CN204286830U - 一种基于仿真人的警用防护装备效能评测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于仿真人的警用防护装备效能评测系统，包括：仿真人，设置于所述仿真人上的传感器和警用防护装备，所述传感器通过信号通道与数据采集分析设备进行数据交互；所述仿真人一侧设有伤害源装置、另一侧设有高速摄像系统，所述伤害源装置和高速摄像系统均与电源模块连接；所述高速摄像系统包括互相连接的数字式高速彩色摄像机和笔记本电脑，所述笔记本电脑与数据采集分析设备连接。本实用新型的优越效果在于：采用仿真人模型应用至警用装备技术领域，将防护装备的防护效能予以量化；从仿真人力学指标的角度对人体的损伤与防护开展研究，弥补了生物试验的不足；对典型的警用防护装备进行效能评测。
Description
技术领域
本实用新型涉及警用装备技术领域，具体涉及一种基于仿真人的警用防护装备效能评测系统。
背景技术
警员在执行任务过程中，经常会遇到不可预知的风险，如炸弹、枪支、砍刀、棍棒等，因此需要穿着或佩戴专用的警用防护装备，如排爆服、防弹衣、防暴服、防暴盾牌等。为了保证警员的人身安全，在警用防护装备正式投入使用前，应当对其进行防护能力和安全性进行判定。但是，当前对警用防护装备防护性能的量化评价还有很多不足之处；需要一种准确可靠、客观标准的评价平台，实现对各种警用防护装备防护能力的定量化测试、差异性比较和安全性评估。
实用新型内容
为了克服现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种基于仿真人的警用防护装备效能评测系统。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种基于仿真人的警用防护装备效能评测系统，包括：仿真人，设置于所述仿真人上的传感器和警用防护装备，所述传感器通过信号通道与数据采集分析设备进行数据交互；所述仿真人一侧设有伤害源装置、另一侧设有高速摄像系统，所述伤害源装置和高速摄像系统均与电源模块连接；所述高速摄像系统包括互相连接的数字式高速彩色摄像机和笔记本电脑，所述笔记本电脑与数据采集分析设备连接。
所述的技术方案优选为，所述仿真人为能调整姿势测试的假人模型，且设置于所述仿真人上的传感器的数量为1-50个。每个传感器均通过信号通道与数据采集分析设备进行数据交换。
所述仿真人为一种能模拟真人身体的模型，具有“外部形态相似性、材料组织等效性、内部结构仿真性、力学指标可测性”的特性；能够用来进行身体姿势定位以代表警员实际作业姿态，能保持数据处理过程中的响应一致性，保证与伤害源装置的可度量性、能够实现试验的可重复性，从而进行有效地数据采集、精确分析警用防护装备和仿真人的损伤、模拟真人特性，准确稳定地对警用防护装备的防护能力进行评测。
所述的技术方案优选为，所述传感器安装在仿真人的头部、颈部、胸部、膝部和足部。
在所述仿真人上设置若干个传感器，如采用1-50个传感器。本实用新型主要检测仿真人的头部、颈部、胸部、足部、膝部位置的力学响应，测试上述部位的冲击力学响应，所选用的传感器有：用于测试头部力学响应的头部加速度单向传感器，用于测试颈部力学响应的颈部力三方向传感器以及颈部力矩三方向传感器，用于测试胸部力学响应的胸部加速度单向传感器、以及安装在胸骨处用于测试胸部位移的胸部位移传感器，膝部力三方向传感器以及膝部力矩三方向传感器，足部力三方向传感器以及足部力矩三方向传感器。
所述的技术方案优选为，所述仿真人的耳部和胸部设有外置传感器，以测定耳部和胸部的冲击波超压。
所述的技术方案优选为，所述外置传感器设置于自由场测试架上。
所述的技术方案优选为，所述数据采集分析设备为多通道型数据采集设备，包括1-30个传输量为1-500k的低速通道和1-20个传输量为1-5M的高速通道。所述低速通道用于采集仿真人的数据，所述高速通道用于测试爆炸冲击。
所述数字式高速彩色摄像机的主要技术指标如下：拍摄速度为全幅到1-10000帧每秒，曝光时间为0.01-100微秒；分幅设定能达到500000帧每秒；灵敏度为彩色1600ISO/ASA。
所述的技术方案优选为，所述数字式高速彩色摄像机设有若干镜头和辅助摄像光源设备。
所述的技术方案优选为，所述基于仿真人的警用防护装备效能评测系统还包括试验现场刻度标尺；所述试验现场刻度标尺与高速摄像系统结合使用，实现对爆炸前后仿真人、测试装备的位移、速度测定。
本实用新型所述伤害源装置为根据伤害来源模拟制作的简易伤害源，如爆炸试验采用标准制式球状TNT炸药。在试验过程中，伤害源装置与身着警用防护装备的仿真人的距离是从伤害源装置中心至仿真人躯干正中的测试距离。所述支架为用于固定仿真人的设备，所述支架设置于空旷场内。所述警用防护装备为通过测试合格的设备。
所述系统利用仿真人模拟真人穿着警用防护装备作业的各种姿势，通过仿真人身体里埋植的传感器，测试头部加速度、颈部力与力矩、胸部位移、胸部加速度、膝部及足部的位移、加速度等指标参数，计算人体受到的损伤程度，从而得出警用防护装备抵御和衰减伤害的能力，通过高速摄像系统监测仿真人在受到冲击后瞬间的运动状态和运动位移。
与现有技术相比，本实用新型的优越效果在于：采用仿真人模型应用至警用装备技术领域，将防护装备的防护效能予以量化；从仿真人力学指标的角度对人体的损伤与防护开展研究，弥补了生物试验的不足；对典型的警用防护装备进行效能评测；结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本实用新型基于仿真人的警用防护装备效能评测系统示意图；
图2为图1中效能评测系统现场布置局部示意图。
附图标识如下：
1-仿真人、11-传感器、12-警用防护装备、2-数据采集分析设备、3-伤害源装置、4-高速摄像系统、41-数字式高速彩色摄像机、42-笔记本电脑、5-电源模块、6-普通摄像机、7-自由场测试架。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本实用新型进行进一步详细说明。
如图1、2所示，本实用新型所述一种基于仿真人的警用防护装备效能评测系统，包括：仿真人1，设置于所述仿真人1上的传感器11和警用防护装备12，所述传感器11通过信号通道与数据采集分析设备2进行数据交互；所述仿真人1一侧设有伤害源装置3、另一侧设有高速摄像系统4，所述伤害源装置3和高速摄像系统4均与电源模块5连接；所述高速摄像系统4包括互相连接的数字式高速彩色摄像机41和笔记本电脑42，所述笔记本电脑42与数据采集分析设备2连接。
所述仿真人1为能调整姿势测试的假人模型，且设置于所述仿真人1上的传感器11的数量为1-50个。所述传感器11安装在仿真人1的头部、颈部、胸部、膝部和足部。
所述仿真人1的耳部和胸部设有外置传感器(图中未示)，以测定耳部和胸部的冲击波超压。所述外置传感器设置于自由场测试架7上，所述自由场测试架7设置于以仿真人1为中心、半径为50米的圆上，或根据测试情况自由设定自由场测试架7与仿真人1的距离。所述普通摄像机6用于拍摄现场实况景象。所述传感器11、数据采集分析设备2、电源模块5、数字式高速彩色摄像机41和笔记本电脑42均为现有技术。
所述数据采集分析设备2为多通道型数据采集设备，包括1-30个传输量为1-500k的低速通道和1-20个传输量为1-5M的高速通道。所述低速通道用于采集仿真人的数据，所述高速通道用于测试爆炸冲击。在测试过程中，将低速通道的采用频率设置为1-500k，低通滤波设置为1-3000hz，将高速通道的采用频率设置为1-5M，低通滤波设置为1-15000hz。
所述警用防护装备12选用排爆服；选取合格的排爆服作为评测对象，与无防护情况下的仿真人1力学响应进行对比，来评测排爆服的防护效果。爆炸试验的伤害源装置3选用标准制式TNT炸药，其密度为1.56g/cm3，采用8号雷管引爆TNT炸药。
本试验以仿真人1为载体，选取了仿真人1的头部、颈部、胸部部位的力学响应传感器，并在仿真人1的身体上加装了冲击波超压传感器(图中未示)。在试验过程中，采用绳子将500gTNT炸药悬空于离地1m的高度，炸药距离测试对象的距离为3m。根据试验的方便性与试验的连续性，将穿着排爆服的仿真人1置于场地中心，根据试验要求，调整传感器11的位置及爆心的位置。
根据爆炸实验所得的数据能判断排爆服的防护有效性，考核排爆服对爆炸冲击、力学冲击的衰减效果。在3m/500g试验工况下，穿着排爆服的仿真人1在爆炸冲击波的作用下受到了较大的冲击，仿真人1与排爆服向后产生了较大位移；通过试验现场刻度标尺(图中未示)来测定仿真人1的位移。试验测试结果如下：
(1)排爆服对冲击波衰减特性
在3m/500g试验工况下，使用排爆头盔前后所测得的头部超压分别为0.05894Mpa和0.01464Mpa，对比有无防护的情况看出，头盔对冲击波的衰减率为75.2％。在该工况下，冲击波产生的超压超过了人体耳部鼓膜的损伤阈值；如若不戴防爆头盔，则人的耳膜受损；佩戴头盔则有效保护了涉爆人员的耳部安全。
在3m/500g试验工况下，使用排爆服前后所测得的胸部超压分别为0.12310Mpa和0.05993Mpa，对比有无防护的情况看出，排爆服对冲击波的衰减率为51.3％。在该工况下，冲击波产生的超压已接近或超过人体的肺部损伤阈值，排爆服能够减弱冲击波，保证人员安全。
(2)排爆服对爆炸后冲击衰减效果
在3m/500g试验工况下，使用排爆头盔前后所测得的头部加速度峰值分别为43.04g和9.28g，对比有无防护的情况看出，头盔对爆炸后冲击的衰减率为78.4％。
在3m/500g试验工况下，使用排爆服套装前后所测试得到的颈部损伤敏感指标如下：
颈部剪力Fx：无防护，-278.66N/149.95N；有防护，-117.32N/144.13N；
颈部张力Fz：无防护，-219.03N/251.47N；有防护，-194.7N/146.82N；
颈部伸张力矩My：无防护，-7.65Nm/7.39Nm；有防护，-9.19Nm/6.97Nm。
由上述参数看出，使用排爆服能提高警员的操作安全性。在3m/500g试验工况下，使用排爆服前后所测得的胸部加速度峰值分别为36.26g和14.49g，对比有无防护的情况看出，排爆服对爆炸后冲击的衰减率为60％。
本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本实用新型的范围。
Claims (7)
1.一种基于仿真人的警用防护装备效能评测系统，其特征在于，包括：仿真人，设置于所述仿真人上的传感器和警用防护装备，所述传感器通过信号通道与数据采集分析设备进行数据交互；所述仿真人一侧设有伤害源装置、另一侧设有高速摄像系统，所述伤害源装置和高速摄像系统均与电源模块连接；所述高速摄像系统包括互相连接的数字式高速彩色摄像机和笔记本电脑，所述笔记本电脑与数据采集分析设备连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于仿真人的警用防护装备效能评测系统，其特征在于，所述仿真人为能调整姿势测试的假人模型，且设置于所述仿真人上的传感器的数量为1-50个。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于仿真人的警用防护装备效能评测系统，其特征在于，所述传感器安装在仿真人的头部、颈部、胸部、膝部和足部。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于仿真人的警用防护装备效能评测系统，其特征在于，所述仿真人的耳部和胸部设有外置传感器。
5.根据权利要求4所述的一种基于仿真人的警用防护装备效能评测系统，其特征在于，所述外置传感器设置于自由场测试架上。
6.根据权利要求1所述的一种基于仿真人的警用防护装备效能评测系统，其特征在于，所述数字式高速彩色摄像机设有若干镜头和辅助摄像光源设备。
7.根据权利要求1所述的一种基于仿真人的警用防护装备效能评测系统，其特征在于，所述基于仿真人的警用防护装备效能评测系统还包括试验现场刻度标尺。
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