示波器在高尔夫球杆头部柔韧性测试中的应用

高尔夫球规则的附件II的第5a条规定，一个高尔夫球杆的头部表面的材料和结构不应存在碰撞时的弹簧作用，或者与一个标准钢表面相比的赋予球的更明显的旋转作用，或者任何其它过分影响球的运动的作用。因此，人们已经使用了各种技术来确定一个高尔夫球杆的头部撞击一个球时的作用。R&A Rules Limited(R&A) 和美国高尔夫球协会（USGA）研制了一套便携式的钟摆测试装置，该装置用来测量高尔夫球杆头部柔韧性，从而作为评估高尔夫球杆是否符合高尔夫球规则的一种方法。

2系统组成

钟摆测试装置由5部分组成：钟摆测试台、加速度计、Pico示波器、Pendulum Test console软件。如图1所示：

2.1钟摆测试台

钟摆测试台使用一个以钟摆方式安装的钢球，以便摆动撞击一个高尔夫球杆的头部表面。高尔夫球杆的一端固定在设备底座上的一个垫块上，球杆头部自由安装，并且面对撞击球。撞击球从一个固定位置摆动，以撞击高尔夫球杆的头部，并且用一个Pico示波器记录球与球杆头部表面撞击后球的加速度和运动，然后对加速度信号进行积分，以便确定速度随时间的变化。从信号积分确定一个最大速度( Vm)，并通过下面的公式从信号积分计算特征时间 tc：

tc＝ te- ts             

其中， te是当速度达到最大速度的一个预定百分比时的结束时间， ts是当速度达到最大速度的一个较小百分比时的开始时间。

然后由下面的表达式确定一个B值：

其中，B是高尔夫球杆的相对柔韧性的一个量度，而A表示特征时间对撞击速度的敏感性，它取决于高尔夫球杆头部表面的弹性模量。

典型地，B的值为微秒，并且在0-1000之间。该值越低，高尔夫球杆越硬。因此得到一个150微秒的B值意味着该球杆比测试出B值为200微秒的球杆更硬。

2.2加速度记录装置

加速度记录装置的核心模块采用英国Pico 公司的PicoScope 4224 IEPE 示波器，内置IEPE接口，可兼容行业标准的IEPE加速度传感器和麦克风，专用于冲击和振动测试。该示波器有2个测试通道，20MHz带宽、80MS/s实时采样率、32M样本缓存。

Pico公司提供PicoScope 4000 API函数接口，用户可在每一种编程环境中通过调用PS4000.dll动态链接库来对示波器进行二次开发，支持C、Excel、LabVIEW和Visual Basic编程语言。一个典型的数据采集的二次开发步骤如下：

1.打开示波器

2.设置每个输入通道的电压测量范围和耦合模式

3.设置触发方式

4.开始采集数据（3种采样模式，调用不同的start函数）

5.等待直到示波器数据采集完毕

6.停止数据采集

7.将捕获的数据复制到缓冲区

8.关闭示波器

摆锤测试软件Pendulum Test console 4.0是R&A Rules Limited(R&A) 和美国高尔夫球协会（USGA）对PicoScope 4224 IEPE 示波器专门开发的一款用于高尔夫球杆杆头柔韧性测试的应用软件。软件界面如图2所示。

测试过程

测试前准备

（1）将待测试的高尔夫球杆固定在摆锤测试台的底座，调节高尔夫球杆夹具的水平调节和垂直调节，确认撞击点的位置。

（2）IEPE传感器的一端连接摆锤测试台支架的钢球上，一端连接到示波器的A通道

（3）连接PicoScope 4224 IEPE示波器到PC的USB端口，示波器为USB供电。

（4）打开上Pendulum Test Console 软件，软件自动识别示波器硬件。识别到硬件之后，测试软件的控制数据采集的按钮被激活。

测试过程

作为摆锤的钢球由一个棘轮和棘爪组件控制，可将钢球保持在离开高尔夫球杆头部的几个位置，释放棘轮和棘爪组件时，钢球在重力的作用下自由地向高尔夫球杆杆头撞击。

先将钢球固定在棘轮的第一个棘爪上，点击Pendulum Test Console软件的采集按钮，释放棘轮组件，钢球在重力的作用下向高尔夫球杆杆头撞击。软件自动计算出一组数据，并显示本次加速度、速度的变化曲线。连续重复该过程两次，因此第一个棘轮上总共得到三组数据。然后分别将钢球固定在第二个和第三个棘爪上，重复对第一个棘轮的三次操作，最后我们得到9组测试数据。

Pendulum Test Console软件自动根据9组数据计算出截距、斜率和特征时间三个参数值。我们可根据这三个参数值来确定待测试的高尔夫球杆杆头的柔韧性是否符合要求。

总结

摆锤测试装置是一个简易的高尔夫球杆杆头柔韧性测试的装置，其操作简单、测试准确，经过多次试验发现，一个合格的高尔夫球杆的参数范围：Intercept 220~257，slope小于20，Width IC在10us以下。目前，该套钟摆测试装置已经被国内外的许多大型的高尔夫球杆生产厂商所认可，作为评估高尔夫球杆的柔韧性是否符合最终客户的需求的标准之一。