[发明专利]一种头部施力和测力装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种施力和测力装置，具体为一种向头部施力并测量力的装置。

背景技术

飞行员佩戴的头盔，盔壳多用玻璃钢或塑料等轻质材料制成，主要用于防止头部震伤或磕伤，并能防噪音。这种头盔能包住耳朵和两腮，装有耳机和送话器等，有的还装有可上下移动的面罩,以保护眼睛和面部。尽管采用了轻质材料，但头盔的重量依旧在2公斤左右，对于飞行员头部产生的压力会影响飞行员的工效学认知，会带来诸如飞行员作业效率的降低等问题。

飞行员头盔佩戴的舒适度对于飞行安全以及作业效果有着重要的影响。目前针对飞行员头盔的力学舒适度的研究有清华大学的研究头盔质量和质心对军机飞行员颈部肌力的影响，以及西北工业大学对于头盔内衬材料对头盔舒适度的探讨。前者主要利用Anybody建立的肌骨模型研究头盔的质量和质心的位置对胸锁乳突肌和头半棘肌的影响，其实验结果可以在设计及使用头盔的过程中提供定性或定量参考。其次，关于舒适度的研究还有对于头盔衬垫材质的研究，其主要研究头盔内衬材料本身软硬度、贮存条件下、以及冲击变形实验中的强度、变形度以推测其舒适度。

然而，前述实验只是通过仿真技术及模型实验的方法推理头盔的舒适程度，从工效学认知角度评价头盔头部压力的舒适度的研究还是空白。另外，人体头部不同区域对于压力的承受能力不同。因此，关于头部不同区域所受压力的大小、相互关系与工效学认知之间关系的研究亟待开展。

针对上述问题，本发明提供一种头部施力测力的装置，用于研究飞行员头部不同区域受力大小、舒适度、工效学认知之间的关系，寻找最优的施力方式帮助优化飞行员头盔设计的力学性能以使其具有较高的舒适度并符合飞行员的工效学认知。

发明内容

本发明的目的是提供一种头部施力和测力的装置，用于研究飞行员头部不同区域受力大小、舒适度与工效学认知之间的关系，寻找最优的施力方式为飞行员头盔的制作提供标准。

为解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种头部施力测力装置，该装置由固定基架、可升降单元、头部分区装置、施力单元、测力单元组成。

所述头部施力和测力装置的固定基架1由底座、架身构成，主要实现固定所述头部施力和测力装置主体的作用，可以使用任何强度刚度满足条件的材料制作，形态上，可以采用任意能够实现固定功能的形态。

所述头部施力和测力装置的可升降单元2由控制升降单元、箱体结构单元构成，作用为对于不同身高的被试人员根据其坐高调整所述施力和测力装置的高度以实现所述施力和测力装置对飞行员头部正确施力，所述可升降单元的控制升降单元由套筒、螺钉组成，所述可升降单元的控制升降单元的套筒将所述固定支架的架身嵌套在内，利用所述可升降单元的控制升降单元的螺钉可实现将套筒锁紧在所述固定支架的架身的某一固定高度的功能，所述可升降单元的控制升降单元与所述可升降单元的箱体结构固连，实现控制升降单元控制箱体结构高度的功能。

所述头部施力和测力装置的头部分区装置3由头盔型内腔31、分区片32和下颌固定带33构成，其作用为将头部分为不同的区域实现对各个区域施加不同的力，所述头部分区装置的头盔型内腔31根据飞行员平均尺寸制作，头盔型内腔31的不同区域钻有孔洞供导气管穿过，所述头部分区装置的分区片32在特定位置与头盔型内腔31固连，实现将头部分为前额区、左右头顶区、左右颅顶区，左右枕骨区，所述头部分区装置的下颌固定带33实现在所述头部施力和测力装置向头部施力时被试人员头部位置的固定。

所述头部施力和测力装置的施力单元4由气囊41、电子加压泵42、电子泄气阀43、电子控制系统44构成，施力单元4实现向头部施加压力，所述施力单元4的气囊41可以通过任何合适的方式嵌入所述施力和测力装置的头部分区装置3内，所述施力单元4的气囊41与所述施力单元4的电子加压泵42和电子泄气阀43由导气管连接，所述施力单元4的电子控制系统44通过电路控制加压泵42对气囊41内气体加压与停止，实现气囊41膨胀并向头部特定区域施加力，所述施力单元的电子控制系统44通过电路控制泄气阀泄气。

所述头部施力和测力装置的测力单元5由压强传感器51、电脑单元52组成，实现对气囊41内气压的测量与记录，所述测力单元的压强传感器51与所述施力单元的气囊41通过导气管连接，所述测力单元的电脑单元52与压强传感器51通过电路相连，将压强信号转换为电信号在电脑单元52上显示并记录。