專利名稱：活塞調(diào)壓式高敏度小張力膜狀生物材料力學檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于用機械壓力測試固體材料的強度特性，特別涉及一種施加 穩(wěn)定的張力或壓力的固體材料力學檢測裝置。
背景技術：
隨著組織工程技術的發(fā)展進步和成熟，組織工程皮膚的研制與應用也 日新月異。為保證組織工程皮膚更好地應用于臨床，其生物物理特性，特 別是生物力學性能應得到高度重視。研究力學性能也需要材料的長、寬及 厚度等指標，而常規(guī)設備對較薄膜狀軟組織材料厚度難以準確測量，為了 量化組織工程皮膚等小張力膜狀生物材料的生物力學性能，必需開發(fā)研制 一種能檢測生物材料力學性能及厚度的裝置。
在現(xiàn)有技術中，我們有一件名稱為《高敏度小張力膜狀生物材料力學
檢測裝置》的CN1789958A于2006年6月21日公開，并已獲取專利權。 它由壓力傳感器、壓力箱、試樣固定環(huán)、載樣臺、上面板、承重面板、活 動夾緊板、頂緊螺桿、軸承、啞鈴型螺母、調(diào)壓箱、滑輪、玻璃管、升降 拉繩、軟管、步進電機、數(shù)據(jù)導線、控制導線和微機組裝而成。它能對組 織工程化皮膚、骨、血管、肌腱、肌肉等產(chǎn)品和軟組織材料等進行方便、 準確的檢測，檢測值都以Pa計算，操作控制敏捷方便。但該裝置在實際 應用中發(fā)現(xiàn)仍存在一些不足l)試樣固定環(huán)處于游離狀態(tài)而未加以固定， 在試樣張力較小時尚能將試樣固定于載樣臺上并保持密閉，但試樣張力較 大時則可能漏氣甚至固定環(huán)滑脫;2)此裝置將試樣置于不透明的密閉壓力 箱內(nèi)，試樣夾持狀態(tài)及測試過程中的變化均無法觀測，難以確定試樣是否 被正確夾持、夾持是否達到密閉要求；3)此裝置壓力加載系統(tǒng)通過提升一 根內(nèi)徑比調(diào)壓箱內(nèi)徑小得多的玻璃管，靠玻璃管與調(diào)壓箱之間的液面差為 調(diào)壓箱提供壓力，箱內(nèi)空氣因被壓縮而會導致玻璃管內(nèi)液體不斷向調(diào)壓箱 流動，而且調(diào)玻璃管內(nèi)液面下降的高度為調(diào)壓箱內(nèi)液面升高高度的數(shù)倍， 而理論上要達到設計壓力如為10KPa，則要求兩側的液面差達到1. 33m高， 因此該壓力加載系統(tǒng)效率低下，操作不便。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術CN1789958A存在的上述缺陷，我們擬對它進行改進， 采用直接壓縮密閉容器內(nèi)空氣的方式加載，設計一種活塞調(diào)壓式高敏度小 張力膜狀生物材料力學檢測裝置，使之結構簡單、外形小巧、操作方便、 精確度高、重復性好并可檢測多個指標的高敏度小張力膜狀生物材料力學 性能，能對組織工程化的皮膚、骨、血管、肌腱、肌肉等產(chǎn)品和其它如腸 系膜、筋膜、心臟瓣膜等軟組織材料的力學性能進行精確方便地檢測。
本發(fā)明所采取的技術方案如下。
一種活塞調(diào)壓式高敏度小張力膜狀生物材料力學檢測裝置，包括試樣 固定環(huán)、載樣臺、機架立柱、上面板、承重面板、活動夾緊板、頂緊螺桿、 軸承、椏鈴型螺母、步進電機、壓力傳感器和微機；活動夾緊板與機架立 柱相套，活動夾緊板的上面設置有上部為圓臺型的載樣臺，在載樣臺大盤 下端面開有環(huán)形槽，活動夾緊板的上面有與載樣臺大盤下端面環(huán)形槽相匹 配的環(huán)形凸；啞鈴型螺母穿過承重面板的中心孔并與承重面板卡合，使啞 鈴型螺母能傳動，椏鈴型螺母的下螺母頭與承重面板之間設置有軸承，頂 緊螺桿與啞鈴型螺母絲扣連接，頂緊螺桿上部呈鍋口頂狀抵住活動夾緊 板；壓力傳感器用壓力傳感器數(shù)據(jù)線與微機相連，步進電機用控制導線與 微機相連；其特征在于
1) 它還有定位桿、透明增壓加載箱、上置位移傳感器、下置位移傳 感器、連通管、三通閥、活塞調(diào)壓器和滾珠絲杠；
2) 定位桿垂直固定在上面板底面或活動夾緊板上面，定位桿的長度 恰好使活動夾緊板被夾緊后能確保載樣臺上的試樣平整無損，透明增壓加 載箱底面開設有口徑小于試樣固定環(huán)外徑的圓孔，試樣固定環(huán)與圓孔同軸 緊貼在透明增壓加載箱底面相連為一體，試樣固定環(huán)內(nèi)壁與載樣臺的圓臺 錐度一致并能與圓臺匹配相套，透明增壓加載箱頂面設有直通管與壓力傳 感器連通，透明增壓加載箱側面設有直通管與連通管連通，透明增壓加載 箱頂面緊貼在上面板底部中央相連為一體，上置位移傳感器同軸設置在透 明增壓加載箱頂面直通管口下；
3) 滾珠絲杠一端與步進電機的轉軸固定連接，另一端與活塞調(diào)壓器 的活塞桿相連，透明增壓加載箱與活塞調(diào)壓器之間用連通管連通，在連通管上設置有能連通大氣的三通閥，活塞調(diào)壓器和步進電機固定在臺架上;
4) 載樣臺中心開有與圓臺錐度一致的錐形孔，下置位移傳感器同軸 設置在錐形孔下口，啞鈴型螺母的下螺母頭焊接有手柄；
5) 上置位移傳感器和下置位移傳感器分別用位移傳感器數(shù)據(jù)線與微 機相連。
本發(fā)明的活塞調(diào)壓式高敏度小張力膜狀生物材料力學性能檢測裝置， 它的工作原理是在檢測前，先將活塞調(diào)壓器的活塞置于氣筒后端位置， 再將待檢測的薄膜樣品(試樣)放置在載樣臺的圓臺口，用手轉動啞鈴型 螺母手柄推升頂緊螺桿，隨活動夾緊板上移而載樣臺的圓臺被定位套入到 緊貼透明增壓加載箱底面的試樣固定環(huán)中，使試樣在載樣臺的圓臺與試樣 固定環(huán)之間得以平整無損地被均勻、穩(wěn)固夾持，至此試樣處于在透明增壓 加載箱的密閉空間中，開啟一次連通管上的三通閥大氣通，使系統(tǒng)內(nèi)壓與 大氣壓相同以保證測試初始條件相同，然后關閉大氣通；檢測時，微機經(jīng) 控制導線對步進電機發(fā)出控制指令后，由步進電機推動活塞調(diào)壓器的活 塞，緩慢壓縮密閉空間內(nèi)的空氣使壓力升高，實現(xiàn)對試樣的均勻加載，并 且可根據(jù)需要調(diào)節(jié)壓力加載速度，位移傳感器采集的試樣中央部位隨壓力 變化的位移數(shù)據(jù)，壓力傳感器采集的試樣表面所加載壓力數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù) 導線反饋到微機中進行數(shù)據(jù)處理，當薄膜破裂時終止測量，微機對傳感器 采集到的壓力及位移變化數(shù)據(jù)進行計算可得到厚度、極限抗張強度、應變、 蠕變及楊氏模量等指標，并及時得到顯示和存儲，同時系統(tǒng)內(nèi)壓力降低至 大氣壓，步進電機帶動活塞調(diào)壓器的活塞回到初始位置，系統(tǒng)回到初始狀 態(tài)，回轉啞鈴形螺母手柄使載樣臺隨活動夾緊板降低回到初始位置，取下 測試過的試樣即可安裝新的試樣進行新的測試。
本發(fā)明的活塞調(diào)壓式高敏度小張力膜狀生物材料力學性能檢測裝置， 結構簡單合理，它完全克服了現(xiàn)有技術的缺陷，能對低張力的組織工程化 皮膚、骨、血管、肌腱、肌肉等產(chǎn)品和其它如腸系膜、筋膜、心臟瓣膜軟 組織材料等進行方便、準確的檢測，可測量厚度、極限抗張強度、應變、 蠕變及楊氏模量等指標，操作控制靈敏方便，試樣在檢測時可目視監(jiān)測其 變化情況，能靈敏地反映載荷的變化并能抵抗環(huán)境的干擾，確保檢測數(shù)據(jù) 的準確。本發(fā)明裝置為組織工程化生物材料的批量生產(chǎn)及質量控制提供了一種理想的力學性能檢測工具。
四

附圖為本發(fā)明活塞調(diào)壓式高敏度小張力膜狀生物材料力學性能檢測 裝置在夾緊狀態(tài)的局部剖視結構示意圖。
在圖中，l一壓力傳感器，2—試樣，3—透明增壓加載箱，4—試樣固 定環(huán)，5—載樣臺，6—定位桿，7—機架立柱，7a—上面板，7b—承重面 板，8—活動夾緊板，9—頂緊螺桿，IO—手柄，11—軸承，12—啞鈴型 螺母，13a—上置位移傳感器，13b—下置位移傳感器，14一位移傳感器數(shù) 據(jù)線，15—連通管，16—三通閥，17—活塞調(diào)壓器，18—滾珠絲杠，19 一步進電機，20—控制導線，21—臺架，22—微機，23—壓力傳感器數(shù)據(jù) 線。
五具體實施例方式
下面結合附圖進一步說明本發(fā)明裝置的具體結構和它的工作原理。 一種活塞調(diào)壓式高敏度小張力膜狀生物材料力學檢測裝置，包括試樣 固定環(huán)4、載樣臺5、機架立柱7、上面板7a、承重面板7b、活動夾緊板8、 頂緊螺桿9、軸承l(wèi)l、亞鈴型螺母12、步進電機19、壓力傳感器l和微 機22;活動夾緊板8與機架立柱7相套，活動夾緊板8的上面設置有上 部為圓臺型的載樣臺5，在載樣臺5大盤下端面開有環(huán)形槽，活動夾緊板 8的上面有與載樣臺5大盤下端面環(huán)形槽相匹配的環(huán)形凸；啞鈴型螺母12 穿過承重面板7b的中心孔并與承重面板7b卡合，使椏鈴型螺母12能傳動， 啞鈴型螺母12的下螺母頭與承重面板7b之間設置有軸承11，頂緊螺桿9 與啞鈴型螺母12絲扣連接，頂緊螺桿9上部呈鍋口頂狀抵住活動夾緊板 8;壓力傳感器1用壓力傳感器數(shù)據(jù)線23與微機22相連，步進電機19 用控制導線20與微機22相連；其特征在于
1) 它還有定位桿6、透明增壓加載箱3、上置位移傳感器13a、下置 位移傳感器13b、連通管15、三通閥16、活塞調(diào)壓器17和滾珠絲杠18;
2) 定位桿6垂直固定在上面板7a底面或活動夾緊板8上面，定位桿 6的長度恰好使活動夾緊板8被夾緊后能確保載樣臺5上的試樣2平整無 損，透明增壓加載箱3底面開設有口徑小于試樣固定環(huán)4外徑的圓孔，試 樣固定環(huán)4與圓孔同軸緊貼在透明增壓加載箱3底面相連為一體，試樣固定環(huán)4內(nèi)壁與載樣臺5的圓臺錐度一致并能與圓臺匹配相套，透明增壓加 載箱3頂面設有直通管與壓力傳感器1連通，透明增壓加載箱3側面設有 直通管與連通管15連通，透明增壓加載箱3頂面緊貼在上面板乙底部中 央相連為一體，上置位移傳感器13a同軸設置在透明增壓加載箱3頂面直 通管口下；
3) 滾珠絲杠18—端與步進電機19的轉軸固定連接，另一端與活塞 調(diào)壓器17的活塞桿相連，透明增壓加載箱3與活塞調(diào)壓器17之間用連通 管15連通，在連通管15上設置有能連通大氣的三通閥16，活塞調(diào)壓器 17和步進電機19固定在臺架21上；
4) 載樣臺5中心開有與圓臺錐度一致的錐形 L，下置位移傳感器13b 同軸設置在錐形孔下口，啞鈴型螺母12的下螺母頭焊接有手柄10;
5) 上置位移傳感器133和下置位移傳感器13b分別用位移傳感器數(shù)據(jù) 線14與微機22相連。
本發(fā)明的活塞調(diào)壓式高敏度小張力膜狀生物材料力學性能檢測裝置， 它的工作原理是在檢測前，先將活塞調(diào)壓器17的活塞置于氣筒后端位 置，再將待檢測的薄膜樣品(試樣)放置在載樣臺5的圓臺口，用手轉動 啞鈴型螺母手柄10推升頂緊螺桿9，隨活動夾緊板8上移而載樣臺5的 圓臺被定位套入到緊貼透明增壓加載箱3底面的試樣固定環(huán)4中，使試樣 2在載樣臺5的圓臺與試樣固定環(huán)4之間得以平整無損地被均勻、穩(wěn)固夾 持，至此試樣2處于在透明增壓加載箱3的密閉空間中，開啟一次連通管 15上的三通閥16大氣通，使系統(tǒng)內(nèi)壓與大氣壓相同以保證測試初始條件 相同，然后關閉大氣通；檢測時，微機22經(jīng)控制導線20對步進電機19 發(fā)出控制指令后，由步進電機19推動活塞調(diào)壓器17的活塞，緩慢壓縮密 閉空間內(nèi)的空氣使壓力升高，實現(xiàn)對試樣2的均勻加載，并且可根據(jù)需要 調(diào)節(jié)壓力加載速度，上置位移傳感器13a和下置位移傳感器13b采集的試 樣2中央部位隨壓力變化的位移數(shù)據(jù),壓力傳感器1采集的試樣2表面所 加載壓力數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)導線反饋到微機22中進行數(shù)據(jù)處理，當薄膜破 裂時終止測量，微機22對傳感器采集到的壓力及位移變化數(shù)據(jù)進行計算 可得到厚度、極限抗張強度、應變、蠕變及楊氏模量等指標，并及時得到 顯示和存儲，同時系統(tǒng)內(nèi)壓力降低至大氣壓，步進電機19帶動活塞調(diào)壓器17的活塞回到初始位置，系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，回轉啞鈴形螺母手柄10 使載樣臺5隨活動夾緊板8降低回到初始位置，取下測試過的試樣即可安 裝新的試樣進行新的測試。
權利要求
1、一種活塞調(diào)壓式高敏度小張力膜狀生物材料力學檢測裝置，包括試樣固定環(huán)(4)、載樣臺(5)、機架立柱(7)、上面板(7a)、承重面板(7b)、活動夾緊板(8)、頂緊螺桿(9)、軸承(11)、啞鈴型螺母(12)、步進電機(19)、壓力傳感器(1)和微機(22)；活動夾緊板(8)與機架立柱(7)相套，活動夾緊板(8)的上面設置有上部為圓臺型的載樣臺(5)，在載樣臺(5)大盤下端面開有環(huán)形槽，活動夾緊板(8)的上面有與載樣臺(5)大盤下端面環(huán)形槽相匹配的環(huán)形凸；啞鈴型螺母(12)穿過承重面板(7b)的中心孔并與承重面板(7b)卡合，使啞鈴型螺母(12)能傳動，啞鈴型螺母(12)的下螺母頭與承重面板(7b)之間設置有軸承(11)，頂緊螺桿(9)與啞鈴型螺母(12)絲扣連接，頂緊螺桿(9)上部呈鍋口頂狀抵住活動夾緊板(8)；壓力傳感器(1)用壓力傳感器數(shù)據(jù)線(23)與微機(22)相連，步進電機(19)用控制導線(20)與微機(22)相連；其特征在于1)它還有定位桿(6)、透明增壓加載箱(3)、上置位移傳感器(13a)、下置位移傳感器(13b)、連通管(15)、三通閥(16)、活塞調(diào)壓器(17)和滾珠絲杠(18)；2)定位桿(6)垂直固定在上面板(7a)底面或活動夾緊板(8)上面，定位桿(6)的長度恰好使活動夾緊板(8)被夾緊后能確保載樣臺(5)上的試樣(2)平整無損，透明增壓加載箱(3)底面開設有口徑小于試樣固定環(huán)(4)外徑的圓孔，試樣固定環(huán)(4)與圓孔同軸緊貼在透明增壓加載箱(3)底面相連為一體，試樣固定環(huán)(4)內(nèi)壁與載樣臺(5)的圓臺錐度一致并能與圓臺匹配相套，透明增壓加載箱(3)頂面設有直通管與壓力傳感器(1)連通，透明增壓加載箱(3)側面設有直通管與連通管(15)連通，透明增壓加載箱(3)頂面緊貼在上面板(7a)底部中央相連為一體，上置位移傳感器(13a)同軸設置在透明增壓加載箱(3)頂面直通管口下；3)滾珠絲杠(18)一端與步進電機(19)的轉軸固定連接，另一端與活塞調(diào)壓器(17)的活塞桿相連，透明增壓加載箱(3)與活塞調(diào)壓器(17)之間用連通管(15)連通，在連通管(15)上設置有能連通大氣的三通閥(16)，活塞調(diào)壓器(17)和步進電機(19)固定在臺架(21)上；4)載樣臺(5)中心開有與圓臺錐度一致的錐形孔，下置位移傳感器(14b)同軸設置在錐形孔下口，啞鈴型螺母(12)的下螺母頭焊接有手柄(10)；5)上置位移傳感器(13a)和下置位移傳感器(13b)分別用位移傳感器數(shù)據(jù)線(14)與微機(22)相連。
全文摘要
本發(fā)明是一種活塞調(diào)壓式高敏度小張力膜狀生物材料力學性能檢測裝置，包括試樣固定環(huán)(4)、載樣臺(5)、機架立柱(7)、上面板(7_a)、承重面板(7_b)、活動夾緊板(8)、頂緊螺桿(9)、亞鈴型螺母(12)、步進電機(19)、壓力傳感器(1)和微機(22)；還有定位桿(6)、透明增壓加載箱(3)、位移傳感器(13)、三通閥(16)、活塞調(diào)壓器(17)和滾珠絲杠(18)。它的結構簡單合理，能對低張力的組織工程化皮膚、骨、血管、肌腱、肌肉等產(chǎn)品和其它軟組織材料等進行準確檢測，操作控制靈敏方便，試樣在檢測時可視監(jiān)測其變化情況，能靈敏地反映載荷的變化并能抵抗環(huán)境的干擾，確保檢測數(shù)據(jù)的準確。本發(fā)明裝置為組織工程化生物材料的批量生產(chǎn)及質量控制提供了一種理想的力學性能檢測工具。
文檔編號G01N3/12GK101666726SQ20091019094
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月24日 優(yōu)先權日2009年9月24日
發(fā)明者伍津津, 張才茂 申請人:中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學第三附屬醫(yī)院