专利名称：包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的方法和系统，特别是指一种在包装及缓冲件设计过程中，通过对被设计样品进行冲击测试，获得用于指导设计的测量数据的方法和系统。
背景技术：
在产品的运输和装卸过程中，包装(包括包装箱及缓冲件)是PC、服务器和机箱等机电类产品的重要保护装备。PC、服务器和机箱等机电类产品在运输和装卸过程中，可能要承受到诸如动压、冲击、振动、跌落、滚动和倾翻等所造成的破坏性冲击，这些冲击可能导致硬盘、内存等精密硬件的失效和机箱(机柜)等机械零部件的损坏，从而使产品的质量得不到最终保证，可见，包装的作用十分重要。
每年我国花费在包装上的费用和因包装不科学造成的损失(比如，因包装的耐冲击性能不能满足要求，导致被运载的产品损坏)均很高。所以说，为包装的设计提供一个科学、行之有效的设计方法迫在眉睫。
传统的包装设计方法是根据产品的重量和几何尺寸，凭经验设计包装，这种设计包装的方法很盲目，由于不知道产品及其重要部件在运载过程中所承受的具体载荷情况，从而不能真正地设计出保证产品及其重要部件的安全的包装；同时，也是一种不经济的作法，即为了保护产品不受损坏，不惜盲目地使用更多、更好的包装材料。这种作法既增加了产品的成本，又浪费了木材等资源，而且并不一定能完全保证产品的承载载荷减小。
可见，为了实现产品包装用料最省、结构又能完全满足产品的耐冲击要求，在包装及其缓冲件的设计过程中，对相应的设计样品进行科学的耐冲击测试非常关键。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的方法和系统，用以测试电子产品在运载过程中实际承受的冲击载荷，为包装结构的优化设计提供技术依据。
本发明的另一目的在于提供一种包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的方法和系统，据此，可以在产品包装设计中合理、有效地使用包装材料，避免浪费材料，降低包装成本。
本发明的目的是通过如下的技术方案实现的一种包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的方法，它至少包括如下的步骤步骤1利用冲击信号采集装置采集被测跌落样品在跌落时所承受的冲击信号；步骤2将步骤1获取的冲击信号进行处理和计算，获得冲击载荷值。
上述的步骤1所述的冲击信号的采集具体为步骤11冲击信号采集装置布置在被测跌落样品的两两互相垂直的三维空间方向上；步骤12将被测跌落样品放在跌落试验设备上做跌落试验；步骤13在跌落的同时，冲击信号采集装置测量冲击信号；步骤14根据标定系数计算冲击信号采集装置布局点所承受的冲击加速度。
所述的冲击信号采集装置至少包括依次连接的加速度传感器、电荷转换模块、滤波�？楹湍Ｊ荒？�。
所述的冲击信号采集装置至少包括依次连接的加速度传感器、电荷转换�？�、滤波�？�、模数转换�？楹臀尴叻⑸淠？�。
所述的冲击信号采集装置至少包括加速度传感器和与之连接的振动信号采集记录装置，该冲击信号采集记录装置记录加速度传感器采集的振动信号，并将该记录数据转送到振动信号处理和分析系统。
上述的步骤2所述的冲击信号的处理具体为依据如下公式计算各传感器所承受的冲击加速度矢量，获得被测跌落样品所承受的实际冲击载荷的大小和方向；λ=X2+Y2+Z2]]>α=arctg(X2+Y2Z)]]>其中，λ为被测点实际承受的冲击加速度；α为被测点实际承受的冲击加速度的相位角；X、Y、Z分别为被测点三维方向各自对应承受的冲击加速度。
一种包装及缓冲件设计中耐冲击测试的系统，至少包括冲击信号采集装置、振动信号处理和分析系统、跌落试验设备；其中，跌落试验设备用于放置被测跌落样品，完成样品的跌落试验；冲击信号采集装置装设在被测跌落样品上，它采集被测跌落样品跌落时的冲击信号，并将该设备信号发送给振动信号处理和分析系统；振动信号处理和分析系统用于接收冲击信号采集装置发送的冲击信号，并将该信号换算为冲击载荷值。
利用振动信号采集装置采集冲击信号的具体方法为将冲击信号采集装置布置在被测跌落样品的两两互相垂直的三维空间方向上；将被测跌落样品放在跌落试验设备上做跌落试验；在跌落的同时，冲击信号采集装置测量冲击信号。
所述的冲击信号采集装置至少包括依次连接的加速度传感器、电荷转换�？�、滤波模块和模数转换�？�。
所述的冲击信号采集装置至少包括依次连接的加速度传感器、电荷转换�？�、滤波�？�、模数转换�？楹臀尴叻⑸淠？�。
所述的冲击信号采集装置至少包括加速度传感器和与之连接的冲击信号采集记录装置，该冲击信号采集记录装置记录加速度传感器采集的冲击信号，并将该记录数据转送到振动信号处理和分析系统。
所述的振动信号处理和分析系统至少设有依次连接的数据采集�？榧靶藕糯砗图扑隳？�。
所述的振动信号处理和分析系统至少设有依次连接的无线接收�？�、数据采集�？榧靶藕糯砗图扑隳？椤�
所述的振动信号处理和分析系统将振动信号换算为冲击载荷值的处理具体为依据如下公式计算各传感器所承受的冲击加速度矢量，获得被测跌落样品所承受的实际冲击载荷的大小和方向；λ=X2+Y2+Z2]]>α=arctg(X2+Y2Z)]]>其中，λ为被测点实际承受的冲击加速度；α为被测点实际承受的冲击加速度的相位角；X、Y、Z分别为被测点三维方向各自对应承受的冲击加速度。
本发明通过上述的技术方案，实现了对电子产品在运载过程中实际承受的冲击载荷的测试，为包装结构的优化设计提供了技术依据；同时可以在产品包装设计中指导包装材料使用的合理性和有效性，避免了材料的浪费，降低了包装成本。
这种产品包装耐冲击测试的方法能指导工程技术人员设计出用料最省、缓冲性能优良可靠，并能满足机电产品耐运载冲击技术要求的最理想包装；有效地避免了产品因包装问题所造成的巨大损失。
图1为本发明中包装材料动态缓冲曲线的示意图。
图2为本发明一实施例的冲击信号有线采集流程示意报图。
图3为本发明一实施例的加速度传感器有线传送方式的系统示意图。
图4为本发明一实施例的冲击信号有线传送方式加速度传感器与被测跌落样品连接设置示意图。
图5为本发明又一实施例的冲击信号无线采集流程示意图。
图6为本发明又一实施例的加速度传感器无线传送方式的系统示意图。
图7为本发明又一实施例的无线发射�？�、加速度传感器与被测跌落样品连接设置示意图。
图8为本发明再一实施例的冲击信号微型振动信号采集记录仪采集流程示意图。
图9为本发明再一实施例的加速度传感器通过微型振动信号采集记录仪记录所采集到的冲击信号方式的系统示意图。
图10为本发明再一实施例的加速度传感器、微型振动信号采集记录仪与被测跌落样品连接设置示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的详细说明在具体的包装设计过程中，首先需要制作包装件试样，然后再对该包装件试样进行测试，通过对采集的测试数据的处理和分析，再对包装件试样进行调整，再经过实验，如此反复，最后，设计出符合要求的包装件。由此可见在整个设计过程中，包装件的耐冲击测试是非常重要的步骤。
参见图1，其为包装缓冲材料动态缓冲曲线的数据(以缓冲材料最小脆值点为设计依据)，根据产品的重量和许用冲击载荷，可以设计多款结构尺寸相同、但材质不同的产品包装缓冲件结构(包装选同一材质的，戳穿强度和耐破强度足够的包装箱)；然后进行相应的耐冲击测试。
本发明的包装耐冲击测试可采用有线传感器、无线传感器及微型振动信号采集记录仪等三种方式实现
实施例1参见图2、3、4，有线传感器方式为了重点监测电子产品重要易损部件在运载过程中所承受的冲击载荷，把连接在振动信号采集、处理和分析系统上的三个有线电荷加速度传感器(其频率范围为0.5～8KHz灵敏度系数为1～2pC/ms-2极限量程为10000ms-2)布置在被测对象重要易损部件的两两互相垂直的三维空间方向上；再把该被测对象的包装件放在跌落仪上做跌落试验，在跌落的同时，振动信号处理和分析系统采集加速度传感器的冲击信号。
该振动信号处理和分析系统采集加速度传感器的冲击信号的具体过程是传感器输出的电荷信号经转化为电压信号、经过多通道电荷电压滤波积分放大器低通滤波、放大后，再通过数据采集仪模数转换(A/D转换)为数字信号后，由振动信号处理和分析系统和相应的分析软件根据标定系数(即传感器的输出电荷量和其承受的冲击加速度的对应关系)算出易损部件的传感器布局点所承受的冲击加速度的大小。
再进一步，根据算出的三个在两两相互垂直的三维方向上布局的加速度传感器所承受的冲击加速度矢量，利用振动信号处理和分析系统和分析软件的矢量迭加模块算出重要易损部件所承受的实际冲击载荷的大小和方向，其具体依据的算法为λ=X2+Y2+Z2]]>α=arctg(X2+Y2Z)]]>其中λ为易损部件实际承受的冲击加速度的大�。沪廖姿鸩考导食惺艿某寤骷铀俣鹊南辔唤牵籜、Y、Z为三维方向上布局的三个加速度传感器各自对应承受的冲击加速度大�。徽庑┰睾墒萦糜谟叛〕鍪怪匾姿鸩考惺艿某寤骷铀俣茸钚〉幕撼宀牧系男秃藕秃穸�。
实施例2参见图5、6、7，无线传感器方式
采用无线方式来取代现有传感器的信号线(即采用无线传感器)，会大大的降低耐冲击试验平台搭建的难度，也会减少信号线对测试过程造成的各种影响。无线传感器数据的传输可分为即时传送和完毕传送两种方式，不同的方式对无线的�？榈难≡窠艽蟮挠跋�。
无线方式将传感器的信号传出可以基于很多种无线传输协议，如射频(RF)、红外、蓝牙、家用射频(HomeRF)等，在搭建无线传感器耐冲击测试试验平台时，可在综合考虑成本、实现难易程度等因素基础上，根据具体情况选用。其中，射频技术主要是利用全双工的射频来进行通信，技术成熟度高，而且由于可以加密，安全性也非�：茫挥蟹较蛐缘南拗疲┩感砸卜浅：茫踔量梢源┩附鹗簦⑶壹鄹裣喽缘土�。缺点在于没有统一的标准，各公司的通信协议都不一样；红外技术是一种非常成熟和应用广泛的产品，成本也非常低廉。但安全性和方向性较差，没有穿透性，且很容易受到各种因素的干扰，也没有标准的通讯协议；蓝牙(IEEE802.15)是一项最新标准。蓝牙比IEEE802.11更具移动性，它能把一个设备连接到网络上，甚至支持全球漫游。此外，蓝牙预计的成本将比较低、体积�。捎糜诟嗟纳璞浮Ｋ芍С忠惶跻觳绞荽渫ǖ兰叭跬交耙舸渫ǖ溃ㄑ毒嗬�10-100m，带宽大约1Mbps。蓝牙的射频系统采用跳频技术以降低信号干扰，支持全双工但现在成本依然很高；HomeRF主要为家庭网络设计，旨在降低语音数据成本。HomeRF也采用了扩频技术，工作在2.4GHz频带，能同步支持4条高质量语音信道，传输速率为1-2Mb/s。但由于研制相对还比较滞后，这个技术的应用还受一定的局限性，成本很高。
本实施例中射频和红外方式为较为适合的方式，蓝牙和HomeRF的传送方式只适合用在紧密测试(有大量传感器和大量的数据需要传输的测试场合)。
具体的测量过程为传感器输出的电荷信号经转化为电压信号、经过多通道电荷电压滤波积分放大器低通滤波、放大后，再通过A/D转换电路模数转换(A/D转换)为数字信号后，由无线发射�？榉⑺透柙谡穸藕糯砗头治鱿低城岸说奈尴呓邮苣？椋穸藕糯砗头治鱿低臣跋嘤Φ姆治鋈砑荼甓ㄏ凳�(即传感器的输出电荷量和其承受的冲击加速度的对应关系)算出易损部件的传感器布局点所承受的冲击加速度的大小。
和有线传感器方式比较，无线方式除传感器信号的输出方式与有线传感器方式不同外，其它如冲击信号的处理和冲击载荷的算法相同。
实施例3参见图8、9、10，振动信号采集记录方式在被测的包装箱内安装微型冲击信号采集记录装置，并将该装置与加速度传感器连接，进行冲击信号的采集。这种方式大大地减轻了搭建冲击测试平台的工作量，并且使用方便、灵活。
具体的实施方法是将微型振动信号采集记录仪固定在被测包装箱内，布局在易损部件上的加速度传感器通过信号线与该微型振动信号采集记录仪连接，在冲击测试过程中，微型振动信号采集记录仪完成加速度传感器的信号采集工作。测试结束后，把微型振动信号采集记录仪采集到的振动信号传送到所述的振动信号处理和分析系统中，由该振动信号处理和分析系统进行冲击信号的频谱分析和冲击载荷的计算。
同样，和有线传感器方式比较，本实施例中的方式除传感器信号的采集方式与有线传感器方式不同外，其它如冲击信号的处理和冲击载荷的算法相同。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明所涉及的技术方案，尽管参照以上较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本发明的技术方案可以进行修改、变形或者等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围之中。
权利要求
1.一种包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的方法，其特征在于它至少包括如下的步骤步骤1利用冲击信号采集装置采集被测跌落样品在跌落时所承受的冲击信号；步骤2将步骤1获取的冲击信号进行处理和计算，获得冲击载荷值。
2.根据权利要求1所述的包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的方法，其特征在于步骤1所述的冲击信号的采集具体过程为步骤11冲击信号采集装置布置在被测跌落样品的两两互相垂直的三维空间方向上；步骤12将被测跌落样品放在跌落试验设备上做跌落试验；步骤13在跌落的同时，冲击信号采集装置测量冲击信号；步骤14根据标定系数计算冲击信号采集装置布局点所承受的冲击加速度。
3.根据权利要求1或2所述的包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的方法，其特征在于该冲击信号采集装置至少包括依次连接的加速度传感器、电荷转换�？�、滤波�？楹湍Ｊ荒？�。
4.根据权利要求1或2所述的包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的方法，其特征在于该冲击信号采集装置至少包括依次连接的加速度传感器、电荷转换模块、滤波模块、模数转换�？楹臀尴叻⑸淠？�。
5.根据权利要求1或2所述的包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的方法，其特征在于该冲击信号采集装置至少包括加速度传感器和与之连接的冲击信号采集记录装置，该冲击信号采集记录装置记录加速度传感器采集的冲击信号，并将该记录数据转送到振动信号处理和分析系统。
6.根据权利要求1所述的包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的方法，其特征在于步骤2所述的冲击信号的处理具体为依据如下公式计算各传感器所承受的冲击加速度矢量，获得被测跌落样品所承受的实际冲击载荷的大小和方向；λ=X2+Y2+Z2]]>α=arctg(X2+Y2Z)]]>其中，λ为被测点实际承受的冲击加速度；α为被测点实际承受的冲击加速度的相位角；X、Y、Z分别为被测点三维方向各自对应承受的冲击加速度。
7.一种包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的系统，其特征在于至少包括冲击信号采集装置、振动信号处理和分析系统、跌落试验设备；其中，跌落试验设备用于放置被测跌落样品，完成样品的跌落试验；冲击信号采集装置装设在被测跌落样品上，它采集被测跌落样品跌落时的冲击信号，并将该冲击信号发送给振动信号处理和分析系统；振动信号处理和分析系统用于接收冲击信号采集装置发送的冲击信号，并将该信号换算为冲击载荷值。
8.根据权利要求7所述的包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的系统，其特征在于利用冲击信号采集装置采集冲击信号的具体方法为将振动信号采集装置布置在被测跌落样品的两两互相垂直的三维空间方向上；将被测跌落样品放在跌落试验设备上做跌落试验；在跌落的同时，冲击信号采集装置测量冲击信号。
9.根据权利要求7或8所述的包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的系统，其特征在于该冲击信号采集装置至少包括依次连接的加速度传感器、电荷转换模块、滤波�？楹湍Ｊ荒？�。
10.根据权利要求7或8所述的包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的系统，其特征在于该振动信号采集装置至少包括依次连接的加速度传感器、电荷转换�？�、滤波模块、模数转换�？楹臀尴叻⑸淠？�。
11.根据权利要求7或8所述的包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的系统，其特征在于该冲击信号采集装置至少包括加速度传感器和与之连接的冲击信号采集记录装置，该冲击信号采集记录装置记录加速度传感器采集的冲击信号，并将该记录数据转送到振动信号处理和分析系统。
12.根据权利要求7所述的包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的系统，其特征在于振动信号处理和分析系统至少设有依次连接的数据采集模块及信号处理和计算�？�。
13.根据权利要求7所述的包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的系统，其特征在于振动信号处理和分析系统至少设有依次连接的无线接收�？�、数据采集�？榧靶藕糯砗图扑隳？椤�
14.根据权利要求7所述的包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的系统，其特征在于振动信号处理和分析系统将冲击信号换算为冲击载荷值的处理具体为依据如下公式计算各传感器所承受的冲击加速度矢量，获得被测跌落样品所承受的实际冲击载荷的大小和方向；λ=X2+Y2+Z2]]>α=arctg(X2+Y2Z)]]>其中，λ为被测点实际承受的冲击加速度；α为被测点实际承受的冲击加速度的相位角；X、Y、Z分别为被测点三维方向各自对应承受的冲击加速度。
全文摘要
一种包装及缓冲件优化设计中耐冲击测试的方法，首先利用冲击信号采集装置采集被测跌落样品在跌落时承受的冲击信号；然后将获取的冲击信号进行处理和计算，获得冲击载荷值；一种实现上述方法的系统，包括冲击信号采集装置、振动信号处理和分析系统、跌落试验设备；跌落试验设备用于放置被测跌落样品，完成样品的跌落试验；冲击信号采集装置装设在被测跌落样品上，与振动信号处理和分析系统连接，采集并发送冲击信号；振动信号处理和分析系统接收从冲击信号采集装置传送来的冲击信号，并把冲击信号处理和换算为冲击载荷值；本发明通过测试样品实际承受的冲击载荷，为包装优化设计提供了依据，可合理、有效地使用包装材料，避免浪费，降低包装成本。
文档编号G01N3/303GK1492225SQ0212407
公开日2004年4月28日 申请日期2002年6月18日 优先权日2002年6月18日
发明者郑自堂, 王军, 周建, 王超政 申请人:联想(北京)有限公司
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