示波器在高爾夫球桿頭部柔韌性測試中的應(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)存在碰撞時的彈簧作用，或者與一個標準鋼表面相比的賦予球的更明顯的旋轉(zhuǎn)作用，或者任何其它過分影響球的運動的作用。因此，人們已經(jīng)使用了各種技術(shù)來確定一個高爾夫球桿的頭部撞擊一個球時的作用。R&A Rules Limited(R&A) 和美國高爾夫球協(xié)會（USGA）研制了一套便攜式的鐘擺測試裝置，該裝置用來測量高爾夫球桿頭部柔韌性，從而作為評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

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

2.1鐘擺測試臺

鐘擺測試臺使用一個以鐘擺方式安裝的鋼球，以便擺動撞擊一個高爾夫球桿的頭部表面。高爾夫球桿的一端固定在設(shè)備底座上的一個墊塊上，球桿頭部自由安裝，并且面對撞擊球。撞擊球從一個固定位置擺動，以撞擊高爾夫球桿的頭部，并且用一個Pico示波器記錄球與球桿頭部表面撞擊后球的加速度和運動，然后對加速度信號進行積分，以便確定速度隨時間的變化。從信號積分確定一個最大速度( Vm)，并通過下面的公式從信號積分計算特征時間 tc：

tc＝ te-ts

其中， te是當(dāng)速度達到最大速度的一個預(yù)定百分比時的結(jié)束時間， ts是當(dāng)速度達到最大速度的一個較小百分比時的開始時間。

然后由下面的表達式確定一個B值：

其中，B是高爾夫球桿的相對柔韌性的一個量度，而A表示特征時間對撞擊速度的敏感性，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150微秒的B值意味著該球桿比測試出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Pico 公司的PicoScope 4224 IEPE 示波器，內(nèi)置IEPE接口，可兼容行業(yè)標準的IEPE加速度傳感器和麥克風(fēng)，專用于沖擊和振動測試。該示波器有2個測試通道，20MHz帶寬、80MS/s實時采樣率、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)境中通過調(diào)用PS4000.dll動態(tài)鏈接庫來對示波器進行二次開發(fā)，支持C、Excel、LabVIEW和Visual Basic編程語言。一個典型的數(shù)據(jù)采集的二次開發(fā)步驟如下：

1.打開示波器

2.設(shè)置每個輸入通道的電壓測量范圍和耦合模式

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

擺錘測試軟件Pendulum Test console 4.0是R&A Rules Limited(R&A) 和美國高爾夫球協(xié)會（USGA）對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試的應(yīng)用軟件。軟件界面如圖2所示。

測試過程

測試前準備

（1）將待測試的高爾夫球桿固定在擺錘測試臺的底座，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)，確認撞擊點的位置。

（2）IEPE傳感器的一端連接擺錘測試臺支架的鋼球上，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，軟件自動識別示波器硬件。識別到硬件之后，測試軟件的控制數(shù)據(jù)采集的按鈕被激活。

測試過程

作為擺錘的鋼球由一個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位置，釋放棘輪和棘爪組件時，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棘爪上，點擊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。軟件自動計算出一組數(shù)據(jù)，并顯示本次加速度、速度的變化曲線。連續(xù)重復(fù)該過程兩次，因此第一個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和第三個棘爪上，重復(fù)對第一個棘輪的三次操作，最后我們得到9組測試數(shù)據(jù)。

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

總結(jié)

擺錘測試裝置是一個簡易的高爾夫球桿桿頭柔韌性測試的裝置，其操作簡單、測試準確，經(jīng)過多次試驗發(fā)現(xiàn)，一個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，該套鐘擺測試裝置已經(jīng)被國內(nèi)外的許多大型的高爾夫球桿生產(chǎn)廠商所認可，作為評估高爾夫球桿的柔韌性是否符合最終客戶的需求的標準之一。