生物力学参数动态测试系统的研究和应用

论文摘要

随着汽车工业、航空航天技术的发展,汽车、航天器的安全科学研究越来越引人注目。在汽车安全领域中,仿真假人的出现成为汽车碰撞试验的基础实验工具。在对这些生物仿真假人的深入研究过程中,如何实现在动态实验中的信号采集和分析成为一个新的课题。 人体生物力学参数动态测试系统的研究是生物仿真假人制造过程中一个极其重要的课题,没有测试系统的支持就无法对假人进行标定,就无法对人体生物力学参数,如加速度,力,胸部变形等,进行测试,分析。本论文针对目前国内外在该领域的研究进展情况,在对人体生物力学参数动态测试原理分析研究的基础上,根据实验室现有的条件建立了一套简易的完整的测试系统,并以Visual C++和MATLAB为编程工具,完成了测试系统的软件设计。 论文的主要研究成果如下: ①提出人体生物力学参数动态测试系统的总体设计方案和实现方法。 ②根据SAEJ211和ISO6487对测试系统提出的要求,根据实验室现有的条件建立了一套简易的完整的测试系统,并应用于仿真假人的标定实验中。 ③用Visual c++软件编程,采用单文档/多视图结构以及多线程的编程方式,实现了对人体生物力学参数动态测试系统的A/D采样板参数的控制,并实现了数据的传输、采集和转换。 ④在信号分析的程序编写中提出了MATLAB和VC++混合编程技术,并成功的应用于本系统的信号分析部分。结果表明基于混合编程思想的系统软件可方便地实现功能扩展,而且界面清晰直观,便于用户操作,有效地提高了测试系统信号分析处理的水平。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 汽车碰撞试验
• 1.1.1 汽车交通事故分析
• 1.1.2 汽车碰撞试验
• 1.2 仿真假人
• 1.2.1 仿真假人的研究和现状
• 1.2.2 国产安全假人结构和传感器简介
• 1.3 生物力学响应
• 1.4 本章小结
• 2 测量系统总体设计
• 2.1 测量系统简介
• 2.2 系统设计的基本要求
• 2.3 测量系统的的总体结构
• 2.4 测量系统的方案实现
• 2.4.1 系统设计硬件方案
• 2.4.2 系统的软件方案设计
• 2.4.3 测试系统的软件功能要求
• 2.5 开发工具选择
• 2.6 设计方案预评估
• 2.6.1 基本参数的预评估
• 2.6.2 动态性能的评估
• 2.6.3 静态性能的评估
• 2.7 本章小结
• 3 电测量系统
• 3.1 电测量系统简介
• 3.1.1 电测量项目
• 3.1.2 电测量系统的构成及形式
• 3.1.3 电测量系统性能要求
• 3.2 传感器
• 3.2.1 加速度传感器简介
• 3.2.2 加速度传感器选用时考虑的因素
• 3.2.3 压电式加速度传感器使用中引起的误差
• 3.2.4 角度传感器
• 3.3 放大器
• 3.3.1 电荷放大器
• 3.3.2 技术指标
• 3.3.3 工作原理
• 3.3.4 使用方法
• 3.3.5 加速度的计算
• 3.3.6 电压放大器
• 3.4 AD采样板
• 3.4.1 USB接口简介
• 3.4.2 MP310介绍
• 3.4.3 原理说明
• 3.4.4 主要特点和功能
• 3.4.5 AD工作模式、参数
• 3.4.6 连接器说明与定义
• 3.5 触发装置
• 3.5.1 触发简介
• 3.5.2 MP310的触发说明
• 3.6 可靠性设计
• 3.6.1 简化设计方案
• 3.6.2 元器件的降额设计
• 3.6.3 冗余设计
• 3.7 本章小结
• 4 系统软件设计
• 4.1 开发工具选择
• 4.1.1 MATLAB
• 4.1.2 Microsoft Visual C++
• 4.1.3 MATALB和 VC的融合
• 4.1.4 MATLAB与 VC++融合的先进性
• 4.2 底层采样程序
• 4.2.1 MP310的程序支持
• 4.2.2 AD转换与数据格式
• 4.2.3 数据存储说明
• 4.2.4 界面简介
• 4.2.5 文档/视图（Document/View）体系结构
• 4.2.6 多窗口拆分显示技术
• 4.2.7 曲线绘制
• 4.2.8 数据显示
• 4.3 信号处理程序设计
• 4.3.1 傅里叶变换
• 4.3.2 相关
• 4.3.3 概率密度函数
• 4.3.4 软件滤波
• 4.4 本章小结
• 5 标定实验
• 5.1 加速度计算标定
• 5.1.1 传感器校准仪工作原理
• 5.1.2 传感器校准仪技术指标
• 5.1.3 标定结果
• 5.2 头部标定实验
• 5.2.1 实验要求
• 5.2.2 实验过程
• 5.2.3 实验结果及分析
• 5.3 胸部实验
• 5.3.1 实验要求
• 5.3.2 实验过程
• 5.3.3 实验结果及分析
• 5.4 膝部标定实验
• 5.4.1 实验要求
• 5.4.2 实验过程
• 5.4.3 实验结果及分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结和展望
• 参考文献
• 作者在读研期间科研成果简介及发表论文
• 声明
• 致谢