BG4238U1 - Универсална гнатодинамометрична (тензометрична) система - Google Patents

Abstract

Полезният модел представлява универсална гнатодинамометрична (тензометрична) система, която позволява автоматизирано измерване на максималната сила на захапката (MBF) в реално време и в четири измервателни режима: линейно измерване, запаметяване на върхова стойност, нулиране на върховата памет, нулиране на сензора при липса на сигнал. Универсалната гнатодинамометрична (тензометрична) система съгласно полезния модел работи под управлението на специализиран софтуер и се захранва с литиева акумулаторна батерия, която се зарежда автоматично от външно зарядно устройство.

Description

Област на техниката

Системата съгласно полезния модел намира приложение в областта на денталната медицина и конкретно, в гнатодинамометрията.

Предшестващо състояние на техниката

Гнатодинамометрията е динамичен метод за установяване ефективността при дъвкателната функция, широко разпространен в денталната медицина и в частност в протетичната дентална медицина. Всъщност това е метод за установяване на количествената характеристика на дъвкателната функция. Чрез него се установява количествената стойност на пародонталната устойчивост на зъбите, т.е. и самата здравина на пародонта. Като характеризиращ функционалното състояние на дъвкателния апарат, се е утвърдил терминът Максимална сила на захапката (МСЗ/MBF). Чрез измерване с гнатодинамометър се стига до извода, че MBF е по-висока при мъжете и е различна в отделните части на съзъбието. Установява се и че той зависи от интероклузалното (междузъбното) разстояние, като най-висока е, когато то е 20 mm. При съпоставка на стойностите, получени в естествено съзъбие, при наличие на коронка или мост от даден материал, при използване на даден вид снемаема протеза, с помощта на гнатодинамометрията може да се направи максимално точна и обективна преценка на различните видове протезни конструкции.

В момента е разпространена т.нар. едномерна гнатодинамометрия. При нея МСЗ се измерва само при вертикално движение на долната челюст. Първите гнатодинамометрични изследвания са направени в изцяло естествено съзъбие за установяване нормалните граници на издръжливост на пародонта. Принципът се състои в поставяне на уреда между горната и долната челюст и приканване на пациента да стисне до първа поява на болка. На базата на тези изследвания са създадени таблици за издръжливост и функционална годност на всеки отделен зъб. При сумиране на стойностите от всеки зъб се формира т. нар. дъвкателен коефициент на цялото съзъбие или казано по друг начин способността на пациента да преработва храната механично.

До днес по света са разработени не по-малко от 30 различни видове гнатодинамометри. В общия случай това представляват уреди, създадени на принципа на силоизмерващите устройства. Повечето уреди, употребявани в практиката, представляват сложни механични конструкции, трудни за манипулация и неудобни за пациентите. Подобен уред е описан в работата [The effect of denture adhesive on bite force until denture dislodgement using a gnathometer Guang Hong, DDS, PhD,a Takeshi Maeda, DDS, PhD,b and Taizo Hamada, DDS, PhDa aDepartment of Oral Health Care Promotion, Graduate School of Dentistry, Tohoku University, Sendai, and bDepartment of Advanced Prosthodontics, Graduate School of Biomedical Sciences, Hiroshima University, Hiroshima, Japan (Int Chin J Dent 2010; 10: 41-45)].

Техническа същност на полезния модел

Системата съгласно полезния модел е изцяло електронна, управлява се от микроконтролер и използва тензометричен сензор за измерване на Максималната сила на захапката (MBF) с висока точност. Работата с нея е опростена, измерването се извършва в реално време и процедурата не предизвиква неудобства при пациента. Може да намери универсално приложение в гнатодинамометрията.

Принцип на действие на универсалната гнатодинамометрична (тензометрична) система, съгласно полезния модел (Фиг. 1)

Принципът на действие на универсалната гнатодинамометрична (тензометрична) система, съгласно полезния модел се базира върху приложение на тензометричен силомер и микропроцесорно управление на получената информация. Силата на захапката се прилага върху силомера. Електрическият сигнал се усилва в електронен блок и се обработва от микропроцесорната система, съобразно управляващия софтуер. Полученият резултат за стойността на MBF се визуализира.

Прилагането на измерваната сила Р върху контактните точки на сензорен блок предизвиква огъване на еластичния елемент на сензорен блок 11. Това води до възникване на деформационно състояние в зоната на апликираните тензорезистори от тензометричен мост 12. Мостовата схема, която е захранена от блок на източник на опорно напрежение 5 от електронен блок и е предварително балансирана при нулева стойност на силата Р, се дебалансира. В измервателния диагонал на моста възниква електрическо напрежение пропорционално на измерваната сила Р. Сигналът се прехвърля по кабела, към входа на блока на входен аналогов усилвател на сигнала 1, усилва се и се подава на аналого-цифровия преобразувател (АЦП), вграден в управляващия микроконтролер 4. Микроконтролерът обработва получената цифрова информация в съответствие с командите на специализирания софтуер, с който е програмиран и съгласно текущия статус на клавиатура 3. Получената информация се изобразява в цифров вид от блок на цифрова четириразрядна индикация 2, директно в размерност Нютони (N). Захранването на цялата електронна схема и на сензора се осъществява от акумулаторна литиева батерия 7, посредством преобразувател на напрежение 6, който осигурява постоянство на захранващото напрежение, независимо от спада на батерийното напрежение във времето. Подзарядът на батерията се извършва от специализиран заряден блок 8, който работи в полуавтоматичен режим със собствено управление. Блокът осигурява автоматично изключване на батерията при достигане на горен критичен праг на зареждане. Енергията, необходима за зареждане на батерията се осигурява от мрежата 220 V 50 Hz посредством адаптера на мрежов заряден блок 9.

По същество универсалната гнатодинамометрична (тензометрична) система, съгласно полезния модел е изградена от блок на сензор 11, който е едновременно във връзка с блок на източник на опорно напрежение 5 и блок на входен аналогов усилвател на сигнала 1, който блок на входен аналогов усилвател на сигнала 1 е свързан към микроконтролер 4, осигурен с вграден аналого-цифров преобразувател, свързан към блок на цифрова четириразрядна индикация 2 и клавиатура за управление 3, като за захранване е предвидена акумулаторна литиева батерия 7, който през преобразувател на напрежение 6 е във връзка едновременно с микроконтролера 4, клавиатурата за управление 3 и блока на източник на опорно напрежение 5. Блокът на сензор 11 за предпочитане е изграден от свързани тензометричен сензор, който преобразува силата на захапката в електрически сигнал, и тензометричен мост 12, а клавиатурата за управление 3 в едно изпълнение е с възможност за избор на различните режими на измерване. За предпочитане освен това микроконтролерът 4, с вграден аналого-цифров преобразувател е във връзка с блок на специализиран софтуер за управление.

Пояснение на приложените фигури

Фигура 1 представлява схематично блоково представяне на универсалната гнатодинамометрична (тензометрична) система, съгласно полезния модел;

фигура 2 - блок на сензор на универсалната гнатодинамометрична (тензометрична) система, съгласно полезния модел;

фигура 3 - електронен блок на универсалната гнатодинамометрична (тензометрична) система, съгласно полезния модел;

фигура 4 - мрежов заряден блок на универсалната гнатодинамометрична (тензометрична) система, съгласно полезния модел.

Пример за конкретно изпълнение на универсалната гнатодинамометрична (тензометрична) система, съгласно полезния модел (виж фиг. 1, 2, 3, 4)

Универсалната гнатодинамометрична (тензометрична) система, съгласно полезния модел в едно изпълнение представлява електронна система за обработка на информация, получена от тензометричен силоизмервателен сензор. Управлението на процеса се извършва от микроконтролер под управлението на специализиран софтуер. Структурната схема на универсалната гнатодинамометрична (тензометрична) система, съгласно полезния модел е показана на Фиг. 1. Блоковете са означени, както следва:

• блок на входен аналогов усилвател на сигнала от измервателния диагонал на тензометричен мост 12, апликиран върху блок на сензор 11;

• блок на цифрова четириразрядна индикация, осигуряващ макс. показание „1023“. Управлява се от микроконтролер 4.

• Клавиатура. Разположена е върху лицевия панел на уреда, разположение и функции на бутоните за управление: ON, Mem ON/OFF, Reset Mem Reset.

Бутон 1 „Mem ON/OFF” - Функция: Включване/изключване на върховата памет. При първоначално включване на уреда (посредством Главен електрически ключ 10 автоматично се задейства функцията върхова памет („Mem ON”), което се индицира от светлодиода „ON“ и устройството преминава в режим „измерване на максимална стойност“. Функцията върхова памет задейства процедурата по запазване на дисплея на последната максимална стойност, която е приложена към сензорен блок 11. В този режим, очаквайки по-висока от вече запаметената стойност, уредът може да остане неограничено време. При повторно задействане на бутона се излиза от функцията върхова памет („Меm OFF”), светлодиодът „ON“ угасва, като на дисплея се изобразява текущата измервана стойност и устройството преминава в режим „линейно измерване“.

Бутон 2 “Mem Reset” - Функция: Нулиране на върховата памет. В режим на задействана функция върхова памет („Mem ON”) чрез функция “Mem Reset” се изтрива последната текуща максимална стойност и се разрешава продължение на измерването.

Бутон 3 “Reset” - Функция: Нулиране на текущото показание в режим „линейно измерване“ („Mem OFF”).

Приема се отново начална точка на отчитане - до следващото задействане на бутона.

• Микроконтролер с вграден аналого-цифров преобразувател (АЦП). Работи под управлението на специализиран софтуер.

• Блок на източник на опорно напрежение за захранващия диагонал на тензометричен мост 12, апликиран върху еластичния елемент на сензорен блок 11.

• Преобразувател на напрежение (DC-DC преобразувател) и регулатор. Захранва всички блокове на уреда и получава от своя страна захранване от акумулаторна литиева батерия 7.

• Акумулаторна литиева батерия. Включва се към схемата чрез главен електрически ключ 10 („Power ON/OFF“). Подзарядът се осигурява от заряден блок 8.

• Заряден блок. Осигурява необходимата процедура за заряд на акумулаторна литиева батерия 7, при съответните защити. Светлодиод регистрира началото и края на процеса.

• Мрежов заряден блок. Осигурява захранващо напрежение за заряден блок 8. Свързва се към мрежа 220 V. Наличието на захранващо напрежение за заряден блок се индицира от светлодиод.

• Главен електрически ключ („Power ON“). Включва и изключва батерията 7 към електрическата схема на уреда.

• Сензорен блок. Представлява самостоятелна конструктивна единица, съставена от еластичен елемент и спомагателни елементи. Еластичният елемент преобразува приложената сила Р в деформация на апликираните тензорезистори, съставящи тензометричен мост 12.

• Тензометричен мост. Съставен е от четири тензорезистори, включени в схема на Уитстонов мост. Деформацията на апликираните върху еластичния елемент тензорезистори се преобразува в напрежение, което се подава към блок на входен аналогов усилвател на сигнала 1.

• Звукова сигнализация. Индицира надвишаването на измервателния обхват чрез периодичен звуков сигнал. Задейства се от микроконтролер 4.

Конструктивно изпълнение на универсалната гнатодинамометрична (тензометрична) система, съгласно полезния модел

Универсалната гнатодинамометрична (тензометрична) система, съгласно полезния модел е оформена, като три, взаимносвързани блока: сензорен блок, електронен блок и мрежов заряден блок.

По този начин в едно примерно изпълнение универсалната гнатодинамометрична (тензометрична) система, съгласно полезния модел е изградена от блок на сензор 11, който е едновременно във връзка с блок на източник на опорно напрежение 5 и блок на входен аналогов усилвател на сигнала 1, който блок на входен аналогов усилвател на сигнала 1 е свързан към микроконтролер 4, осигурен с вграден аналого цифров преобразувател, свързан към блок на цифрова четириразрядна индикация 2 и клавиатура за управление 3, като за захранване е предвидена акумулаторна литиева батерия 7, който през преобразувател на напрежение 6 е във връзка едновременно с микроконтролера 4, клавиатурата за управление 3 и блока на източник на опорно напрежение 5. Блокът на сензор 11 за предпочитане е изграден от свързани тензометричен сензор, който преобразува силата на захапката в електрически сигнал и тензометричен мост 12, а клавиатурата за управление 3 в това изпълнение е изпълнена с възможност за избор на различните режими на измерване. В допълнение освен това микроконтролерът 4, с вграден аналого-цифров преобразувател тук е във връзка с блок на специализиран софтуер за управление.

Блок на сензор (Фиг. 2, а също Фиг. 1).

Блокът е оформен, като унитарна сглобена единица, с удобна ръкохватка за манипулация от изпитващия специалист и кабел с дължина 2250 mm, за връзка с електронен блок. Габаритните му размери са 195 х 0 40 mm. Измервателният накрайник, с габаритни размери 25 х 12 х 9 mm, е снабден с контактни пъпки, монтирани в отворите 03. Те гарантират прилагането на измерваната сила Р винаги да е в една и съща точка, което определя повторяемостта на показанията. Измервателният накрайник представлява продължение на еластичния елемент, монтиран към ръкохватката на блока на сензор и защитен външно чрез корпус от неръждаема стомана. Върху еластичния елемент са апликирани четири тензорезистора, свързани в мостова схема. Сигналът е изведен чрез кабел с диаметър 0 5 mm и дължина 2250 mm. Откъм ръкохватката кабелът е фиксиран и херметизиран посредством щуцер, а в противоположния край е свързан към щекера на съединител с дължина 52 mm, за връзка към гнездото на съединителя, монтиран в корпуса на електронен блок.

Технически характеристики:
Степен на защита	-	IP56
Дължина на кабела (заедно със съединителя)	m	2.3
Тегло (заедно с кабел и съединител)	g	650
Конструкционни материали	-	стомана неръждаема и полимер
Измервателен обхват	N	0 ... 500
Доп. претоварване	%	150

Електронен блок (виж Фиг. 3 и Фиг. 1)

Блокът е затворен в унитарен полимерен корпус с габаритни размери 950 х 63 х 28 mm. На горния капак е разположен лицевия панел, където се намират бутоните на клавиатурата, сигналният светодиод “ON“ и светодиодната индикация. На предния страничен панел се намират главният електрически ключ („Power ON/OFF“), гнездото на куплунга за връзка с блока на сензор, входното гнездо на жака за захранващия адаптер на мрежов заряден блок (размер 0 3 mm), както и светодиода CHARGE, индициращ процеса на заряд. На долния капак са разположени четирите винта за демонтаж на капака. В корпуса са поместени печатната платка, на която са монтирани всички електронни компоненти и акумулаторната батерия.

Технически характеристики:
Тегло без кабели	kg	0.140
Степен на защита	-	IP42
Конструкционен материал	-	полимер
Габарити	mm	95 х 63 х 28

Мрежов заряден блок (виж Фиг. 4 и Фиг. 1)

Блокът е оформен в унитарен корпус с габаритни размери 95 х 74 х 53 mm, чиято долна част представлява стандартен шуко контакт за 220 V. В горната част е разположен контролния светодиод, регистриращ наличието на захранващо напрежение и гнездо за предпазител 0.2 А. Изходният кабел с дължина 2300 mm, завършва с жак 0 3.5 mm за връзка със заряден блок. В корпуса е разположен AC-DC преобразувател на напрежение от 220 VAC към 5VDC, съдържащ трансформатор, изправител, регулатор на напрежение и изход за контролен диод. На долния капак са разположени три винта за демонтаж.

Технически данни:
Степен на защита	-	IP42
Габарити	mm	95 x 74 x 53
Захр. напрежение	VAC	220
Дължина на кабела (заедно с жака)	m	1.64
Тегло	kg	0.300

Пълни технически характеристики на универсалната гнатодинамометрична (тензометрична) система, съгласно полезния модел:

Клас на точност	-	0.2
Брой вх. тензометр. канали	-	1
Обхвати на измерване	дел.	0 ... 1023
Брой разряди на индикатора за данни	-	4
Разрядност на A-D преобразуването	bit	10 (1024 деления)
Коефициент на преобразуване	N/дел.	1/1
Темп. коефициент на нулевия сигнал	%/10оС	0.02
Темп. коефициент на усилването	%/10оС	0.02
Работен температурен обхват	оС	0 . 40
Захр. напрежение	VDC	2.7 . 4.2
Консумирана мощност	W	0.25 (макс.)
Софтуерен вариант	-	DCU
Измервателен обхват	N	0 . 500
Доп. претоварване	%	150
Отн. грешка от нелинейност	%	< 0.2
Изходно напрежение от зарядно устройство	VDC	5

Консумирана мощност от зарядно устройство W

Claims (1)

1. Универсална гнатодинамометрична (тензометрична) система, характеризираща се с това, че е изградена от блок на сензор (11), който е едновременно във връзка с блок на източник на опорно напрежение (5) и блок на входен аналогов усилвател на сигнала (1), който блок на входен аналогов усилвател на сигнала (1) е свързан към микроконтролер (4), осигурен с вграден аналого-цифров преобразувател, свързан към блок на цифрова четириразрядна индикация (2) и клавиатура за управление (3), като за захранване е предвидена акумулаторна литиева батерия (7), която през преобразувател на напрежение (6) е във връзка едновременно с микроконтролера (4), клавиатурата за управление (3) и блока на източник на опорно напрежение (5)