本實用新型涉及軟組織的生物力學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種生物軟組織微觀力學(xué)特性測試儀。

背景技術(shù)：

軟組織的生物力學(xué)研究涵蓋一個非常廣泛的范圍，幾乎包括人體內(nèi)除骨骼外所有的組織系統(tǒng)。這些組織系統(tǒng)具體包括皮膚、軟骨、結(jié)締組織、肌肉和內(nèi)臟器官。生物軟組織研究廣泛的范圍需要一個完整的機械性能測試，包括壓縮、拉伸、扭轉(zhuǎn)、剪切、壓入以及疲勞試驗。

軟組織研究的一大目的是為了特征化生物組織的機械性能從而更好地設(shè)計計算模型，這些模型可以更好地理解各種醫(yī)療條件，如機動車事故過程中的內(nèi)部器官損害和創(chuàng)傷性腦損傷腦內(nèi)材料性質(zhì)的改變等。軟組織研究同時分析了人體內(nèi)生物組織在不同機械載荷下的材料行為，如機械負荷對纖維組織結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響。隨著為更好計算模型提供數(shù)據(jù)，這些信息對生物組織工程是開發(fā)與原生組織機械性能和結(jié)構(gòu)相匹配的組織來說是非常必要的。

生物組織的力學(xué)特性測試在組織工程、醫(yī)療器械的研究與開發(fā)過程中是重要的環(huán)節(jié)。目前主要的生物組織力學(xué)特性測試包括擠壓測試、拉伸測試和剪切測試。針對各向異性的組織測試，以擠壓測試和拉伸測試為主要測試方法。其中，擠壓測試對生物組織固定要求較低，測試靈活，應(yīng)用面廣。

目前，生物組織力學(xué)特性測試的試驗儀器有Bose 5500系列、Instron 5900、CSM bioindenter系列、TestResource 100系列，雖然可以測試產(chǎn)品的基本功能，但難以對微小變形和受力測試、不能開展對5mm尺度及以下的樣本測試、成本較高。

有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的生物軟組織微觀力學(xué)特性測試儀，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的目的是提供一種可以測試微小型力與微位移的生物軟組織微觀力學(xué)特性測試儀。

本實用新型的生物軟組織微觀力學(xué)特性測試儀，包括支座，所述支座上設(shè)有

-樣本測試臺、朝向樣本測試臺的壓力測試頭以及驅(qū)動壓力測試頭朝向/背向樣本測試臺移動的驅(qū)動機構(gòu)；

-微型力測試組件，所述微型力測試組件包括第一導(dǎo)管、與第一導(dǎo)管活動連接且支撐所述樣本測試臺連接的第一活塞、第二導(dǎo)管、與第二導(dǎo)管活動連接的第二活塞、與第二活塞連接的放大壓力臺及對放大壓力臺進行受力測試的力傳感器，所述第一導(dǎo)管與第二導(dǎo)管通過軟管連通，所述樣本測試臺的截面積小于放大壓力臺的截面積。

進一步的，所述支座上還設(shè)有微位移測量組件，所述微位移測量組件包括一端隨所述壓力測試頭移動的杠桿、支撐杠桿的支桿、由杠桿帶動移動的位移測試滑塞和對位移測試滑塞進行位移測試的位移傳感器，所述杠桿隨所述壓力測試頭移動的端部與所述支桿之間的距離小于所述位移測試滑塞與所述支桿之間的距離。

進一步的，所述微位移測量組件還包括限定所述位移測試滑塞直線移動的導(dǎo)軌槽，所述杠桿沿其長度方向設(shè)有滑槽，所述位移測試滑塞一端與所述滑槽滑動連接、另一端與所述導(dǎo)軌槽滑動連接。

進一步的，所述杠桿沿其長度方向還設(shè)有調(diào)節(jié)槽，所述支桿的端部與所述調(diào)節(jié)槽轉(zhuǎn)動連接。

進一步的，所述驅(qū)動結(jié)構(gòu)為直線電機，直線電機的輸出端通過連桿連接所述壓力測試頭。

進一步的，所述杠桿隨所述壓力測試頭移動的端部與所述連桿連接。

進一步的，所述力傳感器與所述放大壓力臺之間的距離可調(diào)節(jié)。

進一步的，所述第一導(dǎo)管與第二導(dǎo)管的底部均設(shè)有液壓口，所述軟管的兩端分別連接兩液壓口。

進一步的，所述支座上還設(shè)有支撐所述第一導(dǎo)管的XYZ移動平臺，所述XYZ移動平臺包括與所述支座連接的X移動平臺、與X移動平臺滑動連接的XY移動平臺、沿XY移動平臺滑動的Y移動平臺、與Y移動平臺連接的Z平臺底板、與Z平臺底板垂直連接的第一Z向平臺、沿第一Z向平臺縱向滑動的第二Z向平臺、與第二Z向平臺連接且與所述第一導(dǎo)管連接的Z平臺頂板，還包括驅(qū)動所述XY移動平臺在X移動平臺上沿X向移動的第一驅(qū)動組件、驅(qū)動Y移動平臺在XY移動平臺上沿Y向移動的第二驅(qū)動組件、驅(qū)動第二Z向平臺在第一Z向平臺上沿Z向移動的第三驅(qū)動組件。

進一步的，所述第一驅(qū)動組件包括與所述X移動平臺連接的第一螺旋筒支架、與所述XY移動平臺連接的第一擋塊、穿設(shè)在第一螺旋筒支架上能夠與第一擋塊相抵的第一螺桿、與第一螺桿螺接且與第一螺旋筒支架連接的第一螺紋管、與第一螺桿端部螺接的第一螺旋筒；所述第二驅(qū)動組件包括與所述XY移動平臺連接的第二螺旋筒支架、與所述Y移動平臺連接的第二擋塊、穿設(shè)在第二螺旋筒支架上能夠與第二擋塊相抵的第二螺桿、與第二螺桿螺接且與第二螺旋筒支架連接的第二螺紋管、與第二螺桿端部螺接的第二螺旋筒；所述第三驅(qū)動組件包括與所述Z平臺底板連接的旋鈕支架、與所述第二Z向平臺轉(zhuǎn)動連接且能夠與旋鈕支架相抵的旋鈕、與第二Z向平臺連接的第三螺旋筒支架、穿設(shè)在第三螺旋筒支架上能夠與旋鈕相抵的第三螺桿、與第三螺桿螺接且與第三螺旋筒支架連接的第三螺紋管、與第三螺桿端部螺接的第三螺旋筒，所述旋鈕包括旋鈕桿、套設(shè)在旋鈕桿上的旋鈕環(huán)，所述旋鈕環(huán)外周上連接有相垂直的第一旋鈕臂和第二旋鈕臂，所述第一旋鈕臂和第二旋鈕臂的端部均設(shè)有分別朝向所述旋鈕支架和第三螺桿的觸頭。

借由上述方案，本實用新型至少具有以下優(yōu)點：

1、采用液壓放大原理對微小力進行放大，從而可以對生物軟組織的微小型力進行測試；

2、采用杠桿放大原理對微位移進行放大，從而可以對生物軟組織的微小變形進行測試；

3、XYZ移動平臺調(diào)節(jié)精度高，可以準確調(diào)整樣本測試臺的初始位置。

上述說明僅是本實用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型中XYZ移動平臺的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型中旋鈕的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。

參見圖1至圖3，本實用新型一較佳實施例所述的一種生物軟組織微觀力學(xué)特性測試儀，包括支座，支座包括水平的底板11和與底板11垂直連接的豎板12，底板11上設(shè)置XYZ移動平臺50，XYZ移動平臺50上設(shè)置第一導(dǎo)管31，第一導(dǎo)管31活動連接有能夠相對其縱向滑動的第一活塞32，第一活塞32上連接有樣本測試臺21，通過第一活塞32支撐樣本測試臺21；底板11上還設(shè)置有第二導(dǎo)管33，第二導(dǎo)管33活動連接有能夠相對其縱向滑動的第二活塞34，第二活塞34上連接有放大壓力臺35，通過第二活塞34支撐放大壓力臺35；第一導(dǎo)管31與第二導(dǎo)管33的底部均設(shè)有液壓口37，通過軟管連接兩液壓口37，使第一導(dǎo)管31與第二導(dǎo)管33連通；豎板12上設(shè)有直線電機23，直線電機23的連接一連桿24，連桿連接一壓力測試頭22，壓力測試頭22的端部朝向樣本測試臺21；豎板12上還設(shè)置有能夠與放大壓力臺35接觸的力傳感器36。本實用新型中，第一導(dǎo)管31、第一活塞32、第二導(dǎo)管33、第二活塞34、放大壓力臺35及對放大壓力臺35進行受力測試的力傳感器36構(gòu)成生物軟組織的微型力測試組件，即采用液壓放大原理對微小力進行放大，從而對生物軟組織的微小型力進行測試。為了能夠?qū)崿F(xiàn)液壓放大，本實用新型中樣本測試臺21的截面積小于放大壓力臺35的截面積。

對樣本的微小力進行測量時，將樣本放置在樣本測試臺21上，當直線電機23帶動壓力測試頭22下壓樣本后，樣本測試臺21受壓后對第一活塞32加壓，產(chǎn)生壓強，由于第一導(dǎo)管31與第二導(dǎo)管33連通，通過液體將壓力傳遞給第二活塞34，液體在相同壓強下由于放大壓力臺35的截面積大于樣本測試臺21的截面積，相應(yīng)傳導(dǎo)的壓力被放大，即通過放大壓力臺35將樣本收到的壓力進行放大；由于力傳感器36與放大壓力臺35接觸，力傳感器36對放大壓力臺35受到的壓力進行測量，換算后，即可得出樣本受到的壓力，從而檢測出樣本的力學(xué)特性。

由于需要確保力傳感器26與放大壓力臺35接觸，才能測量放大壓力臺35的壓力，因此，本實用新型中力傳感器36與放大壓力臺35之間的距離可調(diào)節(jié)，通過調(diào)整力傳感器36的位置，使力傳感器26與放大壓力臺35接觸。具體的，將力傳感器36安裝在力傳感器固定板13上，并在豎板12上開設(shè)腰形槽14，將力傳感器固定板13通過螺栓穿過腰形槽14安裝在豎板12上，從而可調(diào)節(jié)力傳感器固定板13在豎板12上的位置，從而調(diào)整力傳感器26與放大壓力臺35接觸。

本實用新型中，與壓力測試頭22連接的連桿24上還連接有杠桿41，杠桿41的一端與連桿24連接，另一端懸空，并在豎板12上設(shè)置有支桿42，支桿42與杠桿41轉(zhuǎn)動連接，用于支撐杠桿41，使杠桿41的一端可隨壓力測試頭22移動；杠桿41還轉(zhuǎn)動連接有位移測試滑塞43，并在豎板12上設(shè)有正對位移測試滑塞43的位移傳感器44，以測量位移測試滑塞43的位移量。本實用新型中，杠桿41、支桿42、位移測試滑塞43和對位移測試滑塞進行位移測試的位移傳感器44構(gòu)成微位移測量組件，即采用杠桿放大原理對微位移進行放大，從而對生物軟組織的微小變形進行測試。為了能夠?qū)崿F(xiàn)杠桿放大，本實用新型中杠桿41隨壓力測試頭22移動的端部與支桿42之間的距離小于位移測試滑塞43與支桿42之間的距離。

為了限定位移測試滑塞43在杠桿41的帶動下沿直線移動，本實用新型在豎板上還設(shè)有供位移測試滑塞43直線滑動的導(dǎo)軌槽45，導(dǎo)軌槽45縱向設(shè)置。由于杠桿41在壓力測試頭22作用下，繞支桿41轉(zhuǎn)動，而杠桿41的端部是隨壓力測試頭22縱向移動、位移測試滑塞43在杠桿41的帶動下沿導(dǎo)軌槽45縱向移動，為了將曲線移動軌跡轉(zhuǎn)換成直線移動軌跡，本實用新型在杠桿41上沿其長度方向設(shè)有滑槽，將位移測試滑塞43的一端與滑槽滑動連接、另一端與導(dǎo)軌槽45滑動連接；在杠桿41上沿其長度方向還設(shè)有調(diào)節(jié)槽，將支桿42的端部與調(diào)節(jié)槽轉(zhuǎn)動連接。通過使位移測試滑塞43與支桿42分別在滑槽與調(diào)節(jié)槽內(nèi)滑動，從而在杠桿41轉(zhuǎn)動的過程中，使杠桿41的端部與位移測試滑塞縱向移動，準確反映出樣本受壓后的微變形。

對樣本的微小位移進行測量時，將樣本放置在樣本測試臺21上，當直線電機23帶動壓力測試頭22下壓樣本后，壓力測試頭22縱向移動帶動杠桿41轉(zhuǎn)動，使位移測試滑塞43沿導(dǎo)軌槽45移動，因杠桿41隨壓力測試頭22移動的端部與支桿42之間的距離小于位移測試滑塞43與支桿42之間的距離，因此，位移測試滑塞43移動的位移大于壓力測試頭22移動的距離，從而將壓力測試頭22的微小位移放大，放大的位移通過位移傳感器44進行測量，換算后，即可得出樣本的微小變形量，從而檢測出樣本的力學(xué)特性。

本實用新型中樣本測試臺21的初始位置通過XYZ移動平臺50調(diào)整。具體的，XYZ移動平臺50包括與底板11連接的X移動平臺51、與X移動平臺51滑動連接的XY移動平臺52、沿XY移動平臺52滑動的Y移動平臺53、與Y移動平臺53連接的Z平臺底板54、與Z平臺底板54垂直連接的第一Z向平臺55、沿第一Z向平臺55縱向滑動的第二Z向平臺56、與第二Z向平臺56連接且與第一導(dǎo)管31連接的Z平臺頂板57，還包括驅(qū)動XY移動平臺52在X移動平臺51上沿X向移動的第一驅(qū)動組件、驅(qū)動Y移動平臺53在XY移動平臺52上沿Y向移動的第二驅(qū)動組件、驅(qū)動第二Z向平臺56在第一Z向平臺55上沿Z向移動的第三驅(qū)動組件。

具體的，第一驅(qū)動組件包括與X移動平臺51連接的第一螺旋筒支架61、與XY移動平臺52連接的第一擋塊62、穿設(shè)在第一螺旋筒支架61上能夠與第一擋62塊相抵的第一螺桿63、與第一螺桿63螺接且與第一螺旋筒支架61連接的第一螺紋管64、與第一螺桿63端部螺接的第一螺旋筒65；第二驅(qū)動組件包括與XY移動平臺52連接的第二螺旋筒支架、與Y移動平臺53連接的第二擋塊、穿設(shè)在第二螺旋筒支架上能夠與第二擋塊相抵的第二螺桿73、與第二螺桿73螺接且與第二螺旋筒支架連接的第二螺紋管、與第二螺桿端部螺接的第二螺旋筒75；第三驅(qū)動組件包括與Z平臺底板54連接的旋鈕支架81、與第二Z向平臺56轉(zhuǎn)動連接且能夠與旋鈕支架81相抵的旋鈕82、與第二Z向平臺56連接的第三螺旋筒支架83、穿設(shè)在第三螺旋筒支架83上能夠與旋鈕82相抵的第三螺桿84、與第三螺桿84螺接且與第三螺旋筒支架83連接的第三螺紋管85、與第三螺桿84端部螺接的第三螺旋筒86，其中，旋鈕82包括旋鈕桿91、套設(shè)在旋鈕桿91上的旋鈕環(huán)92，旋鈕環(huán)92外周上連接有相垂直的第一旋鈕臂93和第二旋鈕臂94，第一旋鈕臂93和第二旋鈕臂94的端部均設(shè)有分別朝向旋鈕支架81和第三螺桿84的觸頭，通過旋鈕桿91使旋鈕82與第二Z向平臺56轉(zhuǎn)動連接。

為使得XY移動平臺52可相對X移動平臺51滑動、Y移動平臺53可相對XY移動平臺52滑動、第二Z向平臺56可相對第一Z向平臺55滑動，本實用新型在XY移動平臺52的上下臺面上分別設(shè)有滑槽，且兩滑槽呈正交設(shè)置，并在XY移動平臺52與X移動平臺51之間、Y移動平臺53與XY移動平臺52之間設(shè)置滑塊58；同時在第一Z向平臺55朝向第二Z向平臺56的臺面上也設(shè)置縱向的滑槽，并在第一Z向平臺55與第二Z向平臺56之間設(shè)置滑塊58。

調(diào)整樣本測試臺21的初始位置時，通過調(diào)整Z平臺頂板87的水平位置和縱向高度即可，具體的，旋轉(zhuǎn)第一螺旋筒65，帶動第一螺紋管64轉(zhuǎn)動，使第一螺桿63朝向第一擋塊62移動并與第一擋塊62相抵，受到第一擋塊62的抵擋，XY移動平臺52在X移動平臺51上沿X向移動，從而帶動Z平臺頂板57沿X向移動；同樣的，旋轉(zhuǎn)第二螺旋筒75，帶動第二螺紋管轉(zhuǎn)動，使第二螺桿73朝向第二擋塊移動并與第二擋塊相抵，受到第二擋塊的抵擋，Y移動平臺53在XY移動平臺52上沿Y向移動，從而帶動Z平臺頂板57沿Y向移動；旋轉(zhuǎn)第三螺旋筒86，帶動第三螺紋管85轉(zhuǎn)動，使第三螺桿84朝向旋鈕82移動，并與旋鈕82的第一旋鈕臂93上的觸頭95接觸，在第三螺桿84的作用下，旋鈕82繞旋鈕桿91轉(zhuǎn)動，使第二旋鈕臂94上的觸頭95與旋鈕支架81接觸，受旋鈕支架81的抵擋作用，第二Z向平臺56在第一Z向平臺55上沿Z向移動，從而帶動Z平臺頂板57沿Z向移動，即實現(xiàn)了樣本測試臺21初始位置的調(diào)整。本實用新型利用螺桿調(diào)整Z平臺頂板的空間位置，調(diào)節(jié)精度較高，可以實現(xiàn)微調(diào)整。

對于數(shù)據(jù)采集與處理方面，數(shù)據(jù)采集與處理綜合應(yīng)用編寫程序界面進行，可以實時對測試采集的力與位移信號進行顯示，并針對不同的材料模型進行數(shù)值分析與處理。數(shù)據(jù)采集板卡采用PCI-1706，實現(xiàn)力與位移信號的同步采集，后處理采用高彈性模型對信號進行分析插值，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理綜合一體化。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本實用新型，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。