基于開關原理國民體質測試器材可靠性檢測的設備研究

尉飛

摘 要：為解決我國基于開關原理國民體質測試器材可靠性檢測設備現有技術中存在的不足，本文闡述了一款通過直流電機和曲柄連桿結構相結合，該設備的設計原理是利用直流電機的旋轉帶動曲柄連桿，實現對試樣的循環加載，以此檢測開關原理國民體質測試器材的可靠性，實現了對該類檢測設備通用性、科學性、精密性的預期效果。

關鍵詞：開關原理，國民體質測試器材，可靠性檢測

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.07.017

1 研究背景

2023年1月1日起施行的《中華人民共和國體育法》第十八條中明確規定：“國家推行全民健身計劃，制定和實施體育鍛煉標準，定期開展公民體質監測和全民健身活動狀況調查，開展科學健身指導工作。”這是我國國民體質監測工作走向法制化的標志。對國家政府部門而言，通過國民體質監測可以客觀準確地了解不同地域、不同年齡、不同人群的體質水平和特點，為國家制定體育政策法規提供依據。同時，體質監測也是檢驗全民健身計劃的實施效果，提高群眾體育管理工作科學化的必要手段。對于參加體質測試的國民個體而言，通過體質測試可了解自身的體質水平狀況，為更好地選擇有效的健身方法，提高體育鍛煉的效果。

另外，為了規范我國國民體質測試器材的生產研發、政府采購、質量檢驗與質量監督，保證國民體質測試數據的準確可靠，助力全民健身計劃的實施，我國出臺了GB/T 19851.12-2005《中小學體育器材和場地 第12部分《學生體質健康測試器材》、行業標準TY/T 2001-2005《國民體質測試器材 通用要求》等相關產品的質量要求標準。標準中對開關原理國民體質測試器材（如：反應時測試儀、縱跳測試儀、閉眼單腳測試儀等）可靠性能檢測提出了相關技術要求。但目前，國內對此類產品的可靠性檢測設備大多為定制專用類型，通用性差、檢測結果偏差大。主要原因有以下幾點。

（1）開關原理類體質測試器材種類繁多，如：反應時測試儀、縱跳測試儀、閉眼單腳測試儀等，且不同廠家和品牌的產品結構、規格樣式一般不同，現有的壽命耐久性能檢測設備很難滿足多種器材的不同檢測要求，針對不同器材只能定制專用的工裝夾具和試模，致使壽命耐久性能檢測設備的通用性差。

（2）現有的產品標準中對開關原理類體質測試器材的測試頻率及測試次數有嚴格規定，在耗時較長的檢測過程中，現有耐久性能檢測設備難以實時有效獲取被測樣品的實驗數據，數據獲取不準確，往往導致最終的檢測結果偏差較大。

2 理論依據

依據國家標準TY/T 2001-2015《國民體質測試器材 通用要求》、GB/T 19851.12-2005《中小學體育器材和場地 第12部分：學生體質健康測試器材》中對開關原理運動類體質測試器材規定的可靠性能（耐久性能）測試方法及要求如下。

（1）反應時等基于開關原理進行測試的器材，以3～5次/s的速率按動開關，使其從起始位置到達接通位置。

（2）縱跳、閉眼單腳站立等基于開關原理且承受人體載荷的測試器材，在開關動作方向上，應施加1.25倍人體質量的載荷，試驗過程中無明顯沖擊載荷，接觸面直徑為300mm，使其從起始位置到接通位置，循環間隔應大于等于5s。

（3）基于開關原理進行測試器材（如：反應時等）頻次不少于100，000次。

（4）基于開關原理且承受人體載荷的測試器材（如：縱跳、閉眼單腳站立等）頻次不少于50，000次。

（5）試驗后，不應出現結構性零部件的斷裂、開焊、損壞和影響測試器材使用的永久性變形等現象。

（6）不應有運行系統、操控其他及其傳遞信號的停頓、中斷、紊亂、失靈、失控等現象，測試器材的各系統應能正常工作。

3 設備設計

3.1 系統技術指標

3.2 檢測設備工作原理

（1）通過直流電機和曲柄連桿結構相結合，利用直流電機的旋轉帶動曲柄連桿實現對試樣的循環加載。試驗過程的頻率由調壓器進行調節。整體結構如圖1所示。

（2）由于被測試樣的尺寸大小不一，且按鍵的位置分布各有不同，所以為了能對試樣的所有按鍵進行測試，設備設計了XYZ三軸調節，將被測試樣平放在工作臺上，可以通過移動按鈕按動裝置，對樣品的任意一個按鍵進行測試。

（3）測試過程由直流電機帶動曲柄連桿，控制沖頭做垂直方向的循環往復運動，從而實現高頻按動按鍵的測試需求。其結構如圖2所示。

（4）通過調壓器控制直流電機的電壓，可以控制直流電機的轉速，從而控制按壓按鍵的頻率，按壓次數和頻率通過高頻接近開關采集并傳輸至高速計數器和頻率表進行顯示（如圖3所示）。

4 結 語

該檢測設備的設計和制造滿足了相關產品標準的指標要求和測試需求，解決了自動化測試替代人工測試的不便捷、不科學的技術問題，使體質測試器材耐久性能的檢測工作更加高效，實現科學檢測、快速檢測一體化，進而幫助生產企業有效控制質量，提升體質測試器材質量監管的效率和水平，為國民體質測試器材的檢測工作提供了技術支撐和裝備保障。

參考文獻

TY/T 2001-2015，國民體質測試器材 通用要求[S].

GB/T 19851.12-2005，中小學體育器材和場地 第12部分：[1] 學生體質健康測試器材[S].