示波器在高爾夫球桿頭部柔韌性測(cè)試中的應(yīng)用

高爾夫球規(guī)則的附件II的第5a條規(guī)定，一個(gè)高爾夫球桿的頭部表面的材料和結(jié)構(gòu)不應(yīng)存在碰撞時(shí)的彈簧作用，或者與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鋼表面相比的賦予球的更明顯的旋轉(zhuǎn)作用，或者任何其它過(guò)分影響球的運(yùn)動(dòng)的作用。因此，人們已經(jīng)使用了各種技術(shù)來(lái)確定一個(gè)高爾夫球桿的頭部撞擊一個(gè)球時(shí)的作用。R&A Rules Limited(R&A) 和美國(guó)高爾夫球協(xié)會(huì)（USGA）研制了一套便攜式的鐘擺測(cè)試裝置，該裝置用來(lái)測(cè)量高爾夫球桿頭部柔韌性，從而作為評(píng)估高爾夫球桿是否符合高爾夫球規(guī)則的一種方法。

2系統(tǒng)組成

鐘擺測(cè)試裝置由5部分組成：鐘擺測(cè)試臺(tái)、加速度計(jì)、Pico示波器、Pendulum Test console軟件。如圖1所示：

2.1鐘擺測(cè)試臺(tái)

鐘擺測(cè)試臺(tái)使用一個(gè)以鐘擺方式安裝的鋼球，以便擺動(dòng)撞擊一個(gè)高爾夫球桿的頭部表面。高爾夫球桿的一端固定在設(shè)備底座上的一個(gè)墊塊上，球桿頭部自由安裝，并且面對(duì)撞擊球。撞擊球從一個(gè)固定位置擺動(dòng)，以撞擊高爾夫球桿的頭部，并且用一個(gè)Pico示波器記錄球與球桿頭部表面撞擊后球的加速度和運(yùn)動(dòng)，然后對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行積分，以便確定速度隨時(shí)間的變化。從信號(hào)積分確定一個(gè)最大速度( Vm)，并通過(guò)下面的公式從信號(hào)積分計(jì)算特征時(shí)間 tc：

tc＝ te-ts

其中， te是當(dāng)速度達(dá)到最大速度的一個(gè)預(yù)定百分比時(shí)的結(jié)束時(shí)間， ts是當(dāng)速度達(dá)到最大速度的一個(gè)較小百分比時(shí)的開始時(shí)間。

然后由下面的表達(dá)式確定一個(gè)B值：

其中，B是高爾夫球桿的相對(duì)柔韌性的一個(gè)量度，而A表示特征時(shí)間對(duì)撞擊速度的敏感性，它取決于高爾夫球桿頭部表面的彈性模量。

典型地，B的值為微秒，并且在0-1000之間。該值越低，高爾夫球桿越硬。因此得到一個(gè)150微秒的B值意味著該球桿比測(cè)試出B值為200微秒的球桿更硬。

2.2加速度記錄裝置

加速度記錄裝置的核心模塊采用英國(guó)Pico 公司的PicoScope 4224 IEPE 示波器，內(nèi)置IEPE接口，可兼容行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的IEPE加速度傳感器和麥克風(fēng)，專用于沖擊和振動(dòng)測(cè)試。該示波器有2個(gè)測(cè)試通道，20MHz帶寬、80MS/s實(shí)時(shí)采樣率、32M樣本緩存。

Pico公司提供PicoScope 4000 API函數(shù)接口，用戶可在每一種編程環(huán)境中通過(guò)調(diào)用PS4000.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)來(lái)對(duì)示波器進(jìn)行二次開發(fā)，支持C、Excel、LabVIEW和Visual Basic編程語(yǔ)言。一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集的二次開發(fā)步驟如下：

1.打開示波器

2.設(shè)置每個(gè)輸入通道的電壓測(cè)量范圍和耦合模式

3.設(shè)置觸發(fā)方式

4.開始采集數(shù)據(jù)（3種采樣模式，調(diào)用不同的start函數(shù)）

5.等待直到示波器數(shù)據(jù)采集完畢

6.停止數(shù)據(jù)采集

7.將捕獲的數(shù)據(jù)復(fù)制到緩沖區(qū)

8.關(guān)閉示波器

擺錘測(cè)試軟件Pendulum Test console 4.0是R&A Rules Limited(R&A) 和美國(guó)高爾夫球協(xié)會(huì)（USGA）對(duì)PicoScope 4224 IEPE 示波器專門開發(fā)的一款用于高爾夫球桿桿頭柔韌性測(cè)試的應(yīng)用軟件。軟件界面如圖2所示。

測(cè)試過(guò)程

測(cè)試前準(zhǔn)備

（1）將待測(cè)試的高爾夫球桿固定在擺錘測(cè)試臺(tái)的底座，調(diào)節(jié)高爾夫球桿夾具的水平調(diào)節(jié)和垂直調(diào)節(jié)，確認(rèn)撞擊點(diǎn)的位置。

（2）IEPE傳感器的一端連接擺錘測(cè)試臺(tái)支架的鋼球上，一端連接到示波器的A通道

（3）連接PicoScope 4224 IEPE示波器到PC的USB端口，示波器為USB供電。

（4）打開上Pendulum Test Console 軟件，軟件自動(dòng)識(shí)別示波器硬件。識(shí)別到硬件之后，測(cè)試軟件的控制數(shù)據(jù)采集的按鈕被激活。

測(cè)試過(guò)程

作為擺錘的鋼球由一個(gè)棘輪和棘爪組件控制，可將鋼球保持在離開高爾夫球桿頭部的幾個(gè)位置，釋放棘輪和棘爪組件時(shí)，鋼球在重力的作用下自由地向高爾夫球桿桿頭撞擊。

先將鋼球固定在棘輪的第一個(gè)棘爪上，點(diǎn)擊Pendulum Test Console軟件的采集按鈕，釋放棘輪組件，鋼球在重力的作用下向高爾夫球桿桿頭撞擊。軟件自動(dòng)計(jì)算出一組數(shù)據(jù)，并顯示本次加速度、速度的變化曲線。連續(xù)重復(fù)該過(guò)程兩次，因此第一個(gè)棘輪上總共得到三組數(shù)據(jù)。然后分別將鋼球固定在第二個(gè)和第三個(gè)棘爪上，重復(fù)對(duì)第一個(gè)棘輪的三次操作，最后我們得到9組測(cè)試數(shù)據(jù)。

Pendulum Test Console軟件自動(dòng)根據(jù)9組數(shù)據(jù)計(jì)算出截距、斜率和特征時(shí)間三個(gè)參數(shù)值。我們可根據(jù)這三個(gè)參數(shù)值來(lái)確定待測(cè)試的高爾夫球桿桿頭的柔韌性是否符合要求。

總結(jié)

擺錘測(cè)試裝置是一個(gè)簡(jiǎn)易的高爾夫球桿桿頭柔韌性測(cè)試的裝置，其操作簡(jiǎn)單、測(cè)試準(zhǔn)確，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)合格的高爾夫球桿的參數(shù)范圍：Intercept 220~257，slope小于20，Width IC在10us以下。目前，該套鐘擺測(cè)試裝置已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外的許多大型的高爾夫球桿生產(chǎn)廠商所認(rèn)可，作為評(píng)估高爾夫球桿的柔韌性是否符合最終客戶的需求的標(biāo)準(zhǔn)之一。