CN207649870U - 一种新型安全帽质量检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种新型安全帽质量检测系统，包括主控制模块、压力信号采集及转换模块、A/D转换器、存储器及液晶显示屏，存储器和显示屏均与主控制模块相连，压力信号采集及转换模块通过A/D转换器与主控制模块相连，压力信号采集及转换模块采用压电式力传感器及电荷放大器，压电式力传感器的输出经电荷放大器与A/D转换器的输入端相连；该方案在安全帽的穿刺测试检测中，能够连续的采集安全帽所受压力数据，可实现快速、准确的检测判断，并以液晶屏直观的显示，检测结果稳定可靠、精度高，克服传统思维限制，具有广泛的推广及实用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及安全帽质量检测领域,具体涉及一种新型安全帽质量检测系统。
背景技术
国内现在生产销售的安全帽测试设备主要参考GB/T 2812－2006《安全帽测试方法》进行设计生产，目前，对安全帽穿刺的试验测试主要采用以下方式：(1)打开仪器电源开关，预热20分钟左右，用左手抬起重锤，右手将安全帽放在头模上并固定好；(2)点击下降按钮，电机反转，提升架由下而上运行，当达到下限位时，即与落锤完全接触时，提升架停止运行并吸住落锤；点击上升按钮，电机正转，提升架和重锤同步上升，当上升到1m左右高度时，提升架和落锤停止运行；(3)点击清除按钮，清除显示屏上的力值，点击释放按钮，落锤通过轨道迅速落下，砸在安全帽的上端，同时冲击力值显示最大值并锁存；(4)记录实验数据，一次试验完成。
上述方式只是通过采集最大值来判断安全帽的质量，不能完整的检测整个行程中的受力力值变化，例如，有可能采集的最大值确实没有超标，但是，由于整个受力变化波形上升或下降的太快，实际安全帽的质量是比较差的，这种情况下，仅通过检测最大值来判断安全帽的质量是不准确的，亟待提出一种方案，以实时、连续的采集安全帽整个受力过程中的压力变化，进而方便做出准确的检测分析。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术仅检测安全帽受力的最大值，没有检测连续力值变化，提出一种新型安全帽质量检测系统。
本实用新型是采用以下的技术方案实现的：一种新型安全帽质量检测系统，包括主控制模块、压力信号采集及转换模块、A/D转换器、存储器及液晶显示屏；存储器和显示屏均与主控制模块相连，压力信号采集及转换模块通过A/D转换器与主控制模块相连，所述压力信号采集及转换模块采用压电式力传感器及电荷放大器，压电式力传感器的输出经电荷放大器与A/D转换器的输入端相连。
进一步的，所述A/D转换器采用ADS1271，其与电荷放大器之间还连接有一前置处理电路，以对电荷放大器输出的电压信号进行预处理。
进一步的，所述前置处理电路采用运算放大器U14及其外围电路，运算放大器U14的同相输入端通过电阻R34及电容C66与电荷放大器的输出相连，运算放大器U14的反相输入端与输出端之间连接有电阻R32，且反相输入端通过电阻R33接地，运算放大器U14的输出端与A/D转换器ADS1271的管脚1相连。
进一步的，所述A/D转换器与主控制模块之间通过光电耦合器相连，以减小噪声对高精度A/D转换器的影响。
进一步的，所述安全帽质量检测系统还包括与主控制模块相连的报警器，以进行及时报警提示。
进一步的，所述主控制模块采用STM32F429IGT6处理器。
进一步的，所述存储器采用32M字节存储容量的W25Q256。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果在于：
本方案所提出的安全帽质量检测系统，通过对于安装在安全帽测试底座底部的压力传感器输出的变化的力值连续、实时采样和存储，通过对电路的结构进行设计，可以完成安全帽的穿刺实验的实时检测和处理，并执行相应的保护、报警、停机等操作，从而从贯穿整个穿刺全过程的角度，全面、准确、细致的检测判断安全帽是否合格，并以液晶显示屏直观的显示受力波形，具有较好的实用价值及推广意义。
附图说明
图1为本实用新型实施例所述检测系统原理框图；
图2为本实用新型实施例中主控制电路结构示意图；
图3为本实用新型实施例中前置处理电路及A/D转换器电路结构示意图。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1、本实施例提出一种新型安全帽质量检测系统，参考图1为其原理框图，包括主控制模块、压力信号采集及转换模块、A/D转换器、存储器及液晶显示屏，存储器及液晶显示屏均与主控制模块相连；压力信号采集及转换模块通过A/D转换器与主控制模块相连，压力信号采集及转换模块用以将安全帽穿刺试验过程中安全帽所受压力值快速、线性的转换成电压信号(比如，输入力值0-2000N对应输出电压0-10V)，A/D转换器快速的将该电压信号转换成主控制模块可以接收及处理的数字信号(比如，40ms采集转换1024个数据)。
主控制模块的电路结构示意图如图2所示，主要包括CPU及其外围电路、按键输入电路、继电器输出电路(即图1所示的输入/输出模块)，存储器电路等；在安全帽穿刺试验控制系统中，所述按键输入电路包括清零、吸和、释放等按键，工作时，先按清零键清除显示上次测量指示的最大值；吸和键是用于告知主控制模块要控制电磁铁通电吸住测试重锤；释放键是告知主控制器控制电磁铁断电释放重锤，电磁铁释放重锤后，重锤做自由落体砸在被测试的安全帽上。电磁铁的通电与否(通电即可吸住重锤，吸住重锤后断电即可释放重锤)是通过继电器输出电路来实现，继电器闭合电磁铁通电，继电器断开电磁铁断电，其中CPU采用的是ST公司的CORTEX-M4内核的高速浮点处理器STM32F429IGT6；存储器采用的是华邦公司SPI接口32M字节存储容量的W25Q256；图形的显示和人机交互部分采用的是7寸彩色的触摸液晶屏，直接显示采集力的波形和测试判断的结果，以完成测试流程。
本实施例中，所述压力信号采集及转换模块采用压电式力传感器及电荷放大器，压电式力传感器的输出经电荷放大器与A/D转换器的输入端相连，以实现对安全帽受力信号的快速、线性的转换，所述A/D转换器采用ADS1271，其与电荷放大器之间还连接有一前置处理电路，前置放大电路及A/D转换器电路结构示意图如图3所示，前置处理电路是把电荷放大器输出的电压信号进行预处理，将其幅值调整到A/D转换器可以接收的电压范围，从图3可以看出，前置处理电路采用运算放大器U14及其外围电路，运算放大器U14的同相输入端通过电阻R34及电容C66与电荷放大器的输出相连，运算放大器U14的反相输入端与输出端之间连接有电阻R32，且反相输入端通过电阻R33接地，运算放大器U14的输出端与A/D转换器ADS1271的管脚1相连；图3中，ADR03是一个高可靠性、高精度、超低温漂的电压参考，其恒定输出2.5V电压，为A/D转换器提供一个电压参考值，由于电荷放大器输出的电压信号范围是+/-10V(实际只是用到了0-10V)，本实施例采用运算放大器U14A及其外围电路组成将输入的+/-10V信号线性比例衰减4倍，调整到+/-2.5V，同时抬升2.5V的电压，变为0-5V，符合A/D转换器接收电压范围。A/D转换器与CPU之间通过SPI通信接口连接，为了减小CPU的高频噪声对高精度A/D转换器的影响，这里采用HCPL2631光电耦合器光电隔离CPU与A/D转换器之间的电气连接。另外，所述安全帽质量检测系统还包括与主控制模块相连的报警器，以根据判断结果输出相应的报警信息。
为了更清楚的理解本实用新型的实施过程，下面对其检测过程介绍如下：将需被检测的安全帽放置在头模上，压电式力传感器连接在头模的底端，当释放落锤后，落锤通过轨道迅速的下落砸到安全帽的上端，冲击力会经过安全帽和头模传递到最底端的压电式力传感器，由于安全帽的缓冲装置，落锤下落接触到安全帽上后会被弹起来，头模底部的压电式力传感器会检测到此过程受力值先增大再减小的过程，并经过电荷放大器转换成先增大再减小的电压信号，电荷放大器输出0-10V电压信号，对应于受力的0-20000N。主控制模块通过A/D转换器采集穿刺试验整个过程输出的电压值，采样速率设定为25.6KHZ，在40ms内采集1024个采样点，并存储在系统的存储器中，然后就可以安全帽的质量进行分析及判断，进而得到精确的检测结果。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种新型安全帽质量检测系统，其特征在于，包括主控制模块、压力信号采集及转换模块、A/D转换器、存储器及液晶显示屏；存储器和液晶显示屏均与主控制模块相连，压力信号采集及转换模块通过A/D转换器与主控制模块相连，所述压力信号采集及转换模块采用压电式力传感器及电荷放大器，压电式力传感器的输出经电荷放大器与A/D转换器的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的安全帽质量检测系统，其特征在于，所述A/D转换器采用ADS1271，其与电荷放大器之间还连接有一前置处理电路，以对电荷放大器输出的电压信号进行预处理。
3.根据权利要求2所述的安全帽质量检测系统，其特征在于，所述前置处理电路采用运算放大器U14及其外围电路，运算放大器U14的同相输入端通过电阻R34及电容C66与电荷放大器的输出相连，运算放大器U14的反相输入端与输出端之间连接有电阻R32，且反相输入端通过电阻R33接地，运算放大器U14的输出端与A/D转换器ADS1271的管脚1相连。
4.根据权利要求3所述的安全帽质量检测系统，其特征在于，所述A/D转换器与主控制模块之间通过光电耦合器相连。
5.根据权利要求4所述的安全帽质量检测系统，其特征在于，所述安全帽质量检测系统还包括与主控制模块相连的报警器。
6.根据权利要求5所述的安全帽质量检测系统，其特征在于，所述主控制模块采用STM32F429IGT6处理器。
7.根据权利要求6所述的安全帽质量检测系统，其特征在于，所述存储器采用32M字节存储容量的W25Q256。
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