一种智能防护服的测试方法及其测试系统与流程

1.本发明涉及防护服测试领域，特别涉及一种智能防护服的测试方法及其测试系统。


背景技术：

2.随着社会的快速发展，我国的建筑行业也随之发展，高空建筑的施工量也越来越大。
3.建筑施工现场环境复杂，项目工期紧，交叉作业多，现场管理难度大，安全事故时有发生。在所有的安全事故中，高处坠落事故占据总量第一，从2015年至2019年各年占比分别为53.17％、52.52％、47.83％、52.20％、53.69％。
4.为了能在高坠事故发生时给予伤者多一份保护，目前高空建筑公司研发出了多种智能防护服，用于保护高空施工的工作人员，预将高坠事故的致残、致死率降到最低，但是智能防护服的保护程度有限，在不同高度下对于防护服的气囊厚度、所用材料等有不同的要求，因此有必要提供一种智能防护服的测试方法及其测试系统，用于检测智能防护服的保护性能和有效的保护范围，在不同高度的情况下对智能防护服进行有效的改进，充分发挥智能防护服的性能，提高对高空施工人员的保护力。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
6.一种智能防护服的测试方法，包括高坠防护测试和囊袋抗冲击测试；
7.所述高坠防护测试方法为准备若干穿有智能防护服的模拟假人，将模拟假人分别从实验平台的不同高度扔下，随后记录所述模拟假人的具体受损情况，根据受损情况判断不同高度时智能防护服的保护性能；
8.所述囊袋抗冲击测试方法为分为对照组和实验组两部分，将对照组和实验组的模拟假人表面均安装高精度压力传感器，并将智能防护服穿在实验组的模拟假人上，将重物从不同高度推下砸向对照组和实验组的模拟假人，重复三次实验并收集数据，实验结束后根据高精度压力传感器测得的数据判断囊袋的抗冲击性能。
9.进一步地，重复三次实验时，每次测试重物与模拟假人的接触面积分别为1/3半身面积、2/3半身面积和全半身面积。
10.进一步地，所述模拟假人采用硅胶假人或沙袋假人，所述模拟假人的质量为50
‑
90kg，且所述模拟假人设置虚拟关节，所述虚拟关节的密度、高度同标准人体数值。
11.进一步地，所述智能防护服的防护位置包括颈椎、脊柱、腰椎、胸部、腹部和内脏。
12.进一步地，所述一级测试高度的高度范围为2
‑
5米，所述二级测试高度的高度范围为5
‑
10米，所述三级测试高度的高度范围为10
‑
12米，所述四级测试高度的高度范围为12
‑
15米。
13.进一步地，所述高精度压力传感器安装于模拟假人的头、颈椎、脊椎、胸部、腹部的
对应位置，所述高精度压力传感器的分布间隔为10cm*10cm，且所述高精度压力传感器选择dh5983便携式动态信号测试分析压力传感器系统、dh8302动态信号测试分析压力传感器系统、dhi205表面应变计、pvdc压电薄膜中的一种或多种组合。
14.一种智能防护服测试系统，包括高坠防护测试系统和囊袋抗冲击测试系统；
15.所述高坠防护测试系统包括模拟假人高坠测试模块和第一数据记录模块，所述模拟假人高坠测试模块用于对模拟假人在穿有智能防护服的情况下从不同高度坠下的受损情况进行测试，所述第一数据记录模块用于记录所述模拟假人高坠测试模块所得的受损情况数据；
16.所述囊袋抗冲击测试系统包括对照组模拟假人囊袋抗冲击测试模块、实验组模拟假人囊袋抗冲击测试模块、第二数据记录模块和囊袋抗冲击智能计算模块，所述对照组模拟假人囊袋抗冲击测试模块用于获得在无防护状态下模拟假人在被砸时所受冲击力代销，所述实验组模拟假人囊袋抗冲击测试模块用于获得模拟假人在穿有智能防护服状态下在被砸时所受的冲击力大小，所述第二数据记录模块用于记录所述对照组模拟假人囊袋抗冲击测试模块和所述实验组模拟假人囊袋抗冲击测试模块获得的模拟假人所受的冲击力大小，所述囊袋抗冲击智能计算模块用于计算处理所述第二数据记录模块存储记录的数据。
17.进一步地，所述第二数据记录模块包括高精度压力传感器模块和数据存储模块，所述高精度压力传感器模块用于测量模拟假人所受冲击力的大小，所述数据存储模块用于记录存储高精度压力传感器模块测得的冲击力数据。
18.本发明的有益效果在于：
19.本发明提供的一种智能防护服的测试方法及其测试系统通过等效替换的原理，将智能防护服的保护使用者的抗摔效果等效替换为智能防护服对使用者的抗冲击能力，并通过囊袋抗冲击测试对防护服的保护效果进行鉴别，可以准确的得出智能防护服在使用者从不同高度坠时的保护效果，使智能防护服更有效的对使用者进行保护，配合高坠防护测试，将模拟假人分别从实验平台的不同高度扔下根据，模拟假人的受损情况判断不同高度时智能防护服的保护性能，二中测试结合更加充分得到智能防护服能有效保护使用者的具体高度，进而提高智能防护服的被动防护效果。
附图说明
20.图1为本发明一种智能防护服测试系统示意图。
21.图2为本发明一种智能防护服的测试方法及其测试系统模拟假人上的高精度压力传感器分布示意图。
22.图3为本发明一种智能防护服的测试方法及其测试系统模拟假人正面高精度压力传感器分布示意图。
23.图4为本发明一种智能防护服的测试方法及其测试系统模拟假人背面高精度压力传感器分布示意图。
24.图5为本发明一种智能防护服的测试方法及其测试系统升降测试平台示意图。
25.图6为图5的剖面示意图。
26.图7为图6的部分放大图。
27.其中，图中：
[0028]1‑
模拟假人；2
‑
高精度压力传感器；3
‑
架体；4
‑
工作平台；5
‑
顶部；6
‑
提升电机；7
‑
滑轮；8
‑
滑槽。
具体实施方式
[0029]
下面将结合本发明实施例中的附图1
‑
7，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]
实施例
[0031]
结合图1
‑
7本实施例提供了一种智能防护服的测试方法，包括高坠防护测试和囊袋抗冲击测试；
[0032]
在进行实验测试之前，务必做到高坠范围半径5米处设置警戒带，严禁任何人进入警戒线，每隔10米设专人看守，保证测试的安全性。
[0033]
所述高坠防护测试方法为准备若干穿有智能防护服的模拟假人，将模拟假人分别从实验平台的不同高度扔下，随后记录所述模拟假人的具体受损情况，根据受损情况判断不同高度时智能防护服的保护性能，得到智能防护服能有效保护使用者的具体高度。
[0034]
所述囊袋抗冲击测试原理如下：
[0035]
设质量为m的物体，从某高处自由坠落，此过程不计空气阻力，重力加速度g＝9.8m/s2。
[0036]
以坠落的物体为研究对象，第一种情况假人未穿防护服，规定由地面向上为正方向，选择假人的上部为零势面，冲击发生时，假人为静止状态，冲击发生后，坠落物体没有破碎，此时坠落物体作自由落体运动，根据机械能守恒定律可知：
[0037][0038]
则坠落物下落末始速度v1为：
[0039][0040]
与假人接触碰撞过程，假设坠落物冲击假人上部时平均作用时间为t(即坠落物体与假人接触的时间),对假人的平均冲击力为f，根据牛顿第三定律可知：作用在坠落物体上的平均冲击力与作用在假人的平均冲击力是一对相互作用力，即力的大小相等，方向相反。冲击作用完成后坠落物的末速度v2＝0m/s。在冲击过程中，根据动量定理可知：
[0041][0042]
由于t1＝0s、t2＝ts、v2＝0m/s，则有：
[0043][0044]
将代入上式可得：
[0045][0046]
式中：h为坠落高度；f为假人上部的平均冲击力；t为坠落物体与假人上部的作用时间；m为坠落物体的质量；g＝9.8m/s2为重力加速度。
[0047]
当坠落物体与假人碰撞时发生破坏，第一种情况假人穿防护服，则坠落物体在碰撞前所具有的机械能不能全部转化为假人的变形能，即假人身上穿防护服且在物体坠落瞬间展开，即e≠u
d
(u
d
为假人的变形能)，机械能一部分转变为假人的变形能u
d
，另一部分转变为物体破坏的动能即符合能量守恒定律
[0048]
符合公式的前提条件是坠落物体与假人撞击后不发生破碎的情况下所得到的，此过程中物体下落的机械能全部转化为假人的变形能，即e＝u
d
；当物体发生破损后，e≥u
d
[0049]
根据
[0050]
当e越大时，坠落的高度越高，也就说同一物体坠落打击形成相同的损坏，若物体破碎，其坠落高度要大于没有破碎的情况，所以对以上坠落高度的推导公式进行修正：
[0051][0052]
▽
h为坠落物与防护气囊接触后缓冲高度值(由物体坠落的形态及坠落后的运动状态决定，做实验估测)。
[0053]
从能量的角度考虑，冲击韧度a
k
表示气囊囊袋的吸收和缓冲能量，
[0054][0055]
式中：a
k
为冲击韧度；e为物体具有的机械能；s为高坠后的接触面积。
[0056]
由上面公式可知：
[0057]
冲击韧度与坠落物具有的机械能e成正比，与接触面积s成反比，因此通过囊袋抗冲击测试来分析智能防护服的保护效果。
[0058]
所述囊袋抗冲击测试将模拟假人分为对照组和实验组两部分；所述对照组和所述实验组的在不同高度下的囊袋抗冲击测试分别进行；所述模拟假人采用硅胶假人或沙袋假人，所述模拟假人的质量为50
‑
90kg，且所述模拟假人设置虚拟关节，所述虚拟关节的密度、高度同标准人体数值。
[0059]
将对照组和实验组的模拟假人均分为a、b、c、d四组，所述对照组和所述实验组的模拟假人表面均安装有若干高精度压力传感器，如图2
‑
4，所述高精度压力传感器安装于模拟假人的头、颈椎、脊椎、胸部、腹部的对应位置，实现对模拟假人全方位的所受压力的监测；所述高精度压力传感器的分布间隔为10cm*10cm，可以更准确更均匀的测量模拟假人所受的冲击力；且所述高精度压力传感器选择dh5983便携式动态信号测试分析压力传感器系统、dh8302动态信号测试分析压力传感器系统、dhi205表面应变计和pvdc压电薄膜中的一
种，其中dh5983便携式动态信号测试分析压力传感器系统，可随时随地进行实验、检测、分析，其结构简单方便携带，利用usb3.0与计算机通讯，单台仪器可以实现32个通道的动态应力应变信号并行同步测试和分析；dh8302动态信号测试分析压力传感器系统采用千兆以太网通讯，通道功能灵活且易用，具有完美的综合指标，最高连续采样频率1mhz，采用9英寸标准机箱结构，利用干兆以太网交换机扩展，单台计算机可以实现无限多通道的压力信号并行同步测试和分析；dhi205表面应变计输出灵敏度极高、线性好、稳定性好、构造简单、安装使用方便；pvdc压电薄膜是一种有机高分子聚合物的压电力传感器，其电容稳定、压电常数易于测试、量程广、频响范围大的优点而被广泛应用于工程结构瞬态抗冲击测试中。
[0060]
将智能防护服根据款式不同分为a
‑
1、b
‑
1、c
‑
1、d
‑
1四种；将对照组的a、b、c、d四组模拟假人置于重物高坠半径范围内，依次将重物从一级测试高度、二级测试高度、三级测试高度、和四级测试高度推下，重复三次并并收集数据；将实验组a、b、c、d四组模拟假人置于重物高坠半径范围内，并分别给a、b、c、d四组模拟假人依次穿上a
‑
1、b
‑
1、c
‑
1、d
‑
1四种智能防护服，所述智能防护服的防护位置包括颈椎、脊柱、腰椎、胸部、腹部和内脏，将重物依次从一级测试高度、二级测试高度、三级测试高度、和四级测试高度推下，重复三次实验并收集数据，且进行三次重复实验时重物与模拟假人的接触面积分为1/3半身面积、2/3半身面积和全半身面积，所述1/3半身面积、2/3半身面积和全半身面积的具体接触面积分别为0.3m2、0.6m2、0.9m2，实验结束后根据高精度压力传感器测得的模拟假人所受冲击力大小的数据判断囊袋的抗冲击性能，并根据实际情况判定智能防护服对假人的防护效果，必要时对智能防护服做出改进以便使用。
[0061]
如图5
‑
7，本实施例中利用升降测试平台来实现不同测试高度的调整，所述测试升降平台包括架体3、工作平台4、顶部5、提升电机6和滑轮7，所述架体3为内部中空的拼接式架构，所述工作平台4滑动连接于所述架体3内部，所述滑轮7安装于所述工作平台4外侧面，且所述架体3内部设置有与所述滑轮7对应的滑槽8，所述滑轮7滚动连接于所述滑槽8内，用于实现工作平台4平稳移动，所述提升电机6与所述工作平台4利用钢丝绳连接，用于工作平台的升降；本实施例中在所述架体3的外侧面设置有加固网状结构，用于加固升降测试平台。
[0062]
所述囊袋冲击测试中一级测试高度的高度范围为2
‑
5米，所述二级测试高度的高度范围为5
‑
10米，所述三级测试高度的高度范围为10
‑
12米，所述四级测试高度的高度范围为12
‑
15米。
[0063]
如图1，本发明提供一种智能防护服测试系统，包括高坠防护测试系统和囊袋抗冲击测试系统；
[0064]
所述高坠防护测试系统包括模拟假人高坠测试模块和第一数据记录模块，所述模拟假人高坠测试模块用于对模拟假人在穿有智能防护服的情况下从不同高度坠下的受损情况进行测试，所述第一数据记录模块用于记录所述模拟假人高坠测试模块所得的受损情况数据；进而得到智能防护服有效保护的具体高度范围；
[0065]
所述囊袋抗冲击测试系统用于对囊袋的抗冲击缓冲能力进行测试，包括对照组模拟假人囊袋抗冲击测试模块、实验组模拟假人囊袋抗冲击测试模块、第二数据记录模块和囊袋抗冲击智能计算模块，所述对照组模拟假人囊袋抗冲击测试模块用于获得在无防护状态下模拟假人在被砸时所受冲击力大小，并与实验组形成对照，获得不穿智能防护服的模
拟假人的抗冲击能力；所述实验组模拟假人囊袋抗冲击测试模块用于获得模拟假人在穿有智能防护服状态下在被砸时所受的冲击力大小，并与对照组所得进行对比，所述第二数据记录模块用于记录所述对照组模拟假人囊袋抗冲击测试模块和所述实验组模拟假人囊袋抗冲击测试模块获得的模拟假人所受的冲击力大小，所述第二数据记录模块包括高精度压力传感器模块和数据存储模块，所述高精度压力传感器模块用于测量所述模拟假人所受冲击力的大小，所述数据存储模块用于记录存储所述高精度压力传感器模块测得的冲击力数据，所述囊袋抗冲击智能计算模块用于计算所述数据存储模块内的数据，并分析智能防护服的抗冲击能力，进而评判智能防护服的保护效果。
[0066]
本发明所述的一种智能防护服的测试方法及其测试系统通过等效替换的原理，将智能防护服的保护使用者的抗摔效果等效替换为智能防护服对使用者的抗冲击能力，并通过囊袋抗冲击测试对防护服的保护效果进行鉴别，可以准确的得出智能防护服在使用者从不同高度坠时的保护效果，使智能防护服更有效的对使用者进行保护，配合高坠防护测试，将模拟假人分别从实验平台的不同高度扔下根据，模拟假人的受损情况判断不同高度时智能防护服的保护性能，二中测试结合更加充分得到智能防护服能有效保护使用者的具体高度，进而提高智能防护服的被动防护效果。
[0067]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对上述实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。