CN108871626A - 楔形维间解耦二维无线无源植入性传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种楔形维间解耦二维无线无源植入型传感器，其包括拉压力轴、扭转轴、限位端盖、轴向形变环、限位缺口卡环、连接座和楔形形变块。所述楔形维间解耦二维无线无源植入型传感器受力时引起磁致伸缩材料贴附区域产生应力，从而在所述的激励线圈产生均匀的交变磁场中磁致伸缩材料在外应力作用下导致磁场变化，检测线圈检测磁场内的变化，继而转化为电信号来表示所受拉扭应力的情况。

Description

楔形维间解耦二维无线无源植入性传感器
技术领域
本发明涉及一种楔形维间解耦二维无线无源植入型传感器，属于多维结构型传感器领域。
背景技术
在测量受力时由于拉力或压力常常与扭转力耦合，单一的传感器结构难以求解拉或压与扭转之间的力学分量。
现阶段的力学传感器大都需要连接电源供电，有线传输测量数据，这种传感器难以应用于医学人体植入型的应用方向。
植入人体的医学传感器需要能够有较高的续航能力，能耗低，尽量减少人体因为传感器的安装、续航等问题所带来的医疗创伤。
发明内容
本发明目的是解决现有力学结构传感器难以对拉或压与扭转力之间的耦合力测量进行分量求解拉力或压力和扭转力的问题，提供一种楔形维间解耦二维无线无源植入型传感器。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种楔形维间解耦二维无线无源植入型传感器，其包括拉压力轴、扭转轴、限位端盖、轴向形变环、限位缺口卡环、连接座和楔形形变块；
所述拉压力轴的下端形成有法兰，所述轴向形变环包括上连接法兰部和下连接法兰部以及连接所述上连接法兰部和下连接法兰部之间的套筒部，所述套筒部上贴附有磁致伸缩材料；
所述限位端盖上沿其轴向方向形成有通孔，并且其下表面上还形成有圆形凹槽；所述限位端盖上的通孔与所述圆形凹槽的轴心线相同；
所述限位端盖的下端固定于所述轴向形变环的上连接法兰部上，通过该圆形凹槽使得限位端盖和轴向形变环之间形成环形凹槽，所述拉压力轴的法兰位于所述环形凹槽内，并且所述拉压力轴的法兰的轴向方向的厚度小于所述环形凹槽的轴向方向的厚度；
所述拉压力轴的上端穿过所述限位端盖的通孔，位于所述限位端盖的外部；
所述连接座包括上支撑法兰、下支撑法兰和连接上支撑法兰和下支撑法兰的套筒状的连接部，所述上支撑法兰固定于下连接法兰，并使得限位缺口卡环位于所述上支撑法兰和下连接法兰之间，同时使得所述限位缺口卡环被固定上支撑法兰和下连接法兰的螺钉固定；
所述限位缺口卡环呈环状，并且具有一缺口；
所述拉压力轴的下端沿其轴线方向开设有滑槽，所述扭转轴的上端可滑动地设置于所述滑槽内，所述滑槽的横截面为方形，所述扭转轴的上端与所述滑槽的横截面的形状相同；
所述扭转轴的下端可转动地设置于所述连接部内，并且所述扭转轴的中部形成有法兰，所述法兰的外圆周面与所述限位缺口卡环的内圆周面之间间隙配合；
所述扭转轴的法兰上开设有楔形开口，所述楔形开口与所述限位缺口卡环的缺口位置相对应；
所述楔形形变块包括基部和形变部，所述形变部包括相互垂直的上表面和下表面，以及垂直于所述上表面和下表面的左表面、右表面和两个端面，所述右表面为向外突出的圆弧表面，所述左表面和两个端面为平面状，所述两个端面的每一个分别与左表面和右表面的一端连接；所述圆弧表面上贴附有磁致伸缩材料；所述圆弧表面的两端与限位缺口卡环的缺口间隙配合；
所述基部的一端固定于所述形变部的左表面，并且垂直于所述左表面设置；所述基部的另一端插入固定在所述扭转轴的楔形开口上。
可选的，所述楔形形变块的形变部占其所在的整圆的角度与所述的限位缺口卡环的缺口所占其整圆的角度相同。
可选的，所述楔形形变块的基部的楔形角与扭转轴的楔形缺口的楔形角相同。
本发明具有如下有益效果：所述楔形维间解耦二维无线无源植入型传感器具有以下优点：
一、本发明能够同时检测出耦合力中的轴向力和切向的扭转力的力学分量，即对耦合力进行结构解耦；
二、本发明支撑刚度大，串入义骨的支撑结构中，不影响义骨的刚度；
三、本发明不需要连入供电线路或通过有线接口采集数据；
四、本发明可应用在医学领域，人体植入型传感器方向，大大减少传感器植入人体后需在人体中埋线或二次手术的环节。
附图说明
图1为本发明的楔形维间解耦二维无线无源植入型传感器的结构示意图；
图2为本发明的楔形维间解耦二维无线无源植入型传感器的剖视图；
图3为本发明的楔形维间解耦二维无线无源植入型传感器的爆炸结构示意图；
图4为本发明的扭转轴的结构示意图；
图5为本发明的楔形形变块的结构示意图；
图中标记示意为：1-拉压力轴；2-扭转轴；3-限位端盖；4-轴向形变环； 41-上连接法兰部；42-套筒部；43-下连接法兰部；5-限位缺口卡环；6-连接座； 61-上支撑法兰；62-连接部；63-下支撑法兰；7-楔形形变块；71-形变部；72- 基部。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种楔形维间解耦二维无线无源植入型传感器，其包括拉压力轴1、扭转轴2、限位端盖3、轴向形变环4、限位缺口卡环5、连接座6 和楔形形变块7。
所述拉压力轴1的一端(下端)形成有法兰，所述轴向形变环4包括上连接法兰部和下连接法兰部以及连接所述上连接法兰部和下连接法兰部之间的套筒部，本实施例中，所述套筒部上贴附有磁致伸缩材料，以当拉压力轴1沿其轴向运动时，会使得套筒部产生变形，从而检测拉压力轴所承受的拉应力或者压应力。
所述限位端盖3上沿其轴向方向形成有通孔，并且其下表面上还形成有圆形凹槽；所述限位端盖3上的通孔与所述圆形凹槽的轴心线相同。
所述限位端盖的下端(形成该圆形凹槽的一端)固定于所述轴向形变环4 的上连接法兰部上，保证限位端盖3与轴向形变环4连接刚度和紧密；并且，通过该圆形凹槽使得限位端盖3和轴向形变环4之间形成环形凹槽，所述拉压力轴1的法兰位于所述环形凹槽内，并且所述拉压力轴1的法兰的轴向方向的厚度小于所述环形凹槽的轴向方向的厚度，以使得所述拉压力轴1的法兰能够在所述环形凹槽内沿轴线方向运动。
并且，拉压力轴1的另一端(上端)穿过所述限位端盖3的通孔，位于所述限位端盖3的外部，以连接施加拉力、压力和扭矩的部件。
所述连接座6包括上支撑法兰、下支撑法兰和连接上支撑法兰和下支撑法兰的套筒状的连接部，所述上支撑法兰固定于下连接法兰，并使得限位缺口卡环位于所述上支撑法兰和下连接法兰之间，同时使得所述限位缺口卡环被固定上支撑法兰和下连接法兰的螺钉固定。
所述限位缺口卡环呈环状，并且具有一缺口，使得限位缺口卡转整体上呈 C形。
所述拉压力轴1的下端(具有法兰的一端)沿其轴线方向开设有滑槽，所述扭转轴的上端可滑动地设置于所述滑槽内，而且，所述滑槽的横截面为方形，所述扭转轴的上端与所述滑槽的横截面的形状相同，以当所述拉压力轴1沿其轴向运动时，所述拉压力轴1和扭转轴2之间能够相对滑动，并且当拉压力轴 1转动时，能够带动所述扭转轴2发生转动。
所述扭转轴2的下端可转动地设置于所述连接部内，并且所述扭转轴的中部形成有法兰，所述法兰的外圆周面与所述限位缺口卡环的内圆周面之间间隙配合，即所述法兰与所述限位缺口卡环之间间隙装配，并同轴设置，由此可实现法兰与限位缺口卡环之间可相对转动，以使得所述扭转轴2相对于所述限位缺口卡环能够转动。
所述扭转轴的法兰上开设有楔形开口，所述楔形开口与所述限位缺口卡环的缺口位置相对应。
所述楔形形变块整体呈T形，包括基部和形变部，所述形变部包括相互垂直的上表面和下表面，以及垂直于所述上表面和下表面的左表面、右表面和两个端面，并且所述右表面为向外突出的圆弧表面，所述左表面和两个端面为平面状，所述两个端面的每一个分别与左表面和右表面的一端连接；所述圆弧表面上贴附有磁致伸缩材料；所述圆弧表面的两端与限位缺口卡环的缺口间隙配合。
所述基部的一端固定于所述形变部，更具体地，固定于所述形变部的左表面，并且垂直于所述左表面设置；所述基部的另一端为楔形，并插入固定在所述扭转轴2的楔形开口上。
更优选地，所述楔形形变块的形变部占其所在的整圆的角度与所述的限位缺口卡环的缺口所占其整圆的角度相同。所述楔形形变块的基部的楔形角与扭转轴的楔形缺口的楔形角相同。
本实施例的楔形维间解耦二维无线无源植入型传感器在使用时，当拉压力轴1受到轴向力，即拉力或压力，拉压力轴1将会在扭转轴2上滑动。拉压力轴1受拉向分力时将使限位端盖3受到压力同时导致轴向形变环4产生应力，或拉压力轴1受压向分力时导致轴向形变环4产生应力，轴向形变环4上的磁致伸缩材料产生应力，在施加的激励磁场的作用下产生逆效应，通过检测线圈检测其磁场变化。
当压力轴1受到扭转分力，会带动扭转轴2转动，同时扭转轴2会带动与其啮合的楔形形变块7，楔形形变块7的弧形端域就会挤压限位缺口卡环5，使楔形形变块7上的磁致伸缩材料产生应力，在施加的激励磁场的作用下产生逆效应，通过检测线圈检测其磁场变化。
当轴向力与扭转力耦合时，耦合的轴向力与扭转力使轴向形变环4产生应力和楔形形变块7产生应力，使轴向形变环4和楔形形变块7上的磁致伸缩材料产生应力，在施加的激励磁场的作用下产生逆效应，通过检测线圈检测其磁场变化，即可以实现轴向力和扭转力的检测。
所述楔形维间解耦二维无线无源植入型传感器受力时引起磁致伸缩材料贴附区域产生应力，从而在所述的激励线圈产生均匀的交变磁场中磁致伸缩材料在外应力作用下导致磁场变化，检测线圈检测磁场内的变化，继而转化为电信号来表示所受拉扭应力的情况。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种楔形维间解耦二维无线无源植入型传感器，其特征在于，包括拉压力轴、扭转轴、限位端盖、轴向形变环、限位缺口卡环、连接座和楔形形变块；
所述拉压力轴的下端形成有法兰，所述轴向形变环包括上连接法兰部和下连接法兰部以及连接所述上连接法兰部和下连接法兰部之间的套筒部，所述套筒部上贴附有磁致伸缩材料；
所述限位端盖上沿其轴向方向形成有通孔，并且其下表面上还形成有圆形凹槽；所述限位端盖上的通孔与所述圆形凹槽的轴心线相同；
所述限位端盖的下端固定于所述轴向形变环的上连接法兰部上，通过该圆形凹槽使得限位端盖和轴向形变环之间形成环形凹槽，所述拉压力轴的法兰位于所述环形凹槽内，并且所述拉压力轴的法兰的轴向方向的厚度小于所述环形凹槽的轴向方向的厚度；
所述拉压力轴的上端穿过所述限位端盖的通孔，位于所述限位端盖的外部；
所述连接座包括上支撑法兰、下支撑法兰和连接上支撑法兰和下支撑法兰的套筒状的连接部，所述上支撑法兰固定于下连接法兰，并使得限位缺口卡环位于所述上支撑法兰和下连接法兰之间，同时使得所述限位缺口卡环被固定上支撑法兰和下连接法兰的螺钉固定；
所述限位缺口卡环呈环状，并且具有一缺口；
所述拉压力轴的下端沿其轴线方向开设有滑槽，所述扭转轴的上端可滑动地设置于所述滑槽内，所述滑槽的横截面为方形，所述扭转轴的上端与所述滑槽的横截面的形状相同；
所述扭转轴的下端可转动地设置于所述连接部内，并且所述扭转轴的中部形成有法兰，所述法兰的外圆周面与所述限位缺口卡环的内圆周面之间间隙配合；
所述扭转轴的法兰上开设有楔形开口，所述楔形开口与所述限位缺口卡环的缺口位置相对应；
所述楔形形变块包括基部和形变部，所述形变部包括相互垂直的上表面和下表面，以及垂直于所述上表面和下表面的左表面、右表面和两个端面，所述右表面为向外突出的圆弧表面，所述左表面和两个端面为平面状，所述两个端面的每一个分别与左表面和右表面的一端连接；所述圆弧表面上贴附有磁致伸缩材料；所述圆弧表面的两端与限位缺口卡环的缺口间隙配合；
所述基部的一端固定于所述形变部的左表面，并且垂直于所述左表面设置；所述基部的另一端插入固定在所述扭转轴的楔形开口上。
2.根据权利要求1所述的楔形维间解耦二维无线无源植入型传感器，其特征在于，所述楔形形变块的形变部占其所在的整圆的角度与所述的限位缺口卡环的缺口所占其整圆的角度相同。
3.根据权利要求1所述的楔形维间解耦的无源植入型传感器，其特征在于，所述楔形形变块的基部的楔形角与扭转轴的楔形缺口的楔形角相同。
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