專(zhuān)利名稱(chēng)：一種肌肉張力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及人體運(yùn)動(dòng)信息的檢測(cè)裝置，更具體地說(shuō)是一種用于獲取肌肉張力參數(shù)，判斷肌肉緊張程度的檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
肌肉張力是指肌肉在松弛狀態(tài)下的機(jī)械緊張度，它描述了肌肉在收縮和舒張之間的恢復(fù)狀況，可用于生理信息的檢測(cè)對(duì)人體進(jìn)行康復(fù)治療的肌肉恢復(fù)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，也可用于康復(fù)助力機(jī)器人關(guān)節(jié)控制的輸入指標(biāo)。目前獲取檢測(cè)肌肉張力參數(shù)的方法、途徑有很多種觸診是傳統(tǒng)的診斷方法，通過(guò)肉眼觀察與人手觸摸感知但帶有很強(qiáng)的主觀性，并不能客觀地反映肌肉的功能狀況。生物機(jī)械法測(cè)量肌肉張力，主要是測(cè)扭矩的方法及設(shè)備，由電機(jī)帶動(dòng)減速器、在減速器的輸出軸上安裝待測(cè)部位固定裝置及扭矩檢測(cè)儀組成，它是通過(guò)對(duì)扭矩的測(cè)量來(lái)推測(cè)被測(cè)部位肌張力的變化總趨勢(shì)，是一種間接的測(cè)量，而對(duì)于不同類(lèi)型的肌張力變化特點(diǎn)不能反應(yīng)出來(lái)。因此對(duì)于肌張力定量的分析，仍是一個(gè)困難而未解決的問(wèn)題。肌電圖測(cè)試方法分為針電肌電和表面肌電獲取。針電極檢測(cè)將針電極插入到肌肉中，可能對(duì)人體產(chǎn)生損傷。表面肌電信號(hào)是從皮膚表面通過(guò)電極引導(dǎo)、記錄下來(lái)的神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動(dòng)時(shí)的生物電信號(hào)，它與肌肉的活動(dòng)狀態(tài)存在關(guān)聯(lián)性，能反映神經(jīng)肌肉的活動(dòng)。但由于肌電信號(hào)的檢測(cè)受表面電極放置位置、人體汗液皮、體溫變化以及下脂肪厚度等不確定因素的影響，會(huì)影響信息獲取的準(zhǔn)確性。肌張力儀-美國(guó)邁騰(ΜΥ0Τ0Ν)無(wú)創(chuàng)肌肉檢測(cè)系統(tǒng)能夠通過(guò)檢測(cè)生物機(jī)械力來(lái)提供振動(dòng)頻率、彈性、硬度等生物機(jī)械力學(xué)特性參數(shù)，真實(shí)客觀地反映肌肉的功能狀態(tài)，并且可對(duì)新陳代謝作用進(jìn)程做出評(píng)估。但是目前價(jià)格十分價(jià)格昂貴、通用性差。中國(guó)專(zhuān)利(CN201642051U)介紹了一種將感應(yīng)部件封裝在硅膠套在手部的肌張力傳感器，通過(guò)形變捕捉動(dòng)作，并輸出相應(yīng)的電信號(hào)，用以醫(yī)學(xué)手術(shù)中監(jiān)測(cè)動(dòng)作，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單、臨床易用、不受手術(shù)體位影響。但肌張力的定量分析也很困難。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種使用簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能準(zhǔn)確、價(jià)格低廉、可穩(wěn)定獲取肌肉張力參數(shù)的肌肉張力傳感器。本實(shí)用新型為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型肌肉張力傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由盒體和底部端蓋構(gòu)成一柱狀殼體，在所述柱狀殼體內(nèi)，與盒體的頂板相貼的是一壓力傳感器，一“T”形探頭以其頂部端面與所述壓力傳感器的底部端面相抵，所述“T”形探頭上的凸柱自所述底部端蓋的中央通孔中貫穿、 凸伸在所述柱狀殼體的外部；在所述柱狀殼體的外部，作為壓敏器件的壓電薄膜電阻與盒體的頂板相貼；在所述盒體的上方，另有一 “T”形頂蓋以其凸柱的底部端面抵于所述壓電薄膜電阻，壓電薄膜電阻與設(shè)置在柱狀殼體中的電路板以貫穿盒體的導(dǎo)線(xiàn)電連接；在所述頂蓋的上方，以壓板與所述頂蓋形成夾板，綁帶夾固在由壓板與頂蓋構(gòu)成的夾板中。本實(shí)用新型肌肉張力傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于在所述頂蓋上設(shè)置限位螺栓，所述限位螺栓的栓柱貫穿盒體的頂板上通孔，并在柱狀殼體的內(nèi)部以螺母壓套復(fù)位簧，使所述限位螺栓在盒體的頂板上通孔中可軸向滑動(dòng)。本實(shí)用新型肌肉張力傳感器進(jìn)行肌肉張力檢測(cè)的方法是按如下步驟進(jìn)行將肌肉張力傳感器通過(guò)綁帶綁定在人體上臂肱二頭肌或者肱三頭肌上，上臂作屈伸運(yùn)動(dòng)，根據(jù)壓力傳感器的檢測(cè)信號(hào)冊(cè)與壓電薄膜電阻的檢測(cè)信號(hào)Ft，按式(1)計(jì)算獲得肌肉張力參數(shù)S:
「πFb Ml - (Ft:tFb)2)§ = _FJ_+ 2
3 0 ⑴。壓力傳感器由差動(dòng)電橋、檢測(cè)放大濾波電路構(gòu)成，全橋差動(dòng)電路為四個(gè)應(yīng)變片，兩個(gè)受拉應(yīng)變，兩個(gè)受壓應(yīng)變，將應(yīng)變片接入相對(duì)橋臂上，組成惠斯頓電橋。壓力傳感器標(biāo)準(zhǔn)量程為1. 5Lbf (力值750g)，最大負(fù)載不能超過(guò)IOLbf (4. 5kgf)，線(xiàn)性輸出1-4V電壓信號(hào)， 經(jīng)標(biāo)定后標(biāo)記為Fb。壓電薄膜電阻是將壓力轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的超薄壓變電阻，可以選用f Iexiforce A201，B201等。由于壓電薄膜電阻像紙一樣薄的結(jié)構(gòu)，可彎曲和測(cè)力特性可用來(lái)測(cè)兩表面之間的壓力，也便于減小肌肉張力傳感器的體積。壓電薄膜電阻傳感器標(biāo)準(zhǔn)量程為ILbf，最大負(fù)載不能超過(guò)IOLbf，經(jīng)檢測(cè)放大電路和RC濾波電路后輸出線(xiàn)性輸出0-5V電壓信號(hào)，經(jīng)標(biāo)定后標(biāo)記為Ft。將綁帶壓住肌肉張力傳感器并綁在上臂上，上臂作屈伸運(yùn)動(dòng)，用數(shù)據(jù)采集卡對(duì)肌肉張力傳感器輸出電壓信號(hào)進(jìn)行采集、標(biāo)定，并將電壓值轉(zhuǎn)化為力值。檢測(cè)過(guò)程中，壓電薄膜電阻會(huì)受到來(lái)自綁帶的壓力，被檢測(cè)出來(lái)的信號(hào)標(biāo)記為Ft，“T”型探頭上的凸柱嵌入到皮膚中，壓力傳感器會(huì)受到來(lái)自“T”型探頭的壓力，被檢測(cè)出來(lái)的信號(hào)標(biāo)記為冊(cè)。當(dāng)肌肉張力變化時(shí)，肌肉緊張程度與i^b/Ft有很大的相關(guān)性，因此定義S = Fb/Ft為肌肉張力參數(shù)，該參數(shù)與邵氏A硬度計(jì)刻度對(duì)應(yīng)。因?yàn)閯?dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程中傳感器的參數(shù)冊(cè)、Ft均發(fā)生變化，S呈非線(xiàn)性，因些需要改進(jìn)測(cè)量方法，將冊(cè)、Ft代入非線(xiàn)性補(bǔ)償方法求得的公式
Ft-Fh . F b * Γ1 - C —-_ 2 1
S= ( ( Ft ) ) + 2使5呈線(xiàn)性。
3 0,與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在1、以本實(shí)用新型獲取肌肉張力參數(shù)，測(cè)結(jié)果量精度高、重復(fù)性好；檢測(cè)到的肌肉張力參數(shù)能準(zhǔn)確反映肱二頭肌、肱三頭肌等肌肉張力信息，能充分反映人體運(yùn)動(dòng)意圖，不僅可以作為類(lèi)人機(jī)械手、人工假肢、助老助殘機(jī)器人的控制輸入信號(hào)，還可以用作生理信息的檢測(cè)對(duì)人體進(jìn)行康復(fù)治療的肌肉恢復(fù)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。2、本實(shí)用新型體積小、質(zhì)量輕、方便配戴；

圖1是本實(shí)用新型內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；[0024]圖加是本實(shí)用新型使用狀態(tài)示意圖；圖2b為本實(shí)用新型使用狀態(tài)下與人體相接觸的狀況；圖3是本實(shí)用新型壓力傳感器檢測(cè)電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型壓電薄膜電阻檢測(cè)電路原理圖；圖中標(biāo)號(hào)1壓板；2螺釘；3為“T”形頂蓋；4壓力傳感器；5壓力薄膜電阻；6限位螺栓；7復(fù)位簧；8螺母；9盒體；10底部端蓋；11為“T”型探頭；12電路板；13綁帶；14傳感器；15 “T”型探頭；16肌肉。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1、圖加和圖2b，本實(shí)施例是由盒體9和底部端蓋10構(gòu)成一柱狀殼體，在柱狀殼體內(nèi)，與盒體9的頂板相貼的是一壓力傳感器4，一“T”形探頭11以其頂部端面與壓力傳感器4的底部端面相抵，“T”形探頭11上的凸柱自底部端蓋10的中央通孔中貫穿、凸伸在柱狀殼體的外部；在柱狀殼體的外部，作為壓敏器件的壓力薄膜電阻5與盒體9的頂板相貼；在盒體9的上方，另有一“T”形頂蓋3以其凸柱的底部端面抵于壓力薄膜電阻5，壓電薄膜電阻5與設(shè)置在柱狀殼體中的電路板12以貫穿盒體9的導(dǎo)線(xiàn)電連接；在頂蓋3的上方，以壓板1與頂蓋3形成夾板，綁帶13夾固在由壓板1與頂蓋3構(gòu)成的夾板中，并以螺釘 2緊固，綁帶12采用尼龍粘扣帶。具體實(shí)施中，在頂蓋3上設(shè)置限位螺栓6，限位螺栓6的栓柱貫穿盒體9的頂板上通孔，并在柱狀殼體的內(nèi)部以螺母8壓套復(fù)位簧7，使限位螺栓6在盒體9的頂板上通孔中可軸向滑動(dòng)。檢測(cè)方法將肌肉張力傳感通過(guò)綁帶綁在人體上臂肱二頭肌上，上臂作屈伸運(yùn)動(dòng)，用數(shù)據(jù)采集卡獲得壓力傳感器的檢測(cè)信號(hào)1 與壓電薄膜電壓的檢測(cè)信號(hào)Ft，按式(1)計(jì)算獲得肌肉張力參數(shù)S
權(quán)利要求1.一種肌肉張力傳感器，其特征是由盒體(9)和底部端蓋(10)構(gòu)成一柱狀殼體，在所述柱狀殼體內(nèi)，與盒體(9)的頂板相貼的是一壓力傳感器，一“T”形探頭(11)以其頂部端面與所述壓力傳感器(4)的底部端面相抵，所述“T”形探頭上的凸柱自所述底部端蓋 (10)的中央通孔中貫穿、凸伸在所述柱狀殼體的外部；在所述柱狀殼體的外部，作為壓敏器件的壓電薄膜電阻( 與盒體(9)的頂板相貼；在所述盒體(9)的上方，另有一“T”形頂蓋(3)以其凸柱的底部端面抵于所述壓電薄膜電阻(5)，壓電薄膜電阻(5)與設(shè)置在柱狀殼體中的電路板(12)以貫穿盒體(9)的導(dǎo)線(xiàn)電連接；在所述頂蓋(3)的上方，以壓板⑴與所述頂蓋⑶形成夾板，綁帶(13)夾固在由壓板⑴與頂蓋(3)構(gòu)成的夾板中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肌肉張力傳感器，其特征是在所述頂蓋C3)上設(shè)置限位螺栓 (6)，所述限位螺栓(6)的栓柱貫穿盒體(9)的頂板上通孔，并在柱狀殼體的內(nèi)部以螺母(8) 壓套復(fù)位簧(7)，使所述限位螺栓(6)在盒體(9)的頂板上通孔中可軸向滑動(dòng)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種肌肉張力傳感器，其特征是由盒體和底部端蓋構(gòu)成一柱狀殼體，在柱狀殼體內(nèi)，與盒體的頂板相貼的是一壓力傳感器，一“T”形探頭以其頂部端面與壓力傳感器的底部端面相抵，“T”形探頭上的凸柱自底部端蓋的中央通孔中貫穿、凸伸在柱狀殼體的外部；在柱狀殼體的外部，作為壓敏器件的壓電薄膜電阻與盒體的頂板相貼；在盒體的上方，另有一“T”形頂蓋以其凸柱的底部端面抵于所述壓電薄膜電阻，在頂蓋的上方，以壓板與頂蓋形成夾板，綁帶夾固在由壓板與頂蓋構(gòu)成的夾板中。本實(shí)用新型可穩(wěn)定地獲取肌肉張力參數(shù)，用對(duì)人體進(jìn)行康復(fù)治療的肌肉恢復(fù)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。
文檔編號(hào)A61B5/22GK202086486SQ20112012314
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者向馗, 孫建, 宋全軍, 李濤, 王金鳳, 葛運(yùn)建 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院