專利名稱：生物材料力學(xué)特性測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種動物及人類軟組織力學(xué)特性測試裝置。適用于肌肉組織(如骨骼肌、心肌、胃腸壁及血管壁等)、肌腱、韌帶、筋膜及皮膚等軟組織以及某些人工仿生材料的力學(xué)特性測定。
目前國內(nèi)外的材料試驗機不能使試樣在溶液中受試，因而不適用于生物材料的力學(xué)測試。
本實用新型的目的在于設(shè)計一種能使試樣處于用戶所給溶液中受試的力學(xué)測試裝置，以適應(yīng)于生物軟材料及仿生材料在模擬生理及病理環(huán)境中的力學(xué)特性測定，并力圖結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、方便實用。
本實用新型包括Ⅰ、Ⅱ兩型 主要由箱體1、支架3及上帽3A、動力及其傳動系統(tǒng)、張 力傳感系統(tǒng)、形變(位移)監(jiān)測系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成。以下分述之Ⅰ型如

圖1所示，該型裝置的支架3與上帽3A構(gòu)成一高約40～250cm、寬30～100cm的“門”形結(jié)構(gòu)。3的下端與箱體1兩側(cè)壁結(jié)合形成主機體。箱體1為一鑄件，其上面前部為一斜面，供安裝控制面板2用；內(nèi)部裝有電機、動力傳動系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)?？刂泼姘?上面設(shè)有主機電源開關(guān)33及指示燈34、上升鍵35、下降鍵36及升降指示燈37、清零鍵38、暫停鍵39、變速鈕40、位移顯示器13A、B及位移信號輸出和加荷自控信號輸入插口41、42。支架3為一寬10～16cm、深5～10cm的槽狀結(jié)構(gòu)，左右槽內(nèi)各容一金屬絲桿4于其中；4的上端裝于3A，下端裝于箱底，兩端均裝在軸承內(nèi)。橫梁5為一寬5～15cm、厚3～15cm、長度與兩絲杠間距相適應(yīng)的長方體形結(jié)構(gòu)。其兩端各有一絲杠螺母與4咬合。5的中部有一傳力桿孔6以容傳力桿9通過。5上還裝有垂臂7，7的下端裝有下夾持具固定器10B，以安裝下夾持具12用。張力傳感器8(已有技術(shù))裝在上帽3A上。傳力桿9為一直徑0.1～1.0cm的金屬桿，穿過傳力桿孔6懸掛于8上，其長度可達到水浴液面；9的下端裝有上夾持具固定器10A，以安裝上夾持具11。箱體的上面罩一蓋，稱載物臺14，以放置溶液容器。借助于垂臂7和傳力桿9及其下端的夾持具即可使試樣置于溶液中受試。
圖2示箱體及其中的動力及其傳動系統(tǒng)。箱體1內(nèi)有兩壁式軸座25(A、B)和兩渦桿座24。Ⅰ軸18上裝有渦輪17、主動齒輪19和通光盤23。Ⅱ軸21上裝有從動齒輪20。18和21的兩端均通過相應(yīng)的軸承裝于25的孔內(nèi)。渦桿16與渦輪17咬合。16的兩端載軸承裝于兩渦桿座24內(nèi)，其近電機端與電機的軸交接。Ⅱ軸21的兩端在其伸過25(A、B)外的部分各裝一傘齒輪32(A、B)。兩絲杠4的下端也各裝一與此相咬合的傘齒輪22(A、B)。通光盤23上有一圈通光孔，盤兩側(cè)分別設(shè)有光源26和光敏元件27。當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時，通過渦桿渦輪帶動18及23轉(zhuǎn)動，又通過主動和從動齒輪19、20帶動Ⅱ軸21及其兩端的傘齒輪32(A、B)轉(zhuǎn)動，后者分別帶動傘齒輪22(A、B)及絲杠4(A、B)轉(zhuǎn)動，進而帶動橫梁5做上下運動。5運動的距離就等于試樣一維形變，它與通光盤23所轉(zhuǎn)過的孔數(shù)間有一定關(guān)系。因而通過26和27將23轉(zhuǎn)過的孔數(shù)計數(shù)，并將其代表的長度值顯示在位移顯示器上和／或同步輸入到記錄系統(tǒng)，便可監(jiān)測試樣的形變。
電氣系統(tǒng)由直流或交流電機(已有技術(shù))提供動力。電路主要包括整流(用直流電機時)、穩(wěn)壓、穩(wěn)速、轉(zhuǎn)向、變速、快制動、位移計數(shù)、加荷自控及行程安全保險等部分。行程安全保險裝置設(shè)在支架3內(nèi)，14后部設(shè)有保險管座。轉(zhuǎn)向控制包括手動和遙控兩種方式。遙控器裝在記錄儀上。位移計數(shù)采用光電數(shù)顯電路。位移量既可由顯示器直接顯示，也可同時將光電信號輸入記錄裝置記錄。當(dāng)接通電源，開啟33時，34亮；13A、B設(shè)初值為零。按下降鍵36時，橫梁5開始下行，如在兩夾持具間夾持試樣，后者即被拉長，13A開始計數(shù)(延長量)；經(jīng)任一時間后，再按上升鍵35，5便轉(zhuǎn)而上行，試樣轉(zhuǎn)而縮短，13A停止計數(shù)而13B開始計數(shù)(縮短量)。如欲機器停止運行，則按暫停鍵39。這時電機停轉(zhuǎn)，橫梁停運，兩顯示器分別保留顯示升、降位移量。若要重復(fù)運行，按壓38使顯示器清零再重復(fù)上述操作。
該實用新型設(shè)有加荷自動遙控系統(tǒng)，遙控器裝在記錄裝置上，其功能是自動控制電機反轉(zhuǎn)時間－亦即試樣的最大受試張力，提高操作的自動化程度。
Ⅱ型其外形如圖3所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4、5所示。它只有一根絲杠4，另有一導(dǎo)向軸25，見圖4、5。橫梁5中部有一絲杠螺母以容許4旋轉(zhuǎn)通過；5的另一端有一導(dǎo)向孔，容25通過以使的運行方向垂直。絲杠4兩端分別安裝在箱體1中軸承座28內(nèi)的軸承29和上帽3A上相應(yīng)孔內(nèi)的軸承31中。橫梁5安裝在絲杠4和導(dǎo)向軸25上；其另一端水平伸向載物臺14的中部上方，該端裝有垂臂7。渦輪17裝在絲杠4的下端。渦桿16兩端分別安裝在蝸桿座19、20中的軸承21、22內(nèi)。16在19一端的伸長部分通過一連接裝置18與電機15的軸相交接。這樣，電機15的轉(zhuǎn)動便帶動渦桿16轉(zhuǎn)動，16帶動渦輪17及絲杠4轉(zhuǎn)動，4帶動橫梁5沿25做上下運行。其位移可通過由通光盤23、光電系統(tǒng)26、27及位移顯示器等組成的形變監(jiān)測系統(tǒng)反映出來。垂臂、傳力桿、夾持具的安裝、工作方式及試樣夾持和受試過程及原理均同Ⅰ型。
Ⅱ型的電氣部分和控制面板的設(shè)置同Ⅰ型。
夾持具有兩種，一種是鉤式，如圖6所示，適應(yīng)于環(huán)狀試樣的夾持；安裝時，將上、下鉤分別安入上、下夾持具固定器10A、10B內(nèi)，兩鉤尖端平行。另一種呈夾式，如圖7、8所示，適應(yīng)于條狀試樣的夾持。安裝時將下夾具的固定柄固定于10B內(nèi)，上夾具懸掛到夾在10A的鉤上。
使用時，先將一升降臺(已有技術(shù))平放在載物臺14上，上面再放一恒溫電磁攪拌器(已有技術(shù))，將盛有所需溶液的水浴杯安放在該攪拌器上，按需要進行定溫攪拌、加熱。將傳感器8的輸出端與記錄裝置的輸入端相連，并供給8所需電壓。將加荷自控器安裝于記錄儀上，將其輸出端插入加荷自控信號輸入插口。安裝所需夾持具。待水浴溫度滿意時，即可測試。由于垂臂和傳力桿可垂于水浴杯中，從而可使試樣處在用戶所提供的任意溶液中受試，這是本實用新型能夠適合生物力學(xué)特性測試的關(guān)鍵。上夾持具安裝在與傳感器相連的傳力桿下端，其位置在測試過程中不變；下夾持具安裝在垂臂下端，電機的轉(zhuǎn)動可使橫梁上下運行，兩夾持具間距隨之變化，這就使夾持在兩夾持具上的試樣發(fā)生長度及張力變化，后者通過傳感器將張力信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎氲接涗泝x或計算機上。試樣的延長和縮短可分別通過兩個位移顯示器顯示出來，并可同時輸入到上述記錄裝置與張力信號同步記錄，以便分析。本實用新型是生物、醫(yī)學(xué)界進行生物力學(xué)研究的必要設(shè)備。
附圖1為本實用新型之Ⅰ型外觀示意圖。其中1－箱體、2－控制面板、3－支架、3A－支架上帽、4A－左旋絲杠、4B－右旋絲杠、5－橫梁、6－傳力桿孔、7－垂臂、8－張力傳感器、9－傳力桿、10A－上夾持具固定器、10B－下夾持具固定器、11－上夾持具、12－下夾持具、13A－上位移顯示器、13B－下位移顯示器、14－載物臺、33－主機電源開關(guān)、34－主機電源指示燈、35及36－上升及下降鍵、37－升降指示燈、38－顯示器清零鍵、39－暫停鍵、變速鈕。
附圖2為Ⅰ型箱體及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。其中15－電機、16－渦桿、17－渦輪、18－Ⅰ軸、19－主動齒輪、20－從動齒輪、21－Ⅱ軸、22(A、B)－傘齒輪、23－通光盤、24－渦桿座、25(A、B)－軸座、26－光源、27－光敏元件、32(A、B)－傘齒輪。
附圖3為本實用新型之Ⅱ型外觀示意圖。
附圖4、5為Ⅱ型內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。其中1－17所代表的與Ⅰ型者相同。18－連接裝置、19和20－渦桿座、21、22、29、31－軸承、25－導(dǎo)向軸、26－光源、27－光敏元件、28－絲杠軸承座。
附圖6為本實用新型之鉤式夾持具示意圖。
附圖7為本實用新型之夾式夾持具的上夾持具示意圖。
附圖8為本實用新型之夾式夾持具的下夾持具示意圖。
權(quán)利要求1.一種由箱體、支架、動力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、張力傳感系統(tǒng)和形變監(jiān)測系統(tǒng)等組成的生物材料力學(xué)特性測試裝置，其特征在于該裝置設(shè)有支架3，3上裝有上帽3A，3內(nèi)裝有絲杠4，4上端入3A，下端裝于箱體1底部，有一橫梁5通過其兩端的絲杠螺母安裝在兩絲杠上，或通過絲杠螺母和導(dǎo)向孔安裝在絲杠和導(dǎo)向結(jié)構(gòu)上；箱體上設(shè)有載物臺14用以裝載容器，容器內(nèi)盛有溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物材料力學(xué)特性測試裝置，其特征在于該裝置的橫梁5中部設(shè)有傳力桿孔6和垂臂7，7下端裝有夾持具固定器及相應(yīng)夾持具；上帽3A上裝有傳感器8，8上懸掛傳力桿9，后者穿過傳力桿孔6下垂，其下端裝有上夾持具固定器及上夾持具。垂臂及傳力桿下端垂于載物臺上容器中的溶液中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物材料力學(xué)特性測試裝置，其特征在于該裝置上裝有位移監(jiān)測系統(tǒng)，它包括位移顯示器、通光盤、光敏元件、光源及位移信號輸出系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物材料力學(xué)特性測試裝置，其特征在于該裝置設(shè)有加荷自動遙控系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)力要求1和2所述的生物材料力學(xué)特性測試裝置，其特征在于該裝置的夾持具有鉤式和夾式。
專利摘要本實用新型為一生物材料力學(xué)特性測試裝置，主要由機體、橫梁、垂臂、動力及其傳動系統(tǒng)、張力傳感及位移數(shù)顯系統(tǒng)和相應(yīng)的夾持具等構(gòu)成。垂臂和傳力桿可垂于液中，從而使試樣在給定溶液中受試。動力及其傳動系統(tǒng)使橫梁上下運行，使夾持在兩夾持具間的試樣發(fā)生長度和張力變化。后者分別通過位移數(shù)顯和力傳感系統(tǒng)轉(zhuǎn)為電信號輸入記錄系統(tǒng)。本實用新型分I、II兩型，可用于動物和人類軟組織力學(xué)特性測定。
文檔編號G01N3/08GK2102511SQ91222000
公開日1992年4月22日 申請日期1991年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1991年11月7日
發(fā)明者董全勝, 徐宏亮, 武新汶, 董全國, 李錦紅, 盧文高, 單新榮 申請人:山東醫(yī)科大學(xué)