CN105372444A - 医用运动平板速度校准装置及其精度设计与校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医用运动平板速度校准装置及其精度设计与校准方法。本发明包括色标传感器，色标，悬臂，滚珠丝杆，导轨，支架，底座。跑步带上贴白色色标，两个色标传感器安装在悬臂的两端，色标传感器镜头朝下，跑步带带动色标通过两个色标传感器，实现对运动平板速度的测量。对平板速度进行误差分配，得到长度和时间的最大允许误差。通过机械设计和长度校准设备选择，控制长度误差在要求的精度范围内，通过晶振和时间校准仪器选择，控制时间误差在要求的精度范围内。本发明具有测试精度高，体积小，便于携带和操作，应用范围广等优点。

Description

医用运动平板速度校准装置及其精度设计与校准方法

技术领域

本发明涉及一种速度校准装置及其精度设计与校准方法，尤其是涉及一种医用运动平板专用的速度校准装置及其精度设计与校准方法。

背景技术

随着生活水平的提高、生活节奏的加快以及体育运动时间的不足，冠心病、心肌炎已经成为当前威胁我国人民健康的主要疾病。通常情况下，冠心病具有隐蔽性强的特点，许多患者即使其冠状动脉扩张的最大储备能力已经明显下降，但静息时冠状动脉血流量仍可维持正常，无心肌缺血现象，而静态心电图显示正常。患者在发病前也无明显症状，易被忽视，一旦发病就容易形成心肌梗塞，导致猝死。因此，提高对早期冠心病患者诊断的准确率，是预防冠心病突发的关键。

通过“心电图运动试验”可以发现早期冠心病患者，它是通过调节平板运动速度和平板坡度来增加心脏负荷而诱发心肌缺血，从而出现缺血性心电图改变的试验方法。速度的校准，可以保证“心电图运动试验”过程中运动量设定的准确性，从而得到更加可靠和可信的结果，为患者提供准确的治疗。同时，“心电图运动试验”过程中由于个体存在差异，每个人在试验过程中的安全速度不相同。速度的校准，可以提高设定安全速度的准确性，从而保证试验过程中受试者的安全。

但由于医用运动平板不属于强检医疗器械，以前没有校准规范，无法进行校准。一些医院只凭设备本身的自检功能进行运动平板自检，没有校准设备和检测人员，无法判定运动平板速度是否准确。

根据国家即将实施的校准规范，校准过程中不允许拆卸运动平板的任何部位。而现有的跑步机测速方法均是采用测跑步机滚轴转速的方法，这样必须对跑步机进行拆卸船，不符合要求。

发明内容

针对背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种医用运动平板专用的速度校准装置。

一种医用运动平板专用的速度校准装置，包括色标传感器、色标、悬臂、滚珠丝杆、导轨、支架、底座

色标传感器通过螺钉安装在角件上，角件通过沉头螺钉固定在支撑杆上，支撑杆过悬臂和标尺，通过锁紧螺母固定，悬臂分别通过螺栓轴承和偏心锁紧装置固定在滑块连接板上；滚珠丝杆的下端通过卧式丝杆支撑座固定在底座上，滚珠丝杆的上端通过立式丝杆支撑座固定在角钢上，滚珠丝杆两侧安装平行直线导轨，平行直线导轨通过沉头螺钉安装在支架上，直线导轨上的滑块通过沉头螺钉与滑块连接板连接，角钢通过四颗六角螺钉与支架固定，锁紧固定片通过沉头螺钉固定在角钢上；支架通过螺钉固定在底座上，底座安装有四个水平调节脚。

所述滑块连接板上设计有弧形槽，调节色标传感器镜头下边沿与跑步带上表面平行，通过偏心锁紧装置锁紧。

所述角件下侧突出色标传感器镜头5mm，且角件后侧精密安装标尺，标尺右端刻有刻度。

进一步说，色标选用白色，粘贴于跑步带表面，两个色标传感器的镜头朝下安装，间距为500mm，用于识别跑步带上的色标。

进一步说，锁紧固定片上安装有锁紧旋钮，用于锁紧滚珠丝杆；锁紧固定片上侧的梅花手柄，用于调节色标传感器镜头与跑步带上表面的距离。

进一步说，支撑杆通过锁紧螺母调节伸出长度；高度调节脚用于调平。

医用运动平板速度校准装置精度设计方法：对平板速度进行误差分配，得到长度和时间的最大允许误差，即时间和长度的精度要求。通过机械设计和长度校准设备选择，控制长度误差在要求的精度范围内；通过晶振和时间校准仪器选择，控制时间误差在要求的精度范围内。最终对速度进行不确定度评定，合成不确定度在要求的精度范围内即可。

医用运动平板速度校准的方法：通过一对色标传感器识别跑步带上白色色标来校准运动平板跑步带的速度；白色色标随跑步带匀速运动，通过色标传感器，输出低电平，通过单片机捕获两次低电平下降沿的时间间隔，将两色标传感器镜头距离除以时间间隔，得到跑步带的速度。

本发明的有益效果：

本发明解决了运动平板速度校准过程中不允许拆卸的问题，实现对医用运动平板速度的现场测量和校准。

本发明测量精度高，通过精度设计，以及将长度和时间均溯源至国家计量基准。

本发明操作方便，多处设计有手柄和旋钮，极大地方便了计量人员的操作。

附图说明

图1是本发明的三维演示图；

图2是本发明的三维示意图；

图3是本发明的正视图；

图4是本发明的俯视图；

图5是本发明的标尺刻度局部示意图。

图中1.底座，2.滚珠丝杆，3-1、3-2、3-3.水平调节脚，4.标尺，5-1、5-2.角件，6-1，6-2.色标传感器，7-1.色标传感器镜头，8-1、8-2.支撑杆，9.悬臂，10-1、10-2.锁紧螺母，11.偏心锁紧装置，12.滑块连接板，13-1、13-2.滑块，14.弧形槽，15-1、15-2.直线导轨，16-1、16-2.支架，17-1、17-2、17-3、17-4.六角螺钉，18.角钢，19.锁紧固定片，20.锁紧旋钮，21.梅花手柄，22.卧式丝杆支撑座，23.刻度，24.螺栓轴承，25.跑步带，26.色标，27.立式丝杆支撑座。

具体实施方式

本发明的校准原理是：在医用运动平板主机控制界面上设定其运动速度，使运动平板的跑步带25按这个速度设定值开始工作，色标26随跑步带25移动，通过第一个色标传感器6-1时，传感器检测到白色色标，输出低电平，色标26通过第二个色标传感器6-2时，同样也会输出低电平，单片机捕获两次低电平跳变的时间间隔，将两色标传感器的距离除以时间间隔，获得运动平板的速度测量值，同时可得运动平板速度的相对误差，以此判断医用运动平板的设定速度是否合格。

如图1所示的医用运动平板速度校准装置三维演示图，将装置放于运动平板的一侧，在跑步带25上贴白色色标26，两个色标传感器6-1、6-2安装在悬臂的两端，色标传感器镜头7-1朝下，跑步带25带动色标26通过两个色标传感器6-1、6-2，实现对运动平板速度的测量。

如图2所示的医用运动平板速度校准装置的三维示意图，包括色标传感器6-1、6-2，色标26，悬臂9，滚珠丝杆2，导轨15，支架16，底座1。所述的色标传感器6-1、6-2通过螺钉安装在角件5-1、5-2上，角件5-1、5-2通过沉头螺钉固定在支撑杆8-1、8-2上，支撑杆8-1、8-2穿过悬臂9和标尺4，通过锁紧螺母10-1、10-2固定，悬臂9通过弧形槽14调整角度，并分别通过螺栓轴承24和偏心锁紧装置11固定在滑块连接板12上；滚珠丝杆2的下端通过卧式丝杆支撑座22固定在底座1上，滚珠丝杆2的上端通过立式丝杆支撑座27固定在角钢18上，滚珠丝杆2两侧安装平行直线导轨15-1、15-2，平行直线导轨15-1、15-2通过沉头螺钉安装在支架16-1、16-2上，直线导轨15-1、15-2上的滑块13-1、13-2通过沉头螺钉与滑块连接板12连接，角钢18通过四颗六角螺钉17-1、17-2、17-3、17-4与支架16-1、16-2固定，锁紧固定片19通过沉头螺钉固定在角钢18上；支架16-1、16-2通过螺钉固定在底座1上，底座1安装有四个水平调节脚3-1、3-2、3-3。

如图3所示的医用运动平板速度校准装置正视图，角件5-1、5-2下侧比色标传感器镜头7-1突出5mm。由于色标的有效检测范围为10mm，而两个色标传感器6-1、6-2的连线要始终与跑步带上表面保持平行，拧开偏心锁紧装置11，通过梅花手柄21下降悬臂9，使得角件5-1、5-2下侧两端都完全接触跑步带25，通过偏心锁紧装置11拧紧，悬臂9和两个色标传感器6-1、6-2都不会发生角度偏移，然后通过梅花手柄21向上提高一点距离，使得角件5-1、5-2与跑步带25分离，最后，用锁紧旋钮20锁紧滚珠丝杆，此时，可以进行这个角度跑步带速度的测量。水平调节脚用于调平。

如图4所示的医用运动平板速度校准装置俯视图，角件5-1、5-2后侧精密安装标尺4，两个色标传感器6-1、6-2之间的距离为500mm，支撑杆8-1、8-2通过锁紧螺母10-1、10-2调节伸出长度，使色标传感器6-1、6-2置于跑步带25的正上方。

如图5所示的医用运动平板速度校准装置标尺刻度局部示意图，标尺4右端刻有刻度23，每次调整完毕后可以读取当前长度，提高测量精度。

本发明的精度设计方法是：

对速度进行误差分配，可求得长度的最大允许误差：

${\mathrm{\σ}}_l=\frac{{\mathrm{\σ}}_v}{\sqrt{n}}\frac{1}{\∂f/\∂l}$

时间的最大允许误差：

${\mathrm{\σ}}_t=\frac{{\mathrm{\σ}}_v}{\sqrt{n}}\frac{1}{\∂f/\∂t}$

式中σ_v为取的速度点与速度的最大允许误差的乘积，n为变量的个数，此发明中n＝2，速度的精度要求为±1％，即速度的最大允许误差±1％。速度校准为平均速度的校准，取三个速度点，本发明中取1m/s，3m/s，5m/s三个速度点。可以求得各个速度点所对应长度的最大允许误差，根据这个要求进行机械设计，装配设计，以及长度校准设备的选择。

同样的方法求得时间的最大允许误差，根据时间的精度要求，进行晶振的选择，以及时间校准仪器的选择。

分析长度的误差来源，不确定度合成得到长度的标准不确定度分量u_l；分析时间的误差来源，不确定度合成得到时间的标准不确定度分量u_t，进行速度的不确定度进行合成：

$u_c=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}{\left(\frac{\&part;f}{\&part;x_i}\right)}^2{\left(u_{xi}\right)}^2+2\underset{1<i<j}{\overset{n}{\&Sigma;}}\frac{\&part;f}{\&part;x_i}\frac{\&part;f}{\&part;x_j}{\mathrm{\&rho;}}_{ij}{u}_{xi}{u}_{xj}}$

本发明中，合成公式如下：

$u_c=\sqrt{{\left(\frac{\&part;v}{\&part;l}\right)}^2{\left(u_l\right)}^2+{\left(\frac{\&part;v}{\&part;t}\right)}^2{\left(u_t\right)}^2}$

最终合成不确定度在要求的精度范围内即可，本发明中，合成不确定在±1％内即可。

本发明通过测量跑步带的速度来测运动平板的速度，因此可以在不拆卸的情况下，对运动平板的速度进行测量和校准。并且现有的测速方法，体积过大，不易携带，校准不方便，而且精度很难保证，本发明对体积进行精减，方便携带，通过设计多种手柄和旋钮，方便计量人员进行校准，同时进行精密机械设计，极大地提高了测量精度。本发明可供各计量检测机构对医用运动平板速度进行校准，以及医疗卫生单位对医用运动平板的日常监测。因此，对医用运动平板速度校准装置的研制具有重大的社会和经济意义。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.医用运动平板速度校准装置，包括色标传感器（6）、色标（26）、悬臂（9）、滚珠丝杆（2）、导轨（15）、支架（16）、底座（1），其特征在于：

色标传感器（6）通过螺钉安装在角件（5）上，角件（5）通过沉头螺钉固定在支撑杆（8）上，支撑杆（8）穿过悬臂（9）和标尺（4），通过锁紧螺母（10）固定，悬臂（9）分别通过螺栓轴承（24）和偏心锁紧装置（11）固定在滑块连接板（12）上；滚珠丝杆（2）的下端通过卧式丝杆支撑座（22）固定在底座（1）上，滚珠丝杆（2）的上端通过立式丝杆支撑座（27）固定在角钢（18）上，滚珠丝杆（2）两侧安装平行直线导轨（15），平行直线导轨（15）通过沉头螺钉安装在支架（16）上，直线导轨（15）上的滑块（13）通过沉头螺钉与滑块连接板（12）连接，角钢（18）通过四颗六角螺钉（17）与支架（16）固定，锁紧固定片（19）通过沉头螺钉固定在角钢（18）上；支架（16）通过螺钉固定在底座（1）上，底座（1）安装有四个水平调节脚（3）；

所述滑块连接板（12）上设计有弧形槽（14），调节色标传感器镜头（7）下边沿与跑步带（25）上表面平行，通过偏心锁紧装置（11）锁紧；

所述角件（5）下侧突出色标传感器镜头（7）5mm，且角件（5）后侧精密安装标尺（4），标尺（4）右端刻有刻度（23）。

2.根据权利要求1所述的医用运动平板速度校准装置，其特征在于：所述的色标（26）选用白色，粘贴于跑步带（25）表面，两个色标传感器（6）的镜头（7）朝下安装，间距为500mm，用于识别跑步带（25）上的色标（26）。

3.根据权利要求1所述的医用运动平板速度校准装置，其特征在于：所述的锁紧固定片（19）上安装有锁紧旋钮（20），用于锁紧滚珠丝杆（2）；锁紧固定片（19）上侧的梅花手柄（21），用于调节色标传感器镜头（7）与跑步带（25）上表面的距离。

4.根据权利要求1所述的医用运动平板速度校准装置，其特征在于：所述的支撑杆（8）通过锁紧螺母（10）调节伸出长度；水平调节脚（3）用于调平。

5.一种对权利要求1所述装置进行精度设计的方法，其特征在于：对平板速度进行误差分配，得到长度和时间的最大允许误差，即时间和长度的精度要求；

通过机械设计和长度校准设备选择，控制长度误差在要求的精度范围内；通过晶振和时间校准仪器选择，控制时间误差在要求的精度范围内；

最终对速度进行不确定度评定，合成不确定度在要求的精度范围内即可。

6.一种利用权利要求1所述装置对医用运动平板速度校准的方法，其特征在于：通过一对色标传感器（6）识别跑步带（25）上白色色标（26）来校准运动平板跑步带（25）的速度；白色色标（26）随跑步带（25）匀速运动，通过色标传感器（6），识别色标并输出信号，通过单片机捕获两次信号的时间间隔，将两色标传感器镜头（7）距离除以时间间隔，得到跑步带（25）的速度。