CN105157892B - 一种柔性分布力测量垫及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及中医推拿领域，提供一种柔性分布力测量垫及其制作方法，所述柔性分布力测量垫由柔性基体材料和光纤光栅阵列传感器组成，所述光纤光栅阵列传感器布置于柔性基体材料上，所述光纤光栅阵列传感器由多根光纤并列布置，两根光纤之间间隔0.1‑0.2mm，上述光纤在熔接点处熔接，串联成一根光纤，形成一个通道，每根光纤上都设有一个不同反射波长的光栅传感器，这些光栅传感器在通道上等间距布置，若干个通道排列形成一个光栅矩阵。本发明适用于中医推拿力的测定，该测量垫能客观、精确地测出推拿力的大小、时间、位置等各项指标，解决临床测定这一问题。
Description
技术领域
本发明涉及中医推拿领域，具体的说是一种柔性分布力测量垫及其制作方法，该柔性分布力测量垫适用于中医推拿手法的测定。
背景技术
目前的推拿手法测试仪主要基于电阻应变片。比如由上海中医药大学针灸推拿学院研发的TPA-2型推拿手法测定仪。该测定仪是在一个测力平台的四周和下方,分别装有能识别上下左右、前后三个方向的应变感测器,可感应微小力的变化,因而可检测操作者在测力平台上进行摸拟推拿手法的作用力。
此外，有科研团队在压敏导电橡胶的基础上，设计了一款可检测中医推拿力的力学量综合测定垫。其采用一种整体两层式的结构，先在模具上布置两层行列导线，然后将导电橡胶注入模具中，等待它固化成型。当传感器表面施加一负载时,作为传感器敏感材料的导电橡胶会发生变形,从而传感器内部节点位置也会相应变化,引起行列电阻的变化。故可以根据行列电阻变化量计算出传感器在电场作用下所呈现的形变信息,最终获得受力信息。
这些测试仪器大多只能在一个固定的测力平台上模拟推拿手法的三维作用力,不能与临床操作同时进行;或只能检测临床操作推拿手法的压力特征信息,很难满足中医推拿科学研究和临床试验的需求。由于受到测试手段的限制,缺少能够在临床推拿过程中直接检测医生推拿作用力的仪器,限制了推拿手法作用力的量化研究。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，提供一种柔性分布力测量垫及其制作方法，适用于中医推拿力的测定，该测量垫能客观、精确地测出推拿力的大小、时间、位置等各项指标，解决临床测定这一问题。
本发明的目的是通过如下技术措施来实现的：一种柔性分布力测量垫，所述柔性分布力测量垫由柔性基体材料和光纤光栅阵列传感器组成，所述光纤光栅阵列传感器布置于柔性基体材料上，所述光纤光栅阵列传感器由多根光纤并列布置， 两根光纤之间间隔0.1-0.2mm， 上述光纤在熔接点处熔接，串联成一根光纤，形成一个通道，每根光纤上都设有一个不同反射波长的光栅传感器，这些光栅传感器在通道上等间距布置，若干个通道排列形成一个光栅矩阵。
本发明还提供一种上述的柔性分布力测量垫的制作方法，包括以下步骤：
（1）制作模具，准备一块金属板，利用数铣工艺进行加工，在金属板上铣出一个深1mm的矩形槽，矩形槽内等距排列直径1.5mm的圆柱，在金属板边缘横向并列开若干个深0.5mm的小槽，用以固定光纤；
（2）将属于一个通道上的设有不同反射波长的光栅传感器的光纤放入模具边缘的一对小槽中并固定，使每根光纤上的光栅传感器在水平投影线上等间隔排列，间隔0.5mm，如此以来，光栅传感器均匀密布在模具中；
（3）制作柔性基体材料，将有机硅材料和配套固化剂按质量比 100 ：4 比例混合均匀后，倒入模具中，然后利用抽真空的方式去除混合材料中的气泡，常温固化5个小时即可；
（4）从模具中取出嵌有光栅传感器的基体材料，将同一通道的光纤通过熔接技术串联成一根光纤，形成一个通道，若干个通道排列形成一个光栅矩阵，柔性分布力测量垫制作完成。
因为有机硅材料收缩率大，光栅可能在固化过程中折断，所以需要在基体材料中开工艺孔，即在矩形槽中布置的圆柱，减小收缩应力，并减小光栅传感器之间的干扰。
本发明适用于中医推拿手法测定的柔性分布力测量垫实现了推拿手法的数字化，可用于记录专家的推拿手法信息，有利于中医推拿学科的发展，推动中医药事业的发展。柔性分布力测量垫能精确及时地测出推拿力的大小、方向和轨迹，并且能临床操作，通过计算机实时反映出各项指标。光纤光栅传感器电绝缘性能好，比导电橡胶更加安全可靠。另外，光纤光栅传感器的体积小、重量轻，橡胶垫可以做的更薄更软，能与身体完全贴合，准确地反映推拿力的一些指标，能客观、精确地测出推拿力的大小 、时间、位置等各项指标。
附图说明
图1为实施例光纤光栅阵列传感器中单通道的结构示意图。
图2为实施例的柔性分布力测量垫使用状态示意图。
图3为实施例制作方法的模具示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1、2所示，本实施例提供一种由5*5的光纤光栅阵列传感器组成的柔性分布力测量垫，所述柔性分布力测量垫由柔性基体材料1和光纤光栅阵列传感器组成，所述光纤光栅阵列传感器布置于柔性基体材料1上，所述光纤光栅阵列传感器是由5根光纤7并列布置，这5根光纤7在熔接点3处熔接，串联成一根光纤，形成一个通道4。两根光纤7之间间隔很小，间隔为0.1-0.2mm,在整个传感器中就可以看作一条直线。每根光纤7上都设有一个光栅传感器2，这些光栅传感器2在通道4上等间距布置。5个通道4就形成了一个5*5的光栅矩阵。为了确定推拿力作用在测量垫上的位置，采用了光的波分复用技术，每个通道4上使用不同反射波长的光栅传感器2，只要确定了通道4和波长，就能确定力的作用位置。
本实施例还提供一种上述的柔性分布力测量垫的制作方法，包括以下步骤：
（1）制作模具，如图3所示，准备一块金属板，利用数铣工艺进行加工，在金属板上铣出一个深1mm的矩形槽，矩形槽内等距排列直径1.5mm的圆柱，在金属板边缘横向并列开若干个深0.5mm的小槽，用以固定光纤；需要说明的是，图3所示的模具仅为示意图，图中仅开有两个通道的小槽，上述模具的大小可根据光纤光栅阵列的规模扩展；
（2）将属于一个通道上的设有不同反射波长的光栅传感器的光纤放入模具边缘的一对小槽中并固定，使每根光纤上的光栅传感器在水平投影线上等间隔排列，间隔0.5mm，如此以来，光栅传感器均匀密布在模具中；
（3）制作柔性基体材料，将有机硅材料和配套固化剂按质量比 100 ：4 比例混合均匀后，倒入模具中，然后利用抽真空的方式去除混合材料中的气泡，常温固化5个小时即可；所述的有机硅材料为RTV-2双组份加成型有机硅材料，购买的武汉矽利康有机硅材料有限公司生产的含配套固化剂的产品，型号为 M628；
（4）从模具中取出嵌有光栅传感器的基体材料，将同一通道的光纤通过熔接技术串联成一根光纤，形成一个通道，若干个通道排列形成一个光栅矩阵，柔性分布力测量垫制作完成。
为了减小基体材料的收缩应力，在测定垫中开工艺孔8，即在矩形槽中布置的圆柱，工艺孔8能有效地减小测量过程中光栅传感器之间的干扰。
进一步的，上述光纤光栅阵列传感器中的5个通道与波长解调仪5连接，波长解调仪5与计算机6连接，形成一套完整的一种中医推拿手法测定系统，波长解调仪5将解调好的数据发送给计算机6，计算机6中面向中医推拿数据的高速信息处理系统实将基于中度规模科学计算的推拿轨迹可视化复现。
上述的面向中医推拿数据的高速信息处理系统实现了基于中度规模科学计算的推拿轨迹可视化复现。用C语言在VS2013上开发，并通过拥有强大矩阵算法的Matlab与自行开发的工具箱实现数据的处理，最后在通过基于opencv的函数库，实现数据的可视化。
本发明柔性分布力测量垫的工作原理是通过测量Bragg波长的变化实现对推拿分布力的检测。当手碰触光纤光栅阵列传感器时,就会有作用力施加到某个光栅传感器2上，受力的传感器由于有机硅基体材料的良好伸展性，受压时伸展，嵌在基体里的光纤光栅会随着基体的伸展而伸展，光纤光栅的光栅周期就会变化，从而Bragg光栅的中心波长就会相应的发生变化，由多通道的波长解调仪5可获得光纤Bragg光栅的中心波长变化，计算机6通过相应的软件实现推拿手法的数字化和可视化。
本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。
Claims (3)
1.一种柔性分布力测量垫，其特征是：所述柔性分布力测量垫由柔性基体材料和光纤光栅阵列传感器组成，所述光纤光栅阵列传感器嵌于柔性基体材料内，所述光纤光栅阵列传感器由多根光纤并列布置， 两根光纤之间间隔0.1-0.2mm， 上述光纤在熔接点处熔接，串联成一根光纤，形成一个通道，每根光纤上都设有一个不同反射波长的光栅传感器，这些光栅传感器在通道上等间距布置，若干个通道排列形成一个光栅矩阵。
2.一种如权利要求1所述的柔性分布力测量垫的制作方法，其特征是包括以下步骤：
（1）制作模具，准备一块金属板，利用数铣工艺进行加工，在金属板上铣出一个深1mm的矩形槽，矩形槽内等距排列直径1.5mm的圆柱，在金属板边缘横向并列开若干个深0.5mm的小槽，用以固定光纤；在测量垫中开工艺孔，即在矩形槽中布置的圆柱，工艺孔能有效地减小测量过程中光栅传感器之间的干扰；
（2）将属于一个通道上的设有不同反射波长的光栅传感器的光纤放入模具边缘的一对小槽中并固定，使每根光纤上的光栅传感器在水平投影线上等间隔排列，间隔0.5mm，如此以来，光栅传感器均匀密布在模具中；
（3）制作柔性基体材料，将有机硅材料和配套固化剂按质量比 100 ：4 比例混合均匀后，倒入模具中，然后利用抽真空的方式去除有混合材料中的气泡，常温固化5个小时即可；
（4）从模具中取出嵌有光栅传感器的基体材料，将同一通道的光纤通过熔接技术串联成一根光纤，形成一个通道，若干个通道排列形成一个光栅矩阵，柔性分布力测量垫制作完成。
3.根据权利要求2所述的柔性分布力测量垫的制作方法，其特征是：步骤（3）中所述的有机硅材料为RTV-2双组份加成型有机硅材料。
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