專利名稱：微機化動態(tài)力測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明廣泛應(yīng)用于口腔醫(yī)學領(lǐng)域內(nèi)，在該領(lǐng)域內(nèi)的科研及臨床上，用于測量動、靜態(tài)
力，也可用于診斷口頜系統(tǒng)疾病，判定正畸治療及牙體、義齒修復(fù)的治療效果，還可以作為口頜系統(tǒng)生物力學研究的測試手段。
目前國內(nèi)測量
力的方法是將厚度為6～8mm的傳感器工作頭放在上下兩個牙間，囑受試者用力咬，以測得上下兩牙間的最大咬合力。其缺點是1、只能測瞬間咬合力，亦稱靜態(tài)力，而不能測正常咀嚼食物狀態(tài)時的咀嚼力;2、這種測試方法由于工作頭厚度加高了上下頜間距離，不太符合實際口腔生理狀態(tài)。國內(nèi)目前尚未見到有測定咀嚼食物過程中的動態(tài)力的報導(dǎo)。國外測定咀嚼食物過程中動態(tài)
力(咀嚼力)的方法很多，其中對電阻應(yīng)變式傳感器的研制有報導(dǎo)，但未見有成品測試儀研制報導(dǎo)。已查閱的資料如下1、Ogata K Ct al Occlusal force distribution in removable partldenturesA preliminary report.Josaka univ.Dent.Sch.1983;12187-194此文描述的是一種測定基托下復(fù)蓋基牙上作用力裝置，傳感器呈懸臂梁式，應(yīng)變片貼在懸臂梁上，傳感器體積較大，且只適用于測基托壓力。未見有成品測試儀。
2、Watson CJ and Wahab M DA.Thedevelopment of an inexpensive pressure trasduer for use at denture base-mucosalsurfa interface、Br Ben tJ1984;156135 140
此文介紹了一種壓力傳感器的制作方法，傳感器體積為4×7mm，在兩層金屬隔膜中放置一中央針，內(nèi)層隔膜上放一應(yīng)變片，因該傳感器體積大于牙冠，所以只放在基托組織面測壓力，同時測試數(shù)據(jù)利用模擬測試系統(tǒng)得出，未見有成品測試儀的報導(dǎo)。
3、Lundgren D and laurell L.Occlusal for ces in prosthetically restored dentitionamethodological study.J oralRehabil 1984;1129-37該文研制的測力傳感器為圓柱形，5.2×5.2mm，使用復(fù)雜且體積大，未見用成品測試儀作收集和處理測試數(shù)據(jù)的報導(dǎo)。
為了克服上述問題，本發(fā)明的目的是研制一種新型微機化動態(tài)力測試儀。1、傳感器體積小，將傳感器放置在牙冠或義齒基托內(nèi)，即可測定咀嚼食物狀態(tài)下的
面壓力，也可測定基托下組織受的壓力。2、測得的咀嚼力大小，可直接輸入微機系統(tǒng)，并可按所需參數(shù)指標作計算、顯示、打印或存貯。3、傳感器、信號放大與微機數(shù)據(jù)處理一體化，形成系統(tǒng)成品儀器。
微機化動態(tài)力測試儀由兩部分組成第一部分為力傳感器;第二部分為微機化
力測試儀儀器箱。一、
力傳感器采用不銹鋼合金材料，為彈性元件，其形狀為圓筒式，包括有端蓋(1);筒體(2);端蓋(3)。在筒體(2)內(nèi)粘貼四個電阻應(yīng)變片(4)，即R1～R4，形成電阻應(yīng)變電橋。端蓋(1)和端蓋(3)分別密封于筒體(2)的兩端，在筒底壁上開有一小孔(5)，供電阻應(yīng)變片電橋的四根線引出。二、微機化
力測試儀儀器箱內(nèi)包括有1、通道應(yīng)變直流放大器;2、數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理接口;3、計算機(計算機型號可選用HX-20);4、外部設(shè)備(顯示、打印、磁帶存貯);5、數(shù)據(jù)采集、處理等軟件程序，微機化
力測試儀儀器箱，首先要有一個箱體(6)，在箱體(6)內(nèi)置入計算機機箱(7)，在計算機機箱(7)的下面鋪設(shè)一塊面板(8)，在面板(8)上裝有傳感器信號輸入插座(9)共四個、鈕子開關(guān)(10)四個，微調(diào)旋鈕(11)、指示燈(12)及電源輸入插座等，在計算機機箱的面板上有鍵盤(13)、功能鍵(量程開關(guān)和聯(lián)動開關(guān))(14)、磁帶存貯(15)、顯示(16)、打印機(17-1)、通道應(yīng)變直流放大器和數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理接口電路可以制成電路板，置入面板(8)的下面，也可以置入計算機機箱(7)內(nèi)，計算機機箱內(nèi)有主機機芯。
通道應(yīng)變直流放大器電路包括有補償電路(17)、差動運算放大器(18)和末級放大器(19)，補償電路(17)中有靈敏度調(diào)整電位計W1、平衡電位計W2、傳感器靈敏度電位計W3100Ω、電橋平衡電位計W410K及電阻R52M，R6、R71K×2和測量調(diào)零開關(guān)的引線端，差動運算放大器(18)中包括有放大器A1、A2、A3，A1、A2可選用OPO7，A3可選WA741，電阻RFD75K×2、RW2K、RW也可用可調(diào)電位計aw代替，Rf2K×2、RF30k×2、電容C1～C30.02μ、末級放大器(19)中有放大器A4，可選WA741、電位計W52K、電阻RW4，10K、Rf4，2K×2、RF4，24K和3K×2、電容C40.02μ，電路連接關(guān)系是電阻應(yīng)變片電橋的輸入端1.3分別接電源5V和地，輸出端2.4經(jīng)補償電路后接，差動運算放大器(18)中A1A2的輸入端，其輸出端接放大器A3的輸入端，A3的輸出端接末級放大器(19)，末級放大器(19)中A4的輸出端去連接計算機量程識別電路(20)。通道應(yīng)變直流放大器的設(shè)計是1、高輸入阻抗同相并聯(lián)差動運算放大器，能有效地抑制共模信號，只對差動信號進行放大，合理的選擇RFD、RW、RF、Rf各值，就可以達到所要求的放大量。2、放大器的靈敏度、量程和平衡問題放大器的靈敏度調(diào)整可以通過一個可變電阻aw替代同相并聯(lián)差放中的RW電阻實現(xiàn)。改變量程的方法是采用改變末級放大器A4的反饋電阻來實現(xiàn)的，RF4由三個電阻串連而成，“1”位表示5kgf檔，此時A4的放大倍數(shù)比5kgf檔降低5倍(3倍);量程“3”位表示50kgf檔，放大倍數(shù)比5kgf時降低10倍。放大器自身的平衡是靠在末級同相端加以適當?shù)恼妷簛韺崿F(xiàn)的，電阻RW4就起這種作用。3、計算機對量程的識別是量程識別電路與計算機相連計算機搜索1、2、3三個電路檔就可得知當時測量的檔次，于是便可自動按該檔次的放大率處理數(shù)據(jù)。量程識別電路(20)中的聯(lián)動開關(guān)可置于面板下，量程開關(guān)也可置于面板上。數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理接口電路可制成接口板(21)置入箱體(6)內(nèi)，在接口板上帶有自己的中央處理器、Z80CPU和固化在EPROM2716存貯器中的操作處理程序，由A/D變換器ADC0809能同時采集與處理四個通道CH1～CH4
力傳感器輸入的信號，驅(qū)動器74LS244兩片用來接收量程開關(guān)狀態(tài)的輸入，初數(shù)據(jù)經(jīng)初步處理及整理后，由1488串行輸出，送至HX-20，計算機作進一步處理。接口板(21)為一般公知技術(shù)，電路圖略，連接關(guān)系如圖9所示。
數(shù)據(jù)采集、處理、軟件程序包括有固化在接口板(21)EPROM中的初數(shù)據(jù)采集、處理程序和HX-20計算機處理程序。初數(shù)據(jù)采集、處理程序?qū)⑺膫€通道CH1～CH4的模擬量由ADC0809進行采樣，采樣間隔為0.06秒，每個通道有3種量程，共12個開關(guān)量輸入給74LS244由初數(shù)據(jù)采集、處理程序進行自動判斷識別，把當前采到的信號、狀態(tài)整理后，以串行方式依次發(fā)出，送HX-20計算機，HX-20計算機處理程序是將初數(shù)據(jù)采集、處理程序送來的數(shù)據(jù)做進一步整理、計算后，由外設(shè)、顯示、打印或存貯、輸出。
本發(fā)明的優(yōu)點是體積小、重量輕、操作簡單、功能齊全、計算迅速及攜帶方便。同時，
力傳感器體積小可直接安裝在前磨牙或磨牙的牙冠內(nèi)測動態(tài)咀嚼力，也可安裝在基托組織面測基托下組織壓力。
力傳感器設(shè)計原理新穎，在體積非常小的圓筒壁內(nèi)粘貼四個電阻應(yīng)變片，并根據(jù)應(yīng)變片不同位置及方向的特點，可自動形成溫度補償，使電橋有最大輸出電壓及避免
力的偏向影響等優(yōu)點。本發(fā)明測試精確，當測試基托壓力值小時可選擇5kg或25kg的量程檔，當測試
面最大咬合力時，可選擇50kg量程檔，滿足不同測試的要求，是醫(yī)學口腔領(lǐng)域的理想的測試設(shè)備。
本發(fā)明有如下附圖

圖1、原理方框圖;
圖2、傳感器應(yīng)變筒視圖;
圖3、電阻應(yīng)變片布置視圖;
圖4、微機動態(tài)
力測試儀示意圖;
圖5、通道應(yīng)變直流放大器電路圖(單個通道);
圖6、差動運算放大器(材8)電路圖;
圖9、數(shù)據(jù)采集和予處理電路原理框圖;
圖10、初數(shù)據(jù)采集、處理程序流程圖;
圖11、HX-20計算機處理程序流程圖。
圖12～16為屏幕顯示的圖象。
圖中標號如下1、端蓋;2、筒體;3、端蓋;4、應(yīng)變片;5、小孔;6、箱體;7、計算機機箱;8、面板;9、插座(四個);10、鈕子開關(guān)(四個);11、微調(diào)旋鈕(四個);12、指示燈;13、鍵盤;14、功能鍵(量程開關(guān)、聯(lián)功開關(guān));15、磁帶存貯;16、顯示;17-1打印機;17補償電路包括有電位計靈敏度調(diào)整W1任選平衡W2 任選傳感器靈敏度W3 100Ω電橋平衡W4 10K電阻R5 2M、R6 1K、R7 1K18、差動運算放大器包括有放大器A1、A2可選擇OP07A3可選擇μA741電阻RFD75K×2、RW2K(也可用可調(diào)電位計AW代替)Rf 2K×2、RF 30K×2電容C1～C3 0.02W19、末級放大器包括有放大器A4可選UA741電位計W5 2K電阻RW4 10K、Rf4 2K×2RF4 24K和3K×2電容C4 0.02W20、量程識別電路21、接口板包括有中央處理器Z80CPU、存貯器EPROM2716、A/D變換器ADC0809、驅(qū)動器74LS244×2、串行輸出1488本發(fā)明的實施過程及使用操作如下傳感器外形為圓筒式，采用不銹鋼合金材料，為彈性元件，幾何尺寸圓筒外徑4.6MM，內(nèi)徑4.0MM，高為4.3MM，圓筒上下有兩個端蓋，如圖1所示。四個箔式電阻應(yīng)變片R1～R4，基柵尺寸1×1MM2，120Ω的高精密級。在圓筒內(nèi)壁中段，沿圓周方向相距90°用聚乙稀醇縮甲乙醛膠粘貼4個應(yīng)變片，粘好加溫固化。4根引出線由小孔引出并用硅橡膠將孔密封。端蓋密封在筒體兩端。傳感器的量程50、250、500N(牛頓)(約5、25、50kgf)三檔，工作環(huán)境溫度10～40℃并滿足測試和消毒要術(shù)，并可重復(fù)使用。微機化
力測試儀儀器箱的制作是首先制做一個便于攜帶的箱體(6)，將HX-20計算機機箱(7)置入箱體(6)中，箱體(6)內(nèi)鋪有面板(8)，面板(8)上裝有插座，旋鈕、指示燈等。如圖4所示，將焊好的通道應(yīng)變直流放大器電路板、數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理接口板，調(diào)整好裝入箱體(6)內(nèi)。本發(fā)明硬件連接關(guān)系是力傳感器通過電纜插頭與通道應(yīng)變直流放大器的輸入相連，通道應(yīng)變直流放大器的輸出端連接數(shù)據(jù)采集預(yù)處理接口的輸入端，接口的輸出端連接HX-20計算機，計算機連接外部設(shè)備、顯示、打印等。本發(fā)明的操作步驟是首先接通電源，檢查各部件是否接插可靠，然后開機。
開機運行程序，屏幕上將顯示如圖12所示信息，如進行靜態(tài)力測量則鍵入“1”，動態(tài)力測量鍵入“2”。
選好后屏幕刷新為圖13情況，輸入名字和日期，格式不限。
輸完后屏幕顯示圖14情況。
壓一任意鍵后即進行數(shù)據(jù)采集，屏幕為圖15情況。
數(shù)據(jù)采集完后屏幕將自動刷新為圖16情況，進行計算和處理。
完畢后打印數(shù)據(jù)和曲線并返回到初始菜單，即可進行下一次測量。
權(quán)利要求
1.一種新型微機化動態(tài)
力測試儀；其特征在于該裝置由兩部分組成，第一部分是
力傳感器，第二部分是微機化
力測試儀儀器箱，一、
力傳感器采用不銹鋼合金材料，為彈性元件，其形狀為圓筒式，包括有端蓋(1)、筒體(2)、端蓋(3)，在筒體(2)內(nèi)粘貼四個電阻應(yīng)變片(4)，即R1～R4。形成電阻應(yīng)變電橋，端蓋(1)和(3)分別密封于筒體(2)的兩端，在筒底壁上開有小孔(5)，供電阻應(yīng)變片電橋的引出線引出。二、微機化
力測試儀儀器箱內(nèi)包括有1、通道應(yīng)變直流放大器；2、數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理接口；3、計算機；4、外部設(shè)備(顯示、打印、磁帶存貯)；5、數(shù)據(jù)采集處理軟件程序。微機化
力測試儀儀器箱，首先制一個箱體(6)，在箱體(6)內(nèi)置入計算機機箱(7)，在計算機機箱(7)的下面鋪設(shè)面板(8)，在面板(8)上裝有傳感器信號輸入插座(9)、鈕子開關(guān)(10)、微調(diào)旋鈕(11)、指示燈(12)和電源插座。在計算機機箱的面板上有鍵盤(13)、功能鍵(量程開關(guān)和聯(lián)動開關(guān))(14)、磁帶存貯(15)、顯示(16)、打印機(17)、通道應(yīng)變直流放大器和數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理接口，電路可以制成電路板置入面板(8)的下面，也可以置入計算機機箱(7)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于通道應(yīng)變直流放大器電路包括有補償電路(17)、差動運算放大器(18)和末級放大器(19)，補償電路(17)中有靈敏度調(diào)整電位計W1、平衡電位計W2、傳感器靈敏度電位計W3、電橋平衡電位計W4及電阻R5～R9及引線端，差動運算放大器(18)中有放大器A1～A3、電阻RED、RW、Rf、電容C1～C3，末級放大器(19)中有放大器A4、電位計W3、電阻RW4、Rf4、RF4、電容C4，電路連接由電阻應(yīng)變片電橋1、3分別接電源和地，輸出端2、4經(jīng)補償電路后接差動運算放大器(18)中的A1、A2的輸入端，其輸出端接放大器A3的輸入端，A3的輸出端連接末級放大器(19)，末級放大器(19)中的A4的輸出端去連接計算機量程識別電路(20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理接口電路可制成接口板(21)置入機箱(6)內(nèi)，在接口板上帶有自己的中央處理器Z80CPU和固化在存貯器EPROM中的初數(shù)據(jù)采集、處理程序，A/D變換器0809能同時采集四個通道CH1～CH4
力傳感器輸入的信號，驅(qū)動器74LS244(2片)用來接收量程開關(guān)狀態(tài)的輸入信號，初數(shù)據(jù)經(jīng)初步處理、整理后，由1488串行輸出送至HX-20計算機作進一步處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于數(shù)據(jù)采集、處理軟件程序包括有固化在接口板EPROM中的初數(shù)據(jù)采集、處理程序和HX-20計算機處理程序，初數(shù)據(jù)采集、處理程序?qū)⑼ǖ垒斔偷哪M量由A/D變換器進行采樣，每個通道有3種量程共12個開關(guān)量輸入給74LS244，由初數(shù)據(jù)采集、處理程序進行自動識別判斷、把當前采到的信號、狀態(tài)整理后以串行方式依次發(fā)出送HX-20計算機，HX-20計算機處理程序?qū)⒊鯏?shù)據(jù)采集、處理程序送來的數(shù)據(jù)做進一步整理、計算后，由外設(shè)顯示、打印或存貯、輸出。
全文摘要
一種新型微機化動態(tài)力測試儀，該裝置由力傳感器和儀器箱兩部分組成，力傳感器為圓筒形，筒內(nèi)粘貼電阻應(yīng)變片電橋，由傳感器測得的人體牙齒力，傳輸?shù)絻x器箱內(nèi)的放大器，經(jīng)放大輸出送采樣器，采樣輸出送計算機進行數(shù)據(jù)處理，處理后由外設(shè)打印，顯示輸出，該裝置不僅能測動態(tài)、表態(tài)力，而且功能齊全，有三個擋次量程(5、25、50kgf)，測試精度高，速度快，操作由程序控制，自動化程度高。放大、采集、主機、外設(shè)一體化，便于攜帶，是口腔醫(yī)療界的理想儀器。
文檔編號A61C19/05GK1066974SQ9110329
公開日1992年12月16日 申請日期1991年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月23日
發(fā)明者姚月玲, 陸耀楨, 歐陽官, 徐明龍, 汪文駿 申請人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學口腔醫(yī)院