示波器在高爾夫球桿頭部柔韌性測試中的應用

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構不應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是當速度達到最大速度的一個預定百分比時的結束時間， ts是當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，內置IEPE接口，可兼容行業(yè)標準的IEPE加速度傳感器和麥克風，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.設置每個輸入通道的電壓測量范圍和耦合模式

3.設置觸發(fā)方式

4.開始采集數(shù)據(jù)（3種采樣模式，調用不同的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)復制到緩沖區(qū)

8.關閉示波器

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，調節(jié)高爾夫球桿夾具的水平調節(jié)和垂直調節(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

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)被國內外的許多大型的高爾夫球桿生產廠商所認可，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。