CN109765133B - 一种软材料硬度测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种软材料硬度测量装置，包括外壳，设置在外壳上的显示屏和开关键、复位键，探出外壳底部且内置探针的探头，以及设置在外壳内且与探针固定连接的测量机构，测量机构与显示屏和开关键、复位键电性连接；测量机构包括承载于挡板上的数据采集处理模块，与挡板螺纹连接的S型压力传感器，通过支架组件与S型压力传感器固定连接的nano压力传感器，以及螺接于nano压力传感器底部的弹簧压缩组件，弹簧压缩组件与探针螺纹连接于一体。该测量装置结构简单、操作简便，且便于携带，测量结果精确，可广泛适应于不同硬度范围的测量，实用性佳。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量装置，具体涉及一种软材料硬度测量装置。
背景技术
在机器人辅助手术领域中，组织特性常被认为是生物标记，因此生物组织特性的确定对于描述健康组织和病变组织至关重要。经过大量研究，根据测量组织弹性（或硬度）的传感机制，测量系统可分为两大类：主动传感和被动传感。目前，通常采用主动传感的测量系统或装置，主要将主动振动元件和被动传感元件结合起来，通过测量共振频率的变化来估算接触组织的弹性（或硬度）参数，该种硬度测量装置通常结构复杂、操作繁杂，测量结果仅为估算值，准确性不佳。
因此，如何克服现有技术的上述缺陷，设计出一种可根据载荷或压痕深度的关系从而测定待测软组织（或软材料）弹性值（或硬度值）的测量装置，就成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种软材料硬度测量装置，该测量装置结构简单、操作简便，便于携带，测量结果精确，可广泛适应于不同硬度范围的测量，实用性佳。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种软材料硬度测量装置，包括外壳，设置在所述外壳上的显示屏和开关键、复位键，探出所述外壳底部且内置探针的探头，以及设置在所述外壳内且与所述探针固定连接的测量机构，所述测量机构与所述显示屏和开关键、复位键电性连接；所述测量机构包括承载于挡板上的数据采集处理模块，与所述挡板螺纹连接的S型压力传感器，通过支架组件与所述S型压力传感器固定连接的nano压力传感器，以及螺接于所述nano压力传感器底部的弹簧压缩组件，所述弹簧压缩组件与所述探针螺纹连接于一体。
进一步地，所述弹簧压缩组件包括压缩弹簧和从上至下依次设置的第一压缩元件、第二压缩元件、第三压缩元件，所述第一压缩元件与所述nano压力传感器螺钉紧固连接，所述第二压缩元件的顶部螺接于所述第一压缩元件中部并与所述nano压力传感器触接，所述第二压缩元件的底部活塞式套接于所述第三压缩元件内，所述压缩弹簧顶撑设置在所述第一压缩元件和第三压缩元件之间，所述探针螺接于所述第三压缩元件的底部。
进一步地，所述支架组件包括螺钉连接的第一支架和第二支架，所述第一支架上设有一与所述S型压力传感器纵向螺接的螺纹孔，所述第二支架上设有至少一个与所述nano压力传感器纵向紧固连接的螺丝孔。
进一步地，所述nano压力传感器和所述弹簧压缩组件的外周侧环向套有一刚性壳体，所述刚性壳体与所述探头一体成型。
进一步地，所述刚性壳体的上部设有与所述第二支架横向螺丝固定的螺孔。
进一步地，所述外壳呈长方体并具有可拼接结构，包括通过螺钉固定连接的第一外壳和第二外壳。
进一步地，所述外壳底部开有圆孔且所述探头为圆柱体型，所述圆孔的孔径大于所述探头的直径。
进一步地，所述数据采集处理模块内置STM32处理芯片。
进一步地，所述探针探出探头外且所述探针的长度大于所述探头的长度。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的软材料硬度测量装置，结构简单、操作简便，使用时仅需手持该测量装置，将探头和探针紧贴被测软材料，并向下按压即可在显示屏中显示出被测材料的硬度（或硬度等级）。该测量装置便于携带，测量结果精确，且可广泛适应于不同硬度范围的测量，实用性佳。
附图说明
图1是本发明整体外观示意图；
图2是本发明内部结构图；
图3是本发明内部结构剖视图；
图4是本发明局部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细的说明。所述实施例的示例在附图中示出，在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，旨在用于解释本发明，而不构成为对本发明的限制。
一种软材料硬度测量装置，如图1所示，整体呈长方体状，包括外壳10和探出外壳10底部的探头20，探头20为圆柱体型，其中，外壳10上设置有显示屏11（例如LED显示屏，但不限于此）和分别控制该测量装置开关、复位的开关键12、复位键13，显示屏11用于显示待测物的测量硬度，探头20内置探针21，探针21探出探头20外且探针21的长度大于探头20的长度。上述软材料硬度测量装置，如图2所示，还包括设置在外壳10内并与探针21固定连接的测量机构，测量机构均与显示屏11和开关键12、复位键13电性连接。
如图2所示，外壳10呈长方体并具有可拼接结构，包括第一外壳14和第二外壳15。第一外壳14和第二外壳15通过二者四周相对应位置均匀分布的螺钉固定连接于一体，拼接式构成外壳10。外壳10的底部还开有便于探头20伸出的圆孔，圆孔的孔径略大于探头20的直径，避免外壳10和探头20产生摩擦对测量结果产生影响。
如图3所示，测量机构包括承载于挡板34上的数据采集处理模块31，与挡板34螺纹连接的S型压力传感器32，通过支架组件与S型压力传感器32固定连接的nano压力传感器（型号为nano17）33，以及螺接于nano压力传感器33底部的弹簧压缩组件40，弹簧压缩组件40与探针21螺纹连接于一体。挡板34水平固定设置（例如焊接，但不限于此）在外壳10内部，挡板34中部开有螺纹通孔91，S型压力传感器32的顶、底端中部均开有螺孔，其顶端中部的螺孔与螺纹通孔91的位置相对应，沉头螺钉依次穿过螺纹通孔91和螺孔可将挡板34和 S型压力传感器32进行紧固连接。
图3中示出，支架组件包括通过螺钉37相互连接的第一支架35和第二支架36，第一支架35的中部设有一螺纹孔92，该螺纹孔92与S型压力传感器32底端中部的螺孔位置相对应，沉头螺钉依次穿过螺纹孔92和螺孔可将第一支架35和 S型压力传感器32纵向紧固螺接。第二支架36上设有至少一个与nano压力传感器33顶端纵向紧固连接的螺丝孔（图中未示出），由此可将第二支架36与nano压力传感器33进行紧固连接。
如图3和4所示，弹簧压缩组件40包括从上至下依次设置的第一压缩元件41、第二压缩元件42、第三压缩元件43和压缩弹簧44，第一压缩元件41的顶部与nano压力传感器33的底部通过螺钉紧固连接，第二压缩元件42的顶部螺接于第一压缩元件41的中部并与nano压力传感器33的底部触接，第二压缩元件42的底部活塞式套接于第三压缩元件43内，压缩弹簧44顶撑设置在第一压缩元件41和第三压缩元件43之间，探针21内外螺纹连接于第三压缩元件43的底部。
nano压力传感器33和弹簧压缩组件40的外周侧环向套有一个起保护作用的刚性壳体38，且刚性壳体38与探头20一体成型，且探头20也由刚性材料制成。刚性壳体的上部设有与第二支架36横向螺丝固定的螺钉孔39。
数据采集处理模块31用于采集S型压力传感器32和nano压力传感器33所测得的数据，其内部设置有STM32处理芯片。nano压力传感器33用于测量内力的数值，S型压力传感器32用来测量下压时的总力数值，刚性壳体38在下压过程由于不易变形，因此可保证S型压力传感器测量的总压力为总力数值。
本发明软材料硬度测量装置的工作过程如下：
使用时，按下开关键3打开测量装置，手持测量装置中部，将探头20对准被测软材料垂直向下按压，假设被测软材料表面平坦光滑，开始下压时由于探针21伸出探头20外，此时探针测得总力的数值等于测量装置内力的数值；当下压到一定程度，刚性壳体38与被测软材料刚好接触时，探针21与探头20的端部平齐，数据采集处理模块31将总力的数值清零；继续下压，由于刚性壳体38和刚性材质的探头20不受压力而变形，探针21缩入探头内部，而探针21与弹簧压缩组件40内外螺纹固定连接，压缩弹簧44被压缩，S型压力传感器32测得总力的数值上升较快，当总力的数值达到内力数值的两倍时，此时，数据采集处理模块31记录下此时内力的数值，并将该内力数值进行滤波等处理得到被测软材料的硬度，显示在显示屏11上。进一步地，可以按照所设定好的硬度等级参数，通过数据采集处理模块31处理后，直接在显示屏11上显示出被测软材料的硬度等级，测量结果精确。测量后，可按下复位键13以便于再次测量。
当被测软材料的硬度较小时，本发明测量装置下压时所需的力较小；当清零后的总力为内力值的两倍时，压缩弹簧44的压缩量较小，即测量装置的内力值较小。当被测物体的硬度较大时，则需要较大的力下压该测量装置；当清零后的总力上升为内力的两倍时，压缩弹簧44的压缩量较大，测量装置的内力值较大。由此，可以通过内力的数值辨别并处理，得出不同软材料的硬度，此外，本发明测量装置所测软材料的硬度范围与其内部压缩弹簧的弹性系数相关，可通过选择弹性系数不同的压缩弹簧，以广泛适用于测量不同硬度等级的软材料。
综上所述，本发明提供的软材料硬度测量装置，结构简单、操作简便，使用时仅需手持该测量装置，将探头和探针紧贴被测软材料，并向下按压即可在显示屏中显示出被测材料的硬度（或硬度等级）。该测量装置便于携带，测量结果精确，且可广泛适应于不同硬度范围的测量，实用性佳。
应该注意的是，上述实施例是对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的数据或步骤。
Claims (7)
1.一种软材料硬度测量装置，其特征在于：包括外壳，设置在所述外壳上的显示屏和开关键、复位键，探出所述外壳底部且内置探针的探头，以及设置在所述外壳内且与所述探针固定连接的测量机构；所述探针探出探头外且所述探针的长度大于所述探头的长度；所述测量机构与所述显示屏和开关键、复位键电性连接；所述测量机构包括承载于挡板上的数据采集处理模块，与所述挡板螺纹连接的S型压力传感器，通过支架组件与所述S型压力传感器固定连接的nano压力传感器，以及螺接于所述nano压力传感器底部的弹簧压缩组件，所述弹簧压缩组件与所述探针螺纹连接于一体；
所述弹簧压缩组件包括压缩弹簧和从上至下依次设置的第一压缩元件、第二压缩元件、第三压缩元件，所述第一压缩元件与所述nano压力传感器螺钉紧固连接，所述第二压缩元件的顶部螺接于所述第一压缩元件中部并与所述nano压力传感器触接，所述第二压缩元件的底部活塞式套接于所述第三压缩元件内，所述压缩弹簧顶撑设置在所述第一压缩元件和第三压缩元件之间，所述探针螺接于所述第三压缩元件的底部。
2.根据权利要求1所述的一种软材料硬度测量装置，其特征在于：所述支架组件包括螺钉连接的第一支架和第二支架，所述第一支架上设有一与所述S型压力传感器纵向螺接的螺纹孔，所述第二支架上设有至少一个与所述nano压力传感器纵向紧固连接的螺丝孔。
3.根据权利要求2所述的一种软材料硬度测量装置，其特征在于：所述nano压力传感器和所述弹簧压缩组件的外周侧环向套有一刚性壳体，所述刚性壳体与所述探头一体成型。
4.根据权利要求3所述的一种软材料硬度测量装置，其特征在于：所述刚性壳体的上部设有与所述第二支架横向螺丝固定的螺孔。
5.根据权利要求1所述的一种软材料硬度测量装置，其特征在于：所述外壳呈长方体并具有可拼接结构，包括通过螺钉固定连接的第一外壳和第二外壳。
6.根据权利要求5所述的一种软材料硬度测量装置，其特征在于：所述外壳底部开有圆孔且所述探头为圆柱体型，所述圆孔的孔径大于所述探头的直径。
7.根据权利要求1所述的一种软材料硬度测量装置，其特征在于：所述数据采集处理模块内置STM32处理芯片。
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