CN115494317B - 一种防电弧用品的假人测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防电弧用品的假人测试系统，包括人体检测模型，以及设置在人体检测模型上的若干个传感器，人体检测模型内设置有用于收纳设置电气元件或/和线路的空腔，人体检测模型上还设置有若干个与空腔连通的嵌设孔，嵌设孔内设置有传感器；人体检测模型驱动设置在动力机构上；且传感器采用的是用于探测电弧入射能量的传感器；传感器模拟人体皮肤设置在人体检测模型上。本发明提供了一种防电弧用品的假人测试系统及其测试方法，能够同步测试多种防护产品，且测试贴合实际应用，检测结果与实际应用有效结合。

Description

一种防电弧用品的假人测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种电弧防护测试领域，具体涉及一种防电弧用品的假人测试系统及其测试方法。

背景技术

电弧，是一种气体放电现象，指身体靠近高压电，但未接触，藉由身体的感应作为桥梁形成的跳电，它最高可产生摄氏294度的高温，大概是太阳表面温度的四倍，电弧发生时，巨大的能量在极短的时间内释放，能够引起激烈的气爆及电烧伤。防电弧产品，能在一定程度上防止电弧对人体伤害的防护类用品，包含服装、头盔、面罩等护具，具有阻燃、隔热、抗静电的功能。目前我国关于电弧防护用品颁布了《DL/T320-2010个人电弧防护用品通用技术要求》，对电弧防护用品的分类包含了电弧防护服、电弧防护面罩、电弧防护头盔、电弧防护手套以及电弧防护鞋罩。对于检测性能要求，提出了材料的电弧防护性能值（ATPV）以及材料破裂阈值（Ebt），其中ATPV用来反映防护材料电弧防护性能，指的是当外界入射能量小于该值时，防护产品能有效阻隔和减少的能量避免造成人体二级及以上烧伤。Ebt指的是入射到面料的能量不会造成面料的破损。

目前中国国内还没有针对于防电弧产品的测试系统，无法对放电弧产品的性能指标进行评价，为开展各类电弧防护用品的防护性能测评以及影响因素研究，同时缩短新材料与装备的研究周期，提高研究水平，促进个体防护装备的发展。为此，我们提出一种防电弧服假人测试系统。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种防电弧用品的假人测试系统及其测试方法，能够同步测试多种防护产品，且测试贴合实际应用，检测结果与实际应用有效结合。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种防电弧用品的假人测试系统，包括人体检测模型，以及设置在人体检测模型上的若干个传感器，人体检测模型内设置有用于收纳设置电气元件或/和线路的空腔，人体检测模型上还设置有若干个与空腔连通的嵌设孔，嵌设孔内设置有传感器；人体检测模型驱动设置在动力机构上；且传感器采用的是用于探测电弧入射能量的传感器；传感器模拟人体皮肤设置在人体检测模型上。

本发明一个较佳实施例中，传感器包括热量传感器，热量传感器的检测端与外部对应且不凸出于人体检测模型的皮肤表面。

本发明一个较佳实施例中，人体检测模型包括假人躯干模型，假人躯干模型的下部设置有用于支撑假人躯干模型的假人腿部模型，假人躯干模型上还设置有假人头模，以及位于假人躯干两侧的假人手臂模型。

本发明一个较佳实施例中，假人头模内还设置有呼吸装置；或/和，所述假人头模内设置的呼吸装置包括设置在假人中并通过假人口鼻与外部连接的人工肺、呼吸器、以及罩设在口鼻上的面罩和设置在连接管路中的安装热电偶装置；或/和，传感器采用铜盘量热计，铜盘量热计包括前端铜片，前端铜片的背部电连接接有热电偶丝，通过热电偶丝的温差感应进行测量。

具体的，呼吸装置用于模拟人工肺，并在连接管路中安装热电偶装置，用于测量吸入的空气温度，在电弧放电过程中，由于周围均为高温气体，如果大量吸入将导致气管和肺部烫伤，所以设置温度监控装置，用于监测吸入的电弧放电温度是否有烫伤风险。

本发明一个较佳实施例中，所述假人头模、假人手臂模型均通过驱动机构与假人躯干模型驱动连接，且假人头模和假人手臂模型能相对假人躯干模型位移转动，假人腿部模型通过连接装置与假人躯干模型连接；且假人腿部模型的下部还设置在另一动力机构上。进一步的，各模型部件底部均设置有一个带螺纹的凸出结构，可通过带螺纹的凸出结构实现结构部件之间的螺纹连接。

本发明一个较佳实施例中，动力机构包括：电机、支架、竖向导轨、丝杆螺母、竖向滑块、水平导轨、模型固定板、转向定位销、水平滑块、竖向移动固定板、传动丝杆。动力机构的支架上设有竖向导轨，竖向导轨上设置有竖向滑块；传动丝杆固定在支架上，传动丝杆上旋接设置有丝杆螺母；竖向移动固定板设置在竖向滑块上，竖向移动固定板的背部与丝杆螺母与连接；电机与传动丝杆连接驱动连接。且竖向移动固定板上还设置有水平导轨，所述水平导轨上还驱动设置有模型固定板，所述模型固定板上设置有转向定位销，所述转向定位销与假人腿部模型驱动连接。

具体的，电机固定于支架底部，并与传动丝杆连接，电机启动带动传动丝杆转动，从而实现丝杆螺母上下移动，并带动竖向移动固定板上下移动；水平导轨固定于竖向移动固定板之上，导轨上置水平滑块；模型固定板固定在水平滑块之上，可实现模型固定板前后移动；人体检测模型固定在模型固定板上，模型底部固定转向定位销实现模型的转向定位功能。

优选地，假人头模包括正面假人头模和背面假人头模；假人手臂模型包括假人左手模型和假人右手模型；假人腿部模型包括假人左腿模型和右腿模型；假人躯干模型包括组合安装的假人胸部模型和假人背部模型。嵌设孔数量分别为8个安装于正面假人头模和背面假人头模，分别为额头上1个、眼睛上2个、口部1个、耳朵上2个、后脑上2个；通孔数量分别为10个安装于假人左手模型和假人右手模型中的右手掌上1个、左手掌上1个、左臂上4个、右臂上4个；通孔数量分别为16个，安装于假人胸部模型以及假人背部模型分别为8个；通孔数量分别为16个，安装于假人左腿模型、假人右腿模型分别为8个；完整的假人模型共计可安装54个嵌设孔。

本发明一个较佳实施例中，还包括相互电连接的控制装置、数据采集装置、人机交互、PC端；数据采集装置的输入端与人体检测模型上的传感器电连接，数据采集装置的输出端与人机交互装置的输入端电连接；的PC端与人机交互装置通讯连接。

本发明一个较佳实施例中，正面假人头模的眼部设置有热辐射通量传感器和照度计；照度计采用的参数范围在0-20流明。

本发明一个较佳实施例中，防电弧用品的假人测试系统的测试方法，包括以下步骤：

步骤S1，将待检测产品设置在人体检测模型上，并位于人体检测模型上的传感器外部；

步骤S2，将人体检测模型设置于检测环境中，调整人体检测模型的姿态、模拟人体呼吸状态；

步骤S3，设置检测环境的测试参数；

步骤S4，通过与人体检测模型上的传感器连接的；获取人体检测模型上的传感器检测的数据；

步骤S5，通过调节假人模型的高度，获取和电弧放电电极所需的位置，当电弧放电的时候，采集传感器的热辐射通量数值，获取所需要的电弧防护性能值ATPV，ATPV的计算方式如下，全程采用高速采集卡采集，采样频率不低于10HZ，通过测试软件进行计算，并得到ATPV测试结果。

在测试完成后，通过观察人体检测模型上待检测产品的损伤，是否存在破洞，以此确定破裂阈值。具体的，在测试完成后，通过观察人体检测模型上待检测产品的损伤，是否存在破洞，以此确定破裂阈值。通讯连接的PC端读取、存储和分析多个热量传感器的热辐射通量数值，并计算出二级烧伤数值。

本发明一个较佳实施例中，通过正面假人头模的眼部设置的热辐射通量传感器和照度计，用于测量护目镜装置的防护性能，并通过通讯连接的PC端控读取、存储和分析照度计的流明数值，根据人眼可承受的流明最大约2000流明，用于评价护目镜对于人体眼睛的防护性能。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明的有益效果：

本发明提供一种防电弧用品的假人测试系统，能够同步测试多种防护产品，且测试贴合实际应用，检测结果与实际应用有效结合。

1、通过假人头模、假人躯干模型、假人手臂模型、假人腿部模型，达到可以通过不同的模型或者模型组合，适应于不同的防电弧用品如电弧防护服、电弧防护面罩、电弧防护头盔、电弧防护手套以及电弧防护鞋罩，既可以进行独立的防护用具测试，也可以进行整体防电弧产品的完整防护性能的测试，操作方便，成本低廉。空腔的结构可以将电气元件均收纳在内，不会在假人表面有线路，较为容易维护。

2、传感器通过嵌设孔与假人表面平齐，可以更好的模拟人体皮肤，接收到电弧的热辐射信号。通过PC端进行热辐射通量数据的读取、存储以及分析，采样频率定为20HZ，可以迅速的读取信号，并计算出二级烧伤的时间参数。

3、通过控制模型的上升及下降，以及旋转，可使得传感器的位置均满足电弧电极的距离，使本发明的假人测试系统及其方法得到更真实的测试数据。

4、通过替换双眼部位的热辐射通量传感器，安装照度计，照度计范围在0-20流明，可用于测量护目镜装置的防护性能，并通过通讯连接的PC端控读取、存储和分析照度计的流明数值，用于评价护目镜对于人体眼睛的防护性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明优选实施例的防电弧用品的假人测试系统的结构示意图一（正面）；

图2是本发明优选实施例的防电弧用品的假人测试系统的结构示意图二（背面）；

图3是本发明优选实施例中动力机构的结构示意图；

图4是本发明优选实施例中获取所需要的电弧防护性能值ATPV时与斯托尔曲线相比的热通量的图表示意图；

其中，1-电机、2-支架、3-竖向导轨、4-丝杆螺母、5-竖向滑块、6-水平导轨、7-模型固定板、8-转向定位销、9-水平滑块、10-竖向移动固定板、11-传动丝杆；

210-正面假人头模、220-背面假人头模、310-假人左手模型、320-假人右手模型、410-假人胸部模型、420-假人背部模型、510-假人左腿模型、520-右腿模型、610-假人躯干模型。

具体实施方式

现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例一

如图1~图3所示，一种防电弧用品的假人测试系统，包括人体检测模型，以及设置在人体检测模型上的若干个传感器；还包括与传感器互联的数据采集装置，以及与数据采集装置互联的PC端；数据采集装置的输入端与人体检测模型上的传感器电连接，数据采集装置的输出端与PC端与人机交互装置通讯连接。

人体检测模型内设置有用于收纳设置电气元件或/和线路的空腔，人体检测模型上还设置有若干个与空腔连通的嵌设孔，嵌设孔内设置有传感器；人体检测模型驱动设置在动力机构上；且传感器采用的是用于探测电弧入射能量的传感器；传感器模拟人体皮肤设置在人体检测模型上。传感器包括热量传感器，热量传感器的检测端与外部对应且不凸出于人体检测模型的皮肤表面。传感器采用铜盘量热计，铜盘量热计包括前端铜片，前端铜片的背部焊接有热电偶丝，通过热电偶丝的温差感应进行测量。

人体检测模型包括假人躯干模型610，假人躯干模型610的下部设置有用于支撑假人躯干模型的假人腿部模型，假人躯干模型610上还设置有假人头模，以及位于假人躯干610两侧的假人手臂模型。假人头模包括正面假人头模210和背面假人头模220，以及将假人头模转动连接在假人躯干模型610上的动力机构；假人手臂模型包括假人左手模型310和假人右手模型320分别通过连接装置与假人躯干模型610连接；假人腿部模型包括假人左腿模型510和右腿模型520以及连接至假人躯干模型610的连接装置；假人躯干模型610包括组合安装的假人胸部模型410和假人背部模型420，以及转动躯干的动力机构。动力机构包括，电机1、支架2、竖向导轨3、丝杆螺母4、竖向滑块5、水平导轨6、模型固定板7、转向定位销8、水平滑块9、竖向移动固定板10、传动丝杆11；支架2设有竖向导轨3，竖向导轨3上设置有竖向滑块5；传动丝杆11固定在支架2上，传动丝杆11上旋接设置有丝杆螺母4；竖向移动固定板10设置在竖向滑块5上，竖向移动固定板10的背部与丝杆螺母4与连接；电机1与传动丝杆11连接驱动连接。具体的，电机1固定于支架2底部，并与传动丝杆11连接，电机1启动带动传动丝杆11转动，从而实现丝杆螺母4上下移动，并带动竖向移动固定板10上下移动；水平导轨6固定于竖向移动固定板10之上，导轨上置水平滑块9；模型固定板7固定在水平滑块9之上，可实现模型固定板7前后移动；正面假人头模210和背面假人头模220、假人左手模型310和假人右手模型320、假人胸部模型410和假人背部模型420、假人左腿模型510和右腿模型520固定在模型固定板7上，模型底部固定转向定位销8实现模型的转向定位功能。

假人头模内还设置有呼吸装置。进一步的，假人头模内设置的呼吸装置包括设置在假人中并通过假人口鼻与外部连接的人工肺、呼吸器、以及罩设在口鼻上的面罩。具体的，呼吸装置用于模拟人工肺，并在连接管路中安装热电偶装置，用于测量吸入的空气温度，在电弧放电过程中，由于周围均为高温气体，如果大量吸入将导致气管和肺部烫伤，所以设置温度监控装置，用于监测吸入的电弧放电温度是否有烫伤风险。

更进一步的，假人头模采用模具整体浇注成型，表面过渡平滑，无凹凸不平，表面无喷漆，保证密封性好。采用的人工肺技术参数:呼吸次数(10~60)次/min，可任意设置，精度≤+1次/min；呼吸气量(0~150)L/min，可任意设置，精度≤±5%；呼吸气量精度≤+5%；呼吸频率精度≤+1次/min。人工肺压力传感器量程：微压传感器量程-1500Pa~1500Pa，压力测试精度≤±1%；中压传感器量程0~3.5MPa，压力测试精度≤+1%；高压传感器量程0~35MPa，压力测试精度≤+1%；高压总管3根采用不锈钢高压总管，放置在机箱内部，确保使用更安全，耐受压力不低于咨询45MPa。人工肺还配制有风箱，风箱采用夹布橡胶通过模具压制成型，最小厚度不小于2.5毫米，不易变形，确保密封性和测试精度。面罩泄漏检测在25秒后，面罩内压力不高于-700Pa。人工肺还配置梅思安、法国芳齐、斯博瑞安等国内外品牌呼吸器的检测转换接头。测试过程中空气呼吸器综合检测仪测试项目要求:整机气密性能检测、外观检测、减压器输出压力及输出压力变化、面罩泄漏、静态压力检测、供气阀开启压力，呼气阀开启阻力。

优选地，嵌设孔数量分别为8个安装于正面假人头模210和背面假人头模220，分别为额头1个、眼睛2个、口部1个、耳朵2个、后脑2个；通孔数量分别为10个安装于假人左手模型310和假人右手模型320中的右手掌1个、左手掌1个、左臂4个、右臂4个；通孔数量分别为16个，安装于假人胸部模型410以及假人背部模型分别为8个；通孔数量分别为16个，安装于假人左腿模型510、假人右腿模型520分别为8个；完整的假人模型共计可安装54个嵌设孔。

实施例二

在实施例一的基础上，正面假人头模210的眼部设置有热辐射通量传感器和照度计；照度计采用的参数范围在0-20流明。

实施例三

在实施例一或实施例二的技术上，如图1、图2所示，一种防电弧用品的假人测试系统，包括人体检测模型，以及设置在人体检测模型上的若干个传感器；还包括相互电连接的控制装置、数据采集装置、人机交互、PC端；数据采集装置的输入端与人体检测模型上的传感器电连接，数据采集装置的输出端与人机交互装置的输入端电连接；PC端与人机交互装置通讯连接。

实施例四

在实施例一或三的基础上，防电弧用品的假人测试系统的测试方法，包括以下步骤：

步骤S1，将待检测产品设置在人体检测模型上，并位于人体检测模型上的传感器外部；

步骤S2，将人体检测模型设置于检测环境中，调整人体检测模型的姿态、模拟人体呼吸状态；

步骤S3，设置检测环境的测试参数，对人体检测模型进行测试模拟。进一步的，温度25度±2度，湿度65度±2度，对人体检测模型进行测试模拟。

步骤S4，通过与人体检测模型上的传感器连接的；获取人体检测模型上的传感器检测的数据；

步骤S5，通过调节假人模型的高度，获取和电弧放电电极所需的位置，当电弧放电的时候，采集传感器的热辐射通量数值，获取所需要的电弧防护性能值ATPV，在测试完成后，通过观察人体检测模型上待检测产品的损伤，测量其破裂阈值。具体的，通讯连接的PC端读取、存储和分析多个热量传感器的热辐射通量数值，并计算出二级烧伤数值。通过测试软件进行计算，并得出ATPV测试结果；如图4所示。ATPV：依据斯托尔曲线，入射到材料上、有50%的可能性使足够的热量穿透试样引起二度烧伤的能量值。单位为cal/cm²。EBT：入射到材料上有50%的可能性造成材料破裂的能量值。破裂阈能的单位为cal/cm²。

实施例五

在实施例二或三的基础上，防电弧用品的假人测试系统的测试方法，包括以下步骤：

步骤S1，将待检测产品设置在人体检测模型上，并位于人体检测模型上的传感器外部；

步骤S2，将人体检测模型设置于检测环境中，调整人体检测模型的姿态、模拟人体呼吸状态；

步骤S3，设置检测环境的测试参数，对人体检测模型进行测试模拟。进一步的，温度25度±2度，湿度65度±2度，对人体检测模型进行测试模拟。

步骤S4，通过与人体检测模型上的传感器连接的；获取人体检测模型上的传感器检测的数据；

步骤S5，通过调节假人模型的高度，获取和电弧放电电极所需的位置，当电弧放电的时候，采集传感器的热辐射通量数值，获取所需要的电弧防护性能值ATPV，在测试完成后，通过观察人体检测模型上待检测产品的损伤，测量其破裂阈值。具体的，通讯连接的PC端读取、存储和分析多个热量传感器的热辐射通量数值，并计算出二级烧伤数值。

通过正面假人头模210的眼部设置的热辐射通量传感器和照度计，用于测量护目镜装置的防护性能，并通过通讯连接的PC端控读取、存储和分析照度计的流明数值，用于评价护目镜对于人体眼睛的防护性能。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (7)

1.一种防电弧用品的假人测试系统，包括人体检测模型，以及设置在人体检测模型上的若干个传感器，其特征在于：所述人体检测模型内设置有用于收纳设置电气元件或/和线路的空腔，所述人体检测模型上还设置有若干个与所述空腔连通的嵌设孔，所述嵌设孔内设置有所述传感器；所述人体检测模型驱动设置在动力机构上；且所述传感器采用的是用于探测电弧入射能量的传感器；所述传感器模拟人体皮肤敷设在人体检测模型的表面；

所述传感器包括热量传感器，所述热量传感器的检测端与外部对应且不凸出于所述人体检测模型的皮肤表面；

所述人体检测模型包括假人躯干模型（610），所述假人躯干模型（610）的下部设置有用于支撑所述假人躯干模型的假人腿部模型，所述假人躯干模型（610）上还设置有假人头模，以及位于所述假人躯干模型（610）两侧的假人手臂模型；

所述假人头模内还设置有呼吸装置；

所述假人头模内设置的呼吸装置包括设置在假人中并通过假人口鼻与外部连接的人工肺、呼吸器、以及罩设在口鼻上的面罩和设置在连接管路中的安装热电偶装置；

所述传感器采用铜盘量热计，铜盘量热计包括前端铜片，前端铜片的背部电连接有热电偶丝，通过热电偶丝的温差感应进行测量。

2.根据权利要求1所述的防电弧用品的假人测试系统，其特征在于：所述假人头模、假人手臂模型均通过驱动机构与假人躯干模型（610）驱动连接，且假人头模和假人手臂模型能相对假人躯干模型（610）位移转动，假人腿部模型通过连接装置与假人躯干模型（610）连接；且假人腿部模型的下部还设置在另一动力机构上。

3.根据权利要求2所述的防电弧用品的假人测试系统，其特征在于：

所述动力机构包括支架（2），支架（2）上设有竖向导轨（3），竖向导轨（3）上设置有竖向滑块（5）；传动丝杆（11）固定在支架（2）上，传动丝杆（11）上旋接设置有丝杆螺母（4）；竖向移动固定板（10）设置在竖向滑块（5）上，竖向移动固定板（10）的背部与丝杆螺母（4）与连接；电机（1）与传动丝杆（11）连接驱动连接；

且竖向移动固定板（10）上还设置有水平导轨，所述水平导轨上还驱动设置有模型固定板，所述模型固定板上设置有转向定位销，所述转向定位销与假人腿部模型驱动连接。

4.根据权利要求3所述的防电弧用品的假人测试系统，其特征在于：还包括相互电连接的控制装置、数据采集装置、人机交互机构、PC端；所述数据采集装置的输入端与所述人体检测模型上的传感器电连接，所述数据采集装置的输出端与所述人机交互机构的输入端电连接；所述的PC端与人机交互机构通讯连接。

5.根据权利要求1所述的防电弧用品的假人测试系统，其特征在于：正面假人头模（210）的眼部设置有热辐射通量传感器和照度计；照度计采用的参数范围在0-20流明。

6.防电弧用品的假人测试系统的测试方法，其特征在于：采用权利要求1-5中任一项所述的防电弧用品的假人测试系统实现，包括以下步骤：

步骤S1，将待检测产品设置在人体检测模型上，并位于人体检测模型上的传感器外部；

步骤S2，将人体检测模型设置于检测环境中，调整人体检测模型的姿态、模拟人体呼吸状态；

步骤S3，设置检测环境的测试参数，对人体检测模型进行测试模拟；

步骤S4，通过与人体检测模型上的传感器连接的；获取人体检测模型上的传感器检测的数据；

步骤S5，通过调节假人模型的高度，获取和电弧放电电极所需的位置，当电弧放电的时候，采集传感器的热辐射通量数值，获取所需要的电弧防护性能值ATPV，在测试完成后，通过观察人体检测模型上待检测产品的损伤，测量其破裂阈值。

7.根据权利要求6所述的防电弧用品的假人测试系统的测试方法，其特征在于：包括以下步骤；通过正面假人头模（210）的眼部设置的热辐射通量传感器和照度计，用于测量护目镜装置的防护性能，并通过通讯连接的PC端控读取、存储和分析照度计的流明数值，用于评价护目镜对于人体眼睛的防护性能。