传感器反射的具有预定波长波段的光，并且询问器与光纤通信以检测来自多个光栅传感器的反射光，使得反射光的变化指示光纤上的应变。多个芯进一步被限定为沿着相应长度具有至少一个位置，在该位置，多个芯沿着纤轴线围绕彼此螺旋盘绕。
本发明还提供另一种用于在碰撞测试期间检测力的系统。该系统包括形成拟人测试设备和模拟人体中至少一部分的多个身体部分，其中至少一根第一光纤由身体部分中的至少一个支撑。第一光纤在第一端和第二端之间延伸并且具有在第一端和第二端之间延伸的多个芯。每个芯具有一体地内接在其中的多个光栅传感器，其中传感器沿着第一端和第二端之间的长度间隔开。该系统还包括多个部件，该多个部件形成交通工具和/或测试台中至少一个的一部分，其中至少一根第二光纤由多个部件中的至少一个部件支撑。第二光纤在第一端和第二端之间延伸并且包括在第一端和第二端之间延伸的多个芯。每个芯具有一体地内接在其中的多个光栅传感器，其中传感器沿着第一端和第二端之间的长度间隔开。发射器与第一光纤和第二光纤通信，以用于通过第一光纤和第二光纤的多个芯发射由传感器反射的具有预定波长波段的光。询问器与第一和第二光纤通信，以用于检测来自多个光栅传感器的经反射的光，使得反射光的变化指示光纤上的应变。第一和第二光纤中的至少一根的多个芯进一步被限定为沿着相应长度具有至少一个位置，在该位置，多个芯沿着纤轴线围绕彼此螺旋盘绕。
本发明还提供一种拟人测试设备，其包括模拟人体中至少一部分的身体部分中的至少一个和由至少一个身体部分支撑的至少一根光纤，光纤在第一端和第二端之间延伸。光纤具有在第一和第二端之间延伸的多个芯并且每个芯具有沿着其中长度一体地内接在其中的多个光栅传感器，传感器沿着第一端和第二端之间的长度间隔开。多个芯进一步被限定为沿着相应长度具有至少一个位置，在该位置，多个芯沿着纤轴线围绕彼此螺旋盘绕。
本发明的一个优点是为拟人测试设备的身体部分提供了一种新的光纤系统。光纤系统利用遍布ATD的特定身体部分而定位的多芯光纤。光纤还很小并且重量轻，从而可最小化对测试的干扰。光纤通常由非常稳定并提供可重复测试结果的石英基纤维形成。使用光纤作为感测元件还具有使电子器件远离感测位置的优点。另一个优点是光纤对环境中的电磁噪声不敏感。
本主题发明允许ATD被用于除撞车或碰撞测试之外的测试中，包括坠落、跳伞、航天器发射等，这些测试需要测试和后续测试之前身体部分的精确定位以确保测试的可重复性和测试结果的准确性。精确定位由多个芯协助，该精确定位为各种身体部分提供额外的定位数据。多个芯还提高了光纤和系统作为一个整体的灵敏度。并排放置的多个芯可被用于弯曲测量，并且螺旋间隔的芯可被用于检测旋转方向。光纤的中性轴中的中心芯可被用于测量或补偿总应变或温度。本主题发明的光纤可被用于测量ATD的身体部分的大位移和/或相关速度或加速度的应变。使用根据本主题发明的光纤测量位移、变形、形状或方位的一种可能方式是通过将光纤的区段固定到参考材料并使用杠杆引起局部扭转，从而增强光纤该区段中的扭转效果。
该新光纤系统的一个优点是它测量骨骼结构、器官和肉体的应力、应变和变形，以便ATD形成部件，该部件在结构、材料和形状上都能够同时变化。本发明的又一个优点是，由于多芯光纤带来的结构应变、应力和形状的更好测量，现在和将来使用的ATD的生物保真度得到改善。本发明的另一个优点是光纤系统准许更好的交通工具约束评估以预测可能的伤害。现有的测量系统依赖于放置在ATD内的各个载荷传感器(load cell)且ATD的金属结构抑制了使用此类载荷传感器来测量的能力。光纤测量系统可以被传送通过当前载荷传感器无法放置的区域。此外，光纤能够穿线经过金属结构以提供作用在期望身体部分上的力的完整分析。其他现有系统依赖于摄像机在离散冲击点拍摄的图像，这需要大量计算和外推来确定力。本主题发明克服了这些不准确性并提供实时测量。
在结合附图阅读随后的描述之后，本发明的其他特征和优点在变得更好理解的同时将容易被领会。
附图说明
图1A是根据本发明的光纤系统的一个实施例的透视图，该光纤系统具有形成拟人测试(ATD)设备的多个身体部分，其中多根光纤被支撑在身体部分上。
图1B是用于经历碰撞测试的与交通工具中ATD处于操作关系的光纤系统的侧视图。
图2是用于本主题发明的光纤系统的光纤的局部剖切透视图。
图3是根据本主题发明的一个实施例的与控制箱通信的光纤的示意图。
图4是根据本主题发明的一个实施例的光纤的示意图。
图5是根据本主题发明的光纤的一个实施例的透视图。
图6A和图6B是用于本主题发明的光纤的另一实施例的端视图。
图7是用于本主题发明的具有杠杆的光纤的又一实施例的局部横截面透视图。
图8是用于本主题发明的具有杠杆的光纤的实施例的侧视图。
图9是用于本主题发明的形成杠杆的光纤的另一实施例的侧视图。
图10是用于本主题发明的具有接合光纤的质量块的杠杆的侧视图。
图11是用于本主题发明的形成杠杆并具有附接的质量块的光纤的一个实施例的侧视图。
图12是光纤的另一实施例的侧视图。
图13-图17是拟人测试设备的身体部分的侧视图，该拟人测试设备经历的变形或通过旋转的变化是本主题发明可检测的。
图18是根据本发明的光纤系统的另一实施例的透视图。
具体实施方式
参照附图，并且特别是图1A，示出了根据本发明的光纤系统100的一个实施例，该光纤系统100与大体指示于102处的拟人测试设备(ATD)处于操作关系。图1B示出了交通工具中用于经历碰撞测试的光纤系统100。系统100包括形成拟人测试设备102的多个身体部分并且模拟人体中的至少一部分。身体部分能够关节连接以模拟人体的移动。根据本发明，光纤系统100包括在第一端126和第二端128之间延伸的至少一根光纤122。光纤122由ATD或交通工具中的至少一个支撑并与ATD或交通工具中的至少一个接触。
在图1A所示的示例中，拟人测试设备102是百分之五十(50％)男性类型并且被示出为处于坐姿。应当理解，光纤系统100可以与所有类型的ATD 102一起使用。系统100可被用于感测身体部分的形状或方位，使得方位可以被维持或精确地重新对齐，以用于后续测试。
在一个实施例中，系统100主要但不限于用于为经受冲击或碰撞的座椅乘员测试内饰和系统的性能。在另一实施例中，光纤系统100可被用于测试多个部件，该多个部件形成交通工具和测试台中至少一个的一部分。这还可以包括专门测试汽车内饰的性能和成人前后座乘员的约束系统的性能。就汽车内饰部件而言，这可以包括座椅、约束装置、控制台、驾驶杆、方向盘或任何受到冲击的内部部件。可以被测试的其他交通工具包括但不限于飞机和相关的内部部件，其可以包括座椅、约束装置、壳体、头衬、座椅托盘和类似物。
ATD 102的尺寸和重量基于人体测量学研究，通常这些研究分别由以下组织进行：密歇根大学交通研究所(UMTRI)、美国军事人体测量学调查(ANSUR)以及美国民用和欧洲表面人体测量学资源(CESAR)。应当理解，运动范围、重心和分段质量模拟由人体测量数据限定的那些人类对象。ATD 102还可被用于在各种测试台上直接测试模拟人体上的冲击力，例如颈部扭曲固定装置、胸部冲击固定装置和类似物。相似地，光纤122可以由此类测试台支撑并与此类测试台接触以测试此类测试台上的冲击。
返回参照ATD 102，身体部分通常包括刚性身体部分和柔性身体部分。ATD 102的刚性身体部分意在模仿和/或模拟人体的刚性身体部分，例如骨骼。柔性身体部分意在模仿和/或模拟人体的柔性身体部分，例如肉体、肌肉、组织、器官和类似物。ATD 102组合刚性和柔性身体部分，以更准确地表示人体。例如，手臂组件包括对应于骨骼的刚性身体部分和对应于肉体、肌肉和组织的柔性身体部分。关于柔性身体部分，应当理解，各种材料(例如氨基甲酸乙酯或塑料)可被用于形成柔性身体部分，以改进与拟人测试设备的刚性身体部分的耦接。
如图1A和图1B大体所示，ATD 102包括头部组件104、左右手臂组件106、左右大腿组件108、左右小腿组件110、胸腔组件112和骨盆组件114。仪器仪表芯可被安装在各种身体部分内并且可以是可拆卸的以接入身体部分。应当理解，左右组件通常以相似的方式构造。本领域的普通技术人员应当理解，形成ATD 102的各个部件是众所周知的并且可以基于特定的ATD 102而变化而不偏离本主题发明。
图1A还示出了颈部组件116，该颈部组件116将头部组件104连接到胸腔组件112。胸腔组件112还包括脊柱组件118，脊柱组件118具有安装到头部组件104的上端和延伸到ATD 102的躯干区域中的下端。胸腔组件112还包括连接到脊柱组件118的肋骨架组件120。在图1A中，一根光纤122’被布置在头部组件104中(或者嵌入或者表面安装)，并且另一根光纤122”被缠绕在肋骨124周围。然而，肋骨124也能够作为独立的身体部分被测试以确定对各种冲击的响应。光纤122”直接接触肋骨124以感测肋骨124上的应变。另一根光纤122”’被布置在手臂组件106中，并且又一根光纤122””被布置在小腿组件110中。应当理解，光纤可以全部具有相同的配置，或者每个可以不同，同时仍然实践本主题发明。此外，光纤122可以是遍布整个ATD 102的一根连续纤，即使它被示为分立纤。光纤122可直接安装到身体部分的表面或嵌入身体部分内。应当理解，可以用粘合剂、胶水、胶带或类似物来实现安装。应当理解，可以通过各种方法(例如通过围绕光纤模制或浇铸身体部分)来实现光纤的嵌入。身体部分也可以围绕光纤被3D打印，或反之亦然。
参照图2，光纤122具有多个芯130，即在第一端126和第二端128之间延伸的多个芯130。光纤122还限定纵向延伸的纤轴线132。多个芯130可包括沿纤轴线放置的一个芯(例如中央芯)以及与中央芯间隔开的其他芯(例如卫星芯)。可替代地，多个芯130可以仅包括卫星芯。多个芯130彼此间隔开并且呈螺旋关系，使得多个芯130沿着各自长度的至少一个位置沿着纤轴线132围绕彼此螺旋盘绕。芯130的螺旋关系可以位于遍布光纤122的不同位置或可以遍布延伸，即多个芯130在第一端126和第二端128之间连续地螺旋盘绕。
涂层材料136围绕包层材料134以向芯130和包层材料134提供强度。优选地，尽管不是必需的，但强度构件140和外护套142也可以围绕涂层材料136以向光纤122提供额外的强度。然而，应当理解，各个层可以取决于多个芯130的配置。
图3示出了与芯130之一通信的系统100的示意图。每个芯130具有沿着其长度布置的多个光栅传感器144，使得系统100能够确定身体部分的方位和取向。本领域普通技术人员应当理解，光栅传感器144通常是芯130的折射率中的纵向变化。光栅传感器144的数量可以基于特定的身体部分来选择。例如，光纤122可以具有布置在端部之间的7到25个传感器144。其他实施例可以具有多达100个传感器144。传感器144可以位于关节附近，例如肘关节、髋关节、肩关节、膝关节或踝关节。对于某些身体部分，传感器144可以沿着光纤122并围绕身体部分彼此等距布置。对于其他身体部分，传感器144可以彼此更接近地放置。多个光栅传感器144可被放置在多个芯130围绕彼此螺旋盘绕的位置。此外，每个芯130的多个光栅传感器144可以彼此共面，其中多个芯130围绕彼此螺旋盘绕。光栅传感器144的间距确定将由光栅传感器144反射的特定波长。众所周知，每个光栅传感器144具有自己的周期，从而具有自己独特的反射波长，使得可以通过检测到的反射区分每个传感器。
系统100包括与光纤122通信的询问器146和与光纤122通信的发射器148，该发射器148用于通过光纤122发射由传感器144反射的具有预定波长波段的光。询问器146和发射器148在该波段中发出不同波长的光，以使该光覆盖很宽的光谱。光通过光纤122传播，在某个点被传感器144反射并返回询问器146。传感器144具有不同的周期，因此可以区分不同传感器的信号。从传感器144返回的光信号可以推导出实际应变，进而推导出身体部分上的应力。应变的检测可以由光纤布拉格光栅(FBG)、布里渊散射、瑞利散射、干涉仪或本领域技术人员已知的任何其他光学技术提供。尽管光栅传感器144被描述为与光纤122一体形成，但本领域普通技术人员应理解，光时域反射计(OTDR)可以与布里渊或瑞利散射一起使用，通过使用脉冲时间来确定应变的位置以实现本主题发明。
本主题发明可以将询问器146和发射器148封装在控制箱内(图1和图2中于150处大体示出)。控制箱150还可以容纳控制器152。在2019年1月24日提交的共同未决申请PCT/US19/14878中公开了合适的控制箱150、发射器148和询问器146，该申请通过引用并入本文。作为一个示例，发射器148发射具有从50纳米到450纳米的预定波段波长的光。在一个实施例中，波长波段可以在1510-1595纳米的范围内。在另一实施例中，波长波段可以在1275-1345纳米的范围内。在又一实施例中，波长波段可以在780-850纳米的范围内。波长波段也可以适用于红色二极管激光器。应当理解，这些波长波段是示例性的并且不旨在限制本主题发明。
控制箱150被耦接到光纤122，并且来自发射器148的光被传感器144反射。经反射的光可被用于确定由光纤122经受的力(例如应变)并最终确定身体部分的变形量。换句话说，当光纤122在初始状态下被置于身体部分上时，传感器144反射特定图案的光。当力被施加到身体部分时，光纤122受到应力或应变，这致使传感器144经历变化，例如通过膨胀或收缩。膨胀或收缩传感器144改变经反射的光图案。作为一个示例，经反射的光图案的变化被检测，然后将其与已知变化比较以确定身体部分的移动量或变形量。施加的力可以使身体部分和/或光纤122变形。这些力还可以包括环境内的变化，例如温度或压力，这可致使光纤122的变化足以更改经反射的光图案。然而，在碰撞测试中，本主题发明在非常短的时间跨度内(即在冲击模拟中)经历显著变形。变形致使光纤122上的显著应变，导致区域被拉伸并且其他区域被压缩。此外，系统100经历反复变形。
参照图4，示出了光纤122和传感器144之一的另一示意图，如本领域普通技术人员所理解的，由光纤布拉格光栅反射的光被引导到芯130。传感器144具有长度L并且光具有波长l。芯130具有为特定应用选择的折射率nc。光纤领域的普通技术人员熟知使用波长l、长度L和折射率nc关联来自传感器144的经反射的光。光纤122可以具有从30微米到1000微米的直径。在一个实施例中，光纤122具有从100微米到300微米的直径。每个芯130可以具有相同的直径或不同的直径。在系统100的一个实施例中，每个所述芯130具有从2微米到900微米的直径。在另一实施例中，每个芯具有2-300微米的直径。可替代地，芯130的直径通常小于30微米，并且尤其是5-20微米。一根优选的光纤122具有直径约8微米的芯130。包层材料134通常约为75-200微米，并且尤其是100-150微米。在另一实施例中，光纤122具有从100微米到200微米的直径。光纤122的尺寸可被设定为用于特定的身体部分。光纤122的一种常见直径约为75-150微米。
本主题发明提供的光纤122能够实时跟踪ATD 102的精确形状、方位和移动。图5是图2所示光纤122的芯130和包层材料134的透视图。两个芯130沿着光纤122的主轴线132螺旋扭曲。通过将两根具有单芯的光纤扭曲并将它们彼此附接(即作为一束并置光纤)可以获得相似的效果。当光纤122受到扭转T时，如果扭转被施加在与原始扭转相同的方向上，则芯130将经受拉伸应变，并且如果扭转被施加在与原始扭转相反的方向上，则芯130将经受压缩应变。通过测量各个芯中的应变，可以测量光纤系统100的扭转。在该实施例中，扭转量能够被确定，但扭转方向未知。
参照图6A，光纤122的另一个实施例的横截面视图被示出为具有五个芯130。光纤122具有沿着轴线132位于中央的一个芯131并且具有较大的直径，并且其他芯130围绕中心芯131放置。中心芯131的使用被期望为允许光纤122的中性轴线132中的应变测量。逆时针扭转Tccw被施加到光纤122并且中心芯131允许扭转方向被确定。图6B示出了施加到光纤122的顺时针扭转Tcw。
图7是光纤122的透视图，该光纤122具有附接到光纤122的杠杆154，该杠杆154可以被用于将位移转换为扭转T。图8示出了被固定到参考材料156(例如ATD 102的身体部分之一)的光纤122。光纤122在点158处被固定到参考材料156并且杠杆154从光纤122延伸，使得可以在两个点158之间创建扭转应变的集中。杠杆154的端部处的位移在芯130上施加力以扭曲或扭开。本主题发明允许沿着这些点的传感器144检测由力引起的应变。本领域的普通技术人员可以使用传递函数将应变测量值转换为杠杆154的位移。
图9示出了光纤122的另一实施例，该光纤122具有用作杠杆154的环160。光纤122被固定在点158处，例如通过粘合剂材料162以保持环160闭合。环160可以与之前相似地被固定到参考材料156。环160的移动在光纤122上引起扭转应变，如上文所讨论的，该扭转应变可以被光学地检测。图10是根据本主题发明的光纤的又一实施例，该光纤可被用于检测速度或加速度，速度或加速度可被转换为扭转。光纤被固定在点158处并且杠杆154从光纤122延伸。质量块164被附加到杠杆154，使得参考材料156相对于惯性质量块164的位移变化可以被转换为扭转。图11示出了具有附加到环160的质量块164以用于确定扭转的替代实施例。使用光纤122同时作为传感器和弹簧的优点是制造简单，以及利用石英作为材料的高稳定性带来的收益。
参考图12，示出了光纤122的一个实施例的侧视图。光纤122具有传感器144，该传感器144作为写入不同芯130中的光纤布拉格光栅(FBG)。每个芯13的传感器144被示为彼此共面。
图13-图17示出了用于确定ATD 102中关节的方位和移动的本主题发明的实施例。应当理解，使用单根或多根光纤122以链接所有感测点，本主题发明可被用于监测ATD中存在的任何关节。此外，一次以上的旋转或扭转附加可被用于单个关节。
在特定示例中，可以通过将基板和杠杆附接到关节的不同部分来监测手臂和腿的弯曲和旋转。在图13中，示出了ATD 102的侧透视图，其中手臂组件106处于起始方位A。随着ATD 102受到力或被加速，手臂组件106在至少一个平面中移动到围绕肩关节170的方位B。本主题发明能够感测手臂组件106围绕肩关节170的精确方位，包括旋转。参照图14，手臂组件106在与方位C不同的平面中围绕肩关节170移动。图15是ATD 102的侧透视图，其示出了手臂组件106处于起始方位D，并且随着ATD 102受到力或被加速，手臂组件106移动到围绕肘关节172的方位E。本主题发明能够感测手臂组件106围绕肘关节172的精确方位，包括旋转。
参考图16，大腿组件108和小腿组件110被示出为处于起始方位F并且小腿组件被移动到方位G。本主题发明的光纤系统100能够检测围绕膝关节174的旋转。图17示出了小腿组件110，该小腿组件110具有围绕踝关节176枢转的脚178。
本主题发明允许从来自不同芯130的差分应变测量中提取形状信息。在一个实施例中，光纤122具有延伸通过ATD 102的身体部分的长度。优选地，该长度足够一根光纤122可以延伸通过头部、颈部、手臂、胸腔、骨盆以及大腿组件和小腿组件。可替代地，每个身体部分能够接收其自己的光纤122。例如，形状感测可以被用于检测每个肢体、头部、身体或器官相对于脊柱或相对于周围环境的方位，其中周围环境可以是车或座位。本主题发明能够在非常短的时间跨度内(即在冲击模拟中)经历显著变形。变形致使光纤122上的应变，导致区域被拉伸并且其他区域被压缩。此外，系统100经历反复变形。
感测系统100可被附接到ATD 102的部分，例如颈部、脊柱、关节、内脏、骨骼、肋骨或任何部分。返回参照图1A，光纤122被置于遍布的不同部分以通过感测不同部分(例如躯干、肢体和头部)来监测其形状。因此，本主题发明允许在对ATD 102进行测试或任何移动之前精确定位身体部分。一旦身体部分的起始方位和取向已知，则身体部分可被重新定位在相同的方位和取向以便后续测试。本主题发明还允许在测试之前、测试期间和测试之后检测关节(例如肘部、膝盖或颈部)的弯曲。在测试之前和后续测试中将身体部分重复置于正确或相同方位的能力是重要的，并且本发明将显著地协助该操作。
参照图1B，第二光纤123被布置在内部部件(例如仪表板121)中。图18示出了另一实施例，其用于测试具有两个ATD 102的飞机内饰，两个ATD 102与图1B所示的相同。每个ATD 102具有遍布身体部分延伸的第一光纤122、122’、122”。第二光纤123延伸通过座椅靠背133和小桌板135。第一光纤122、122’、122”和第二光纤123中的每一个包括纤芯130，该纤芯130具有如上所讨论的光栅传感器144。
已经以说明性方式描述了本发明。应当理解，已经被使用的术语旨在描述性词语的性质而不是限制性的。
根据以上教导，本发明的许多修改和变化是可能的。因此，可以以不同于具体描述的方式来实践本发明。
Claims (29)
1.一种用于在碰撞测试期间检测力的系统，所述系统包括：
多个部件，其形成交通工具、测试台和/或拟人测试设备中至少一个的一部分；
至少一根光纤，其由所述部件中至少一个支撑并与所述部件中至少一个接触，其中所述光纤沿着纤轴线在第一端和第二端之间延伸；
所述光纤具有在所述第一端和所述第二端之间延伸的多个芯，每个所述芯具有一体地内接在其中的多个光栅传感器，所述传感器沿着所述第一端和所述第二端之间的长度间隔开；
发射器，其与所述光纤通信，用于通过所述光纤的所述多个芯发射由所述传感器反射的具有预定波长波段的光；以及
询问器，其与所述光纤通信，用于检测来自所述多个光栅传感器的所述经反射的光，使得所述经反射的光的变化指示所述光纤上的应变；
其中所述多个芯进一步被限定为沿着所述相应长度具有至少一个位置，在所述位置，所述多个芯沿着所述纤轴线围绕彼此螺旋盘绕。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个芯在所述第一端和所述第二端之间连续地螺旋盘绕。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个光栅传感器位于所述多个芯围绕彼此螺旋盘绕的位置。
4.根据权利要求3所述的系统，其中每个所述芯的所述多个光栅传感器彼此共面，其中所述多个芯围绕彼此螺旋盘绕。
5.根据权利要求3所述的系统，其中所述多个芯包括至少三个芯。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述芯中的一个沿着所述纤轴线放置以检测施加到所述光纤的扭转方向，其中所述其他芯围绕所述轴线螺旋盘绕。
7.根据权利要求3所述的系统，还包括杠杆，所述杠杆在所述至少一个位置处从所述光纤延伸以将位移转换为所述光纤的扭转。
8.根据权利要求3所述的系统，其中所述光纤在与所述至少一个位置相邻的多个点处被固定到所述部件，并且还包括从所述固定点之间的所述光纤延伸的杠杆。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述杠杆进一步被限定为所述光纤的环以检测所述光纤上的扭转应变。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述杠杆还包括由所述杠杆支撑的质量块。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个光栅传感器进一步被限定为光纤布拉格光栅传感器。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个芯被进一步限定为彼此间隔开。
13.一种用于在碰撞测试期间检测力的系统，所述系统包括：
多个身体部分，其形成拟人测试设备并模拟人体的至少一部分；
至少一根第一光纤，其由所述身体部分中的至少一个支撑，所述第一光纤沿着纤轴线在第一端和第二端之间延伸，所述第一光纤包括在所述第一端和所述第二端之间延伸的多个芯，每个所述芯具有一体地内接在其中的多个光栅传感器，所述传感器沿着所述第一端和所述第二端之间的长度间隔开；
多个部件，其形成交通工具和/或测试台中至少一个的一部分；
至少一根第二光纤，其由所述部件中的至少一个支撑，所述第二光纤沿着纤轴线在第一端和第二端之间延伸，所述第二光纤包括在所述第一端和所述第二端之间延伸的多个芯并且每个所述芯具有一体地内接在其中的多个光栅传感器，所述传感器沿着所述第一端和所述第二端之间的长度间隔开；
发射器，其与所述第一光纤和所述第二光纤通信，以便通过所述第一光纤和第二光纤的所述多个芯发射由所述传感器反射的具有预定波长波段的光；以及
询问器，其与所述第一光纤和所述第二光纤通信，以便检测来自所述多个光栅传感器的所述经反射的光，使得所述经反射的光的变化指示所述光纤上的应变；
其中所述第一光纤和所述第二光纤中的至少一个的所述多个芯进一步被限定为沿着所述相应长度具有至少一个位置，在所述位置，所述多个芯沿着所述纤轴线围绕彼此螺旋盘绕。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述多个芯在所述第一端和所述第二端之间连续地螺旋盘绕。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述多个光栅传感器位于所述多个芯围绕彼此螺旋盘绕的位置。
16.根据权利要求15所述的系统，其中每个所述芯的所述多个光栅传感器彼此共面，其中所述多个芯围绕彼此螺旋盘绕。
17.一种拟人测试设备，其包括：
身体部分中的至少一个，其模拟人体中的至少一部分；
至少一根光纤，其由所述至少一个身体部分支撑，所述光纤沿着纤轴线在第一端和第二端之间延伸；以及
所述光纤具有在所述第一端和所述第二端之间延伸的多个芯，并且每个所述芯具有沿着其中的长度一体地内接在其中的多个光栅传感器，所述传感器沿着所述第一端和所述第二端之间的长度间隔开；
其中所述多个芯进一步被限定为沿着所述相应长度具有至少一个位置，在所述位置，所述多个芯沿着所述纤轴线围绕彼此螺旋盘绕。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述多个芯在所述第一端和所述第二端之间连续地螺旋盘绕。
19.根据权利要求17所述的设备，其中所述多个光栅传感器位于所述多个芯围绕彼此螺旋盘绕的位置。
20.根据权利要求19所述的设备，其中每个所述芯的所述多个光栅传感器彼此共面，其中所述多个芯围绕彼此螺旋盘绕。
21.根据权利要求19所述的设备，其中所述多个芯包括至少三个芯。
22.根据权利要求19所述的设备，其中所述芯中的一个沿着所述轴线放置以检测施加到所述光纤的扭转方向，其中所述其他芯围绕所述纤轴线螺旋盘绕。
23.根据权利要求19所述的设备，其中所述至少一根光纤还包括彼此相邻的并列光纤的纤束，每根所述并列光纤具有至少一个芯。
24.根据权利要求23所述的设备，其中所述并列光纤彼此附接。
25.根据权利要求19所述的设备，其中所述光纤被嵌入在所述身体部分内。
26.根据权利要求19所述的设备，其中所述光纤被表面安装到所述身体部分。
27.根据权利要求19所述的设备，其中所述芯中的至少一个具有与所述其他芯不同的直径。
28.根据权利要求19所述的设备，其中所述至少一个身体部分进一步被限定为头部组件、腿组件或肋骨中的一个。
29.根据权利要求19所述的设备，还包括杠杆，所述杠杆从所述光纤延伸以将位移转换为所述光纤的扭转。
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