CN103230279A - 一种连续可变化应力测试系统 - Google Patents
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Abstract
一种连续可变化应力测试系统，涉及一种生物测试装置，还包括有应力监测装置和信号接收控制装置，应力监测装置包括有步进电机、推杆传动装置、压力弹簧装置、压力传感器和推板，步进电机的动力输出端与推杆传动装置的动力输入端相连，压力弹簧装置设置在推杆传动装置的顶杆顶端，压力传感器设置在压力弹簧装置的顶端，推板设置在压力弹簧装置的顶端，信号接收控制装置的指令输出端与步进电机的指令输入端连接，压力传感器的数据发送端与信号接收控制装置的数据接收端连接。它可以生成连续变化的应力，同步采集生物应力和生物表面肌电信号，通过对比分析生物应力生成和生物表面肌电信号之间的关系，可用于检测肌肉萎缩程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物测试装置，特别是一种通过生物应力以及表面肌电信号进行生物测试的系统。
背景技术
传统人机交互方式多通过数据手套和视频动态采集器来实现，这些采集方式能较快较准确地捕捉到手势各个关节角度，指节速度，但无法反映出手在做握、压动作时使力的大小。表面肌电信号(Surface Electromyography) 是肌肉收缩时的电变化在皮肤表面的综合反映。有效的解析表面肌电信号，从中提取出精确的力度信息将为人机运动控制提供一种更自然、便捷的交互工具。但是，目前国内外科研机构对基于表面肌电信号力度识别的研究处于起步阶段，市面上并还未出现针对研究表面肌电与生物应力之间关系的实验平台，不利于展开基于表面肌电的手势力度识别的研究。
肌电图学是神经电生理检测的重要组成部分。对肌肉的检测可用于区分神经源性和肌源性损害以及损害的程度并可进行新生电位和功能的检测，从而为临床提供准确详细的客观依据。肌电图是临床检查的延伸，它能准确客观、灵敏的反映病变的性质及部位，从而为医生的诊断、治疗、估计预后以及疗效评价提供第一手资料。
目前诊断肌肉萎缩症状的主要采用针刺肌电图和表面肌电图，肌电图与肌肉的活动状态和功能状态之间存在着不同程度的关联性，因而能在一定程度上反映神经肌肉的活动。表面肌电检测病理的依据：肌电积分值与肌力和肌张力之间的关系是：肌肉随静力收缩时用表面电极测定的肌电积分值与肌肉强力之间呈正相关； 肌电积分值与肌张力呈正相关。所以表面肌电图可用于评估治疗患者受损神经肌肉功能的变化状况及与健侧的差异，而且可用于观察治疗前后患侧神经肌肉功能的进步情况并据此制定和调整下一步的治疗方案，此方案在康复医学神经肌肉疾病导致的功能障碍进行肌力、肌张力与肌肉疲劳度的评估中具有应用价值。但是目前神经疾病科医生分析电信号与肌力和肌张力之间的关系时主要靠经验来进行检测，不能定量检测表面肌电信号与生物应力之间的关系，影响了对肌肉疾病方面的诊断的准确性。目前，市面上也缺乏一套既能产生变化应力，又能同步采集表面肌电信号与生物应力信号，还能保存、处理数据并显示结论的连续可变化生物应力测试系统。
发明内容
本发明的目的就是提供一种连续可变化应力测试系统，它可以将同步测量生物测试时的应力和对应的表面股电信号。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有生物电信号监测装置，其特征在于：所述测试系统还包括有应力监测装置和信号接收控制装置，应力监测装置包括有步进电机、推杆传动装置、压力弹簧装置、压力传感器和推板，步进电机的动力输出端与推杆传动装置的动力输入端相连，压力弹簧装置设置在推杆传动装置的顶杆顶端，压力传感器设置在压力弹簧装置的顶端，推板设置在压力弹簧装置的顶端，信号接收控制装置的指令输出端与步进电机的指令输入端连接，压力传感器的数据发送端与信号接收控制装置的数据接收端连接。
进一步，所述应力监测装置还包括有顶端开口的壳体，步进电机、推杆传动装置、压力弹簧装置和压力传感器均设置在壳体内，推板位于壳体顶端开口位置。
进一步，所述推杆传动装置的顶杆与压力弹簧装置之间设置有滑板Ⅰ，压力弹簧装置与压力传感器之间设置有滑板Ⅱ，滑板Ⅰ和滑板Ⅱ均通过滑轨安装在壳体的两个对立侧壁上。
进一步，所述壳体顶端还设置有用于保护手臂的真空垫。
进一步，所述信号接收控制装置包括有变送器、模数变换器ADC、通信模块、上位机和步进驱动器，变送器的数据接收端与压力传感器的数据发送端连接，变送器的输出端和生物电信号监测装置的的输出端均与模数变换器ADC的输入端连接，模数变换器的输出端通过通信模块与上位机的输入端连接，上位机的指令输出端通过步进驱动器与步进电机的指令输入端连接。
进一步，所述通信模块包括有与模数变换器连接的蓝牙数据采集模块和与上位机连接的蓝牙适配器。
进一步，所述上位机通过单片机控制模块与步进驱动器连接。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本发明可以生成连续变化的应力，同步采集生物应力和生物表面肌电信号，并将采集到的信号保存在上位机，通过对比分析生物应力生成和生物表面肌电信号之间的关系，可用于检测肌肉萎缩程度。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明的测试原理图。
图中：1. 步进电机；2. 推杆传动装置；3. 压力弹簧装置；4. 压力传感器；5. 推板；6. 壳体；7. 滑板Ⅰ；8. 滑板Ⅱ；9. 真空垫。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
一种连续可变化应力测试系统，包括有生物电信号监测装置，所述测试系统还包括有应力监测装置和信号接收控制装置，应力监测装置包括有步进电机1、推杆传动装置2、压力弹簧装置3、压力传感器4和推板5，步进电机1的动力输出端与推杆传动装置2的动力输入端相连，压力弹簧装置3设置在推杆传动装置2的顶杆顶端，压力传感器4设置在压力弹簧装置3的顶端，推板5设置在压力弹簧装置3的顶端，信号接收控制装置的指令输出端与步进电机1的指令输入端连接，压力传感器3的数据发送端与信号接收控制装置的数据接收端连接。
所述应力监测装置还包括有顶端开口的壳体6，步进电机1、推杆传动装置2、压力弹簧装置3和压力传感器4均设置在壳体6内，推板位于5壳体顶端开口位置。当没有力施加在推板5上时，推板5依靠壳体6提供支持力，压力传感器4不会生成干扰数据。
所述推杆传动装置2的顶杆与压力弹簧装置3之间设置有滑板Ⅰ7，压力弹簧装置与压力传感器之间设置有滑板Ⅱ8，滑板Ⅰ7和滑板Ⅱ8均通过滑轨安装在壳体6的两个对立侧壁上。滑板Ⅰ7和滑板Ⅱ8可以将推杆传动装置2产生的力均匀的向上传递，同时保证在力的传输过程中，压力弹簧装置3和压力传感器4不会出现错位。
所述壳体顶端还设置有用于保护手臂的真空垫9。
所述信号接收控制装置包括有变送器、模数变换器ADC、通信模块、上位机和步进驱动器，变送器的数据接收端与压力传感器的数据发送端连接，变送器的输出端和生物电信号监测装置的的输出端均与模数变换器ADC的输入端连接，模数变换器的输出端通过通信模块与上位机的输入端连接，上位机的指令输出端通过步进驱动器与步进电机的指令输入端连接。
所述通信模块包括有与模数变换器连接的蓝牙数据采集模块和与上位机连接的蓝牙适配器。
所述上位机通过单片机控制模块与步进驱动器连接。
工作时，如图1所示，利用上位机的软件输出控制命令信号到单片机控制模块，单片机控制模块输出命令到步进驱动器，步进驱动器根据命令驱动步进电机1，步进电机1通过齿轮皮带带动推杆传动装置2，推杆传动装置2改变压力弹簧装置3的压缩行程，压力通过刚性传动在推板5处产生连续可变化的应力。测试的人或生物通过施加压力控制推板5，将推板5压在原位置处，压力传感器4采集被测人或生物的应力信号，变送器将压力传感器输出的信号与表面肌电信号经过模数变换器ADC后同步输入到蓝牙采集模块，经过蓝牙无线通信和蓝牙适配器，通过USB接口输入到电脑主机进行数据保存与处理，最后将处理结果显示在显示器上。
如图2所示，上位机根据需要设置应力变化参数，通过串口RS-232有线输出命令信号到STC89C52的控制芯片，控制芯片根据推板处产生压力与步进电机转动关系，通过步进电机驱动模块控制步进电机的转向和转速，进而驱动推杆传动装置，进而压缩压力弹簧装置，并通过力传递在推板处产生所需的变化应力。被测人或生物在推板的作用力下，产生反作用的生物应力，前臂产生于生物应力相关的表面肌电信号，ADC采集模块将应力与多通道的肌电信号进行模数转换，同步输出到蓝牙数据采集模块，经过无线通信方式，将数据传输到PC端进行数据保存、处理与显示。
电脑主机与单片机控制模块采用的串口包括RS-232、RS-485和CAN接口。系统的控制配置等操作完全由串口操作，通信的接口可以由用户自己选择。
所述压力传感器的量程为100N，变送器输出的信号为0-5V；所述推板可以根据不同手势测试的需要而进行更换，具有良好的灵活性和拓展性；所述真空垫用于固定手臂的姿态。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1. 一种连续可变化应力测试系统，包括有生物电信号监测装置，其特征在于：所述测试系统还包括有应力监测装置和信号接收控制装置，应力监测装置包括有步进电机、推杆传动装置、压力弹簧装置、压力传感器和推板，步进电机的动力输出端与推杆传动装置的动力输入端相连，压力弹簧装置设置在推杆传动装置的顶杆顶端，压力传感器设置在压力弹簧装置的顶端，推板设置在压力弹簧装置的顶端，信号接收控制装置的指令输出端与步进电机的指令输入端连接，压力传感器的数据发送端与信号接收控制装置的数据接收端连接。
2. 如权利要求1所述的一种连续可变化应力测试系统，其特征在于：所述应力监测装置还包括有顶端开口的壳体，步进电机、推杆传动装置、压力弹簧装置和压力传感器均设置在壳体内，推板位于壳体顶端开口位置。
3. 如权利要求2所述的一种连续可变化应力测试系统，其特征在于：所述推杆传动装置的顶杆与压力弹簧装置之间设置有滑板Ⅰ，压力弹簧装置与压力传感器之间设置有滑板Ⅱ，滑板Ⅰ和滑板Ⅱ均通过滑轨安装在壳体的两个对立侧壁上。
4. 如权利要求3所述的一种连续可变化应力测试系统，其特征在于：所述壳体顶端还设置有用于保护手臂的真空垫。
5. 如权利要求1所述的一种连续可变化应力测试系统，其特征在于：所述信号接收控制装置包括有变送器、模数变换器ADC、通信模块、上位机和步进驱动器，变送器的数据接收端与压力传感器的数据发送端连接，变送器的输出端和生物电信号监测装置的的输出端均与模数变换器ADC的输入端连接，模数变换器的输出端通过通信模块与上位机的输入端连接，上位机的指令输出端通过步进驱动器与步进电机的指令输入端连接。
6. 如权利要求5所述的一种连续可变化应力测试系统，其特征在于：所述通信模块包括有与模数变换器连接的蓝牙数据采集模块和与上位机连接的蓝牙适配器。
7. 如权利要求5所述的一种连续可变化应力测试系统，其特征在于：所述上位机通过单片机控制模块与步进驱动器连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHONGQING INSTITUTE OF GREEN AND INTELLIGENT TECHN Free format text: FORMER OWNER: CHONGQING INSTITUTE OF GREEN AND INTELLIGENT TECHNOLOGY Effective date: 20140903 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 401122 YUBEI, CHONGQING TO: 400714 BEIPEI, CHONGQING |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140903 Address after: 400714 Chongqing Road, Beibei District, No. 266 Applicant after: Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology of the Chinese Academy of Sciences Address before: 401122, B building, block 85, Han Chinese Center, 9 Jin Yu Road, North New District, Chongqing Applicant before: Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Chinese Academy of Sciences |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 402460 5-1 5-1 nineteen building Agricultural Hall, Changlong Avenue, Changzhou street, Rongchang District, Chongqing, China Patentee after: Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology of the Chinese Academy of Sciences Address before: 400714 No. 266 Fangzheng Road, Beibei District, Chongqing. Patentee before: Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology of the Chinese Academy of Sciences |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 400714 No. 266 Fangzheng Road, Beibei District, Chongqing. Patentee after: CHONGQING INSTITUTE OF GREEN AND INTELLIGENT TECHNOLOGY, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Address before: 402460 5-1 5-1 nineteen building Agricultural Hall, Changlong Avenue, Changzhou street, Rongchang District, Chongqing, China Patentee before: CHONGQING INSTITUTE OF GREEN AND INTELLIGENT TECHNOLOGY, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES |