CN110207873A - 敲击冲击力值传递测量装置及应用 - Google Patents

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朱振宇
罗晨晨
段小艳
李新良
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Abstract

本发明公开的敲击冲击力值传递测量装置及方法，属于力学量精密测量技术领域。本发明主要由驱动执行模块、速度测量模块、力值测量模块、控制及信息处理模块组成。本发明采用质量悬摆的结构实现不同冲击力值的发生，模拟敲击冲击力值发生，利用激光测试仪确定冲击物质波的传递过程，采用两支力值传感器同步记录施力值和最终的受力值的力值量值及相互关系，利用冲击力值的传递关系，完成敲击施力过程中力值传递关系的测量。本发明能够应用于下述领域：(1)根据需要，实施人通过实验与测量验证能够满足日常敲击工作和敲击技能提升时的应用；(2)口腔颌骨敲击教学培训过程中，对口腔颌骨敲击力度的控制与测量。

Description

敲击冲击力值传递测量装置及应用
技术领域
本发明涉及一种敲击冲击力值传递测量装置及应用，属于力学量精密测量技术领域。
背景技术
目前由于没有有效测量方法确定个人的敲击过程中冲击力值，实施过程全部依赖实施人的个人经验，采用激光测速仪和力值传感器为测量手段是测量力值及其传递过程的重要方法，能够准确实时地全过程记录、分析力值的变化，急需发明测量敲击施力的量值及尺度的装置。
口腔疾患治疗中，上颌窦内提升术具有局部创伤小、手术操作简单、患者承受痛苦小等优点，适用于垂直骨高度适当的病例，为医疗过程中广泛采纳。但是目前由于监测方法和工具类设备的限制，医生治疗过程无法全程实现定量操控，对实施者的工作技能要求高，增加了上颌窦粘膜穿孔的风险，而术中穿孔后进行植骨会诱发术后感染。因此术前需准确测量骨高度，保证钻孔深度小于骨高度，后续使用敲击的方法完成，并且敲击力量需要适中可控，目前由于没有有效测量方法确定个人的敲击过程中冲击力值，实施过程全部依赖实施人的个人经验，不利于提升手术的科学性和可控性，增加了手术的风险；同时对于年轻的医疗工作人员，由于这种不直观的技能传教，无法准确、有效和快速地掌握治疗技能，不利于该项技能成长。采用激光测速仪和力值传感器为测量手段是测量力值及其传递过程的重要方法，能够准确实时地全过程记录、分析力值的变化。如何将上颌窦内提升术中冲击力值通过测量机构和相应测量手段结合起来，解决力值量无法测量的问题对提升治疗中冲击力的控制，降低医疗风险的问题至关重要，急需提出相应技术方法来解决上颌窦内提升术敲击中力量值及传递规律的测量问题。
发明内容
本发明公开的敲击冲击力值传递测量装置及应用要解决的技术问题是：采用质量悬摆的结构实现不同冲击力值的发生，利用激光测速仪确定冲击力的传递过程，同时采用两支力值传感器同步记录施力值和最终的受力值的力值量值及相互关系，利用所述施力值和最终的受力值的力值量值及相互关系确定施力过程中力值大小，实现模拟敲击冲击力值的定量测量与控制。
在此技术上，本发明公开的敲击冲击力值传递测量装置能够应用于下述领域：(1)根据需要，实施人通过实验与测量验证能够满足日常敲击工作和敲击技能提升时的应用；(2)口腔颌骨敲击教学培训过程中，对口腔颌骨敲击力度的控制与测量。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明公开的敲击冲击力值传递测量装置，采用质量悬摆的结构实现不同冲击力值的发生，即模拟敲击冲击力值发生，利用激光测试仪确定冲击物质波的传递过程，同时采用两支力值传感器同步记录施力值和最终的受力值的力值量值及相互关系，利用冲击力值的传递关系，完成施力过程中力值传递关系的测量。在此技术上，本发明应用于下述领域：(1)根据需要，实施人通过实验与测量验证能够满足日常敲击工作和敲击技能提升时的应用；(2)口腔颌骨敲击教学培训过程中，对口腔颌骨敲击力度的控制与测量。
本发明公开的敲击冲击力值传递测量装置，主要由驱动执行模块、速度测量模块、力值测量模块、控制及信息处理模块组成。
驱动执行模块主要由标准质量块、角度编码支撑、悬摆主臂和施力砧体结构部件组成，其中悬摆主臂通过角度编码支撑完成角度分度旋转，实现不同重力势能的初始位置设定。根据角度编码结合标准质量块调节冲击力力值，实现冲击力力值控制。冲击力通过施力砧体传递给受力弯杆。
速度测量模块利用激光测速仪测量受力弯杆上接受冲击力后测速光栅靶相对位置关系的变化，得到的速度测量信号经过处理能够同时获取加速度、速度和位移，所述加速度、速度和位移测量值提供给控制及信息处理模块，控制及信息处理模块用于最终数据分析。
作为优选，测量装置中受力弯杆由第一支撑组套、第二支撑组套组成的前端支点，由第三支撑组套、第四支撑组套组成中间支点，由第五支撑组套、第六支撑组套组成末端支点，所有支撑组套之间相对位置关系固定，并且安装在同一基面上，所述三组支撑用于提高受力弯杆在受力过程中姿态保持的稳定性，有利于提高测量系统的重复性和稳定性。
力值测量模块包括第一力值测量传感器、第二力值测量传感器和相应的功率放大器、同步触发器和模数转换器，将受力弯杆前端接受施力砧体的冲击力值和受力弯杆末端受力值同步测量出来，将力值的时序和量值关系提供给控制及信息处理模块用于最终数据分析。所述力值包括接受施力砧体的冲击力值和受力弯杆末端受力值。
控制及信息处理模块用于完成协调各模块工作，冲击力值发生及受力过程测量的控制和信号处理，通过从速度测量模块和力值测量模块获取的测量数据及测量中综合设定的信息，准确运算出相应的测量结果，所述测量结果包括加速度、速度和位移测量值的变化过程，即实现模拟敲击冲击力值的定量测量，在此基础上，利用激光测速仪确定冲击力的传递过程，同时采用两支力值传感器同步记录施力值和最终的受力值的力值量值及相互关系，利用所述受力值的力值量值及相互关系确定口敲击施力过程中力值大小。
本发明公开的敲击冲击力值传递测量装置的工作方法为：根据需要测量的冲击力值选择相应的标准质量块质量和相应的悬摆角度，在支撑点驱动悬臂到达角度分度，完成冲击测量的悬摆主臂所需重力势能的初始位置设定。标准质量块、施力砧体和第一力值测量传感器均安装在悬摆主臂之上。测量时将悬摆主臂在设定角度位置释放，当悬摆主臂从设定的初始位置下落到最低点时，悬摆主臂结束其势能和动能相互转化，施力砧体与受力弯杆完成冲击碰撞，半球形状施力砧体与受力弯杆碰撞而产生冲击力，冲击力沿着受力弯杆传播物质波，通过激光测速仪测量受力弯杆上物质波传播，以测速光栅靶为载体以方便激光测速仪测量。测量中激光测速仪记录光栅靶的变化过程，所述变化过程包括冲击力值引起的位移、速度和加速度的量值。第一力值传感器和第二力值传感器分别记录受力弯杆的前端冲击力值和后端的输出冲击力值。测量装置中受力弯杆由第一支撑组套、第二支撑组套组成的前端支点，由第三支撑组套、第四支撑组套组成中间支点，由第五支撑组套、第六支撑组套组成末端支点，所述三组支撑用于提高受力弯杆在受力过程中姿态保持的稳定性，有利于提高测量系统的重复性和稳定性。控制及信息处理模块用于完成协调各模块工作，冲击力值发生及受力过程测量的控制和信号处理，通过从速度测量模块和力值测量模块获取的测量数据及测量中综合设定的信息，准确运算出相应的测量结果，所述测量结果包括加速度、速度和位移测量值的变化过程，即实现模拟敲击冲击力值的定量测量。
本发明公开的敲击冲击力值传递测量装置能够应用于下述领域：(1)根据需要，实施人通过实验与测量验证能够满足日常敲击工作和敲击技能提升时的应用；(2)口腔颌骨敲击教学培训过程中，对口腔颌骨敲击力度的控制与测量。
有益效果：
1、传统施力过程中对操作人员的个人经验和观察力的依赖，本发明公开的敲击冲击力值传递测量装置，采用质量悬摆的结构实现不同冲击力值的发生，即模拟敲击用于工具冲击力值发生，利用激光测试仪确定冲击物质波的传递过程，同时采用两支力值传感器同步记录施力值和最终的受力值的力值量值及相互关系，利用冲击力值的传递关系，完成敲击施力过程中力值传递关系的测量。上述测量具有测量量值可溯源性的特征，易于实现人员操作过程中施力与受力之间传递关系的测量。
2、本发明公开的敲击冲击力值传递测量装置，测量装置中受力弯杆由第一支撑组套、第二支撑组套组成的前端支点，由第三支撑组套、第四支撑组套组成中间支点，由第五支撑组套、第六支撑组套组成末端支点，所述三组支撑用于提高受力弯杆在受力过程中姿态保持的稳定性，有利于提高测量系统的重复性和稳定性。
3、本发明公开的敲击冲击力值传递测量装置，能够定量评价敲击施力的量值及尺度，由于具有上述两个优点，能够应用于下述领域：根据需要，实施人通过实验与测量验证能够满足日常敲击工作和敲击技能提升时的应用，减小人员的差异导致技术的不确定性；口腔颌骨敲击教学培训过程中，对口腔颌骨敲击力度的控制与测量。本发明尤其适用于口腔颌骨手术中敲击施力的量值及尺度测量，降低术中高风险。
附图说明
图1为本发明中上颌窦内提升术中冲击力值传递测量装置的工作原理图；
图2为本发明的上颌窦内提升术中冲击力值传递测量装置位置关系示意图。
其中1—驱动执行模块，2—速度测量模，3—力值测量模，4—控制及信息处理模块，5—悬摆主臂，6—角度编码支撑；7—施力砧体，8—第一力值测量传感器，9—标准质量体，10—第一支撑组套，11—第二支撑组套，12—第三支撑组套，13—第四支撑组套，14—第五支撑组套，15—第六支撑组套，16—受力弯杆，17—测速光栅靶，18—激光测速仪，19—第二力值测量传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1所示，本实施例公开的敲击冲击力值传递测量装置，主要由驱动执行模块1、速度测量模2块、力值测量模3块、控制及信息处理模块4组成。
如图2所示，驱动执行模块1主要由标准质量块、角度编码支撑6、悬摆主臂5和施力砧体7结构部件组成，其中悬摆主臂5通过角度编码支撑6完成角度分度旋转，实现不同重力势能的初始位置设定。根据角度编码结合标准质量块调节冲击力力值，实现冲击力力值控制。冲击力通过施力砧体7传递给受力弯杆16。
速度测量模2块利用激光测速仪18测量受力弯杆16上接受冲击力后测速光栅靶17相对位置关系的变化，得到的速度测量信号经过处理能够同时获取加速度、速度和位移，所述加速度、速度和位移测量值提供给控制及信息处理模块4，控制及信息处理模块4用于最终数据分析。
测量装置中受力弯杆16由第一支撑组套10、第二支撑组套11组成的前端支点，由第三支撑组套12、第四支撑组套13组成中间支点，由第五支撑组套14、第六支撑组套15组成末端支点，所述三组支撑用于提高受力弯杆16在受力过程中姿态保持的稳定性，有利于提高测量系统的重复性和稳定性。
力值测量模3块包括第一力值测量传感器8、第二力值测量传感器19和相应的功率放大器、同步触发器和模数转换器，将受力弯杆16前端接受施力砧体7的冲击力值和受力弯杆16末端受力值同步测量出来，将力值的时序和量值关系提供给控制及信息处理模块4用于最终数据分析。所述力值包括接受施力砧体7的冲击力值和受力弯杆16末端受力值。
控制及信息处理模块4用于完成协调各模块工作，冲击力值发生及受力过程测量的控制和信号处理，通过从速度测量模2块和力值测量模3块获取的测量数据及测量中综合设定的信息，准确运算出相应的测量结果，所述测量结果包括加速度、速度和位移测量值的变化过程，即实现模拟口腔颌骨手术中冲击力值的定量测量，在此基础上，利用激光测速仪18确定冲击力的传递过程，同时采用两支力值传感器同步记录施力值和最终的受力值的力值量值及相互关系，利用所述受力值的力值量值及相互关系确定口腔颌骨手术中施力过程中力值大小。
本实施例公开的敲击冲击力值传递测量装置能够应用于下述领域：根据手术需要，治疗实施人通过实验与测量验证能够满足日常工作和技能提升时的应用；医学教学培训过程中，对口腔颌骨敲击力度的控制与测量。
如图1、2所示，本实施例公开的敲击冲击力值传递测量装置的工作方法为：根据需要测量的冲击力值选择相应的标准质量块质量和相应的悬摆角度，悬摆角度根据角度编码器设定，实施中的角度编码分度范围为360°，分度分辨力为1″，在支撑点驱动悬臂到达角度分度，完成冲击测量的悬摆主臂5所需重力势能的初始位置设定，悬摆主臂长度在实例中为200mm。标准质量块、施力砧体7和第一力值测量传感器8均安装在悬摆主臂5之上，实例中采用0.1kg质量块。测量时将悬摆主臂5在设定角度位置释放，当悬摆主臂5从设定的初始位置下落到最低点时，悬摆主臂5结束其势能和动能相互转化，施力砧体7与受力弯杆16完成冲击碰撞，半球形状施力砧体7与受力弯杆16碰撞而产生冲击力，冲击力沿着受力弯杆16传播物质波，通过激光测速仪18测量受力弯杆16上物质波传播，以测速光栅靶17为载体以方便激光测速仪18测量。测量中激光测速仪18记录光栅靶的变化过程，所述变化过程包括冲击力值引起的位移、速度和加速度的量值。第一力值传感器和第二力值传感器分别记录受力弯杆16的前端冲击力值和后端的输出冲击力值。测量装置中受力弯杆16由第一支撑组套10、第二支撑组套11组成的前端支点，由第三支撑组套12、第四支撑组套13组成中间支点，由第五支撑组套14、第六支撑组套15组成末端支点，所述三组支撑用于提高受力弯杆16在受力过程中姿态保持的稳定性，有利于提高测量系统的重复性和稳定性。控制及信息处理模块4用于完成协调各模块工作，冲击力值发生及受力过程测量的控制和信号处理，通过从速度测量模2块和力值测量模3块获取的测量数据及测量中综合设定的信息，准确运算出相应的测量结果，所述测量结果包括加速度、速度和位移测量值的变化过程，即实现模拟口腔颌骨手术中冲击力值的定量测量。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (9)

1.敲击冲击力值传递测量装置，其特征在于：主要由驱动执行模块(1)、速度测量模(2)块、力值测量模(3)块、控制及信息处理模块(4)组成；
驱动执行模块(1)主要由标准质量块、角度编码支撑(6)、悬摆主臂(5)和施力砧体(7)结构部件组成，其中悬摆主臂(5)通过角度编码支撑(6)完成角度分度旋转，实现不同重力势能的初始位置设定；根据角度编码结合标准质量块调节冲击力力值，实现冲击力力值控制；冲击力通过施力砧体(7)传递给受力弯杆(16)。
2.如权利要求1所述的敲击冲击力值传递测量装置，其特征在于：速度测量模(2)块利用激光测速仪(18)测量受力弯杆(16)上接受冲击力后测速光栅靶(17)相对位置关系的变化，得到的速度测量信号经过处理能够同时获取加速度、速度和位移，所述加速度、速度和位移测量值提供给控制及信息处理模块(4)，控制及信息处理模块(4)用于最终数据分析。
3.如权利要求1所述的敲击冲击力值传递测量装置，其特征在于：力值测量模(3)块包括第一力值测量传感器(8)、第二力值测量传感器(19)和相应的功率放大器、同步触发器和模数转换器，将受力弯杆(16)前端接受施力砧体(7)的冲击力值和受力弯杆(16)末端受力值同步测量出来，将力值的时序和量值关系提供给控制及信息处理模块(4)用于最终数据分析；所述力值包括接受施力砧体(7)的冲击力值和受力弯杆(16)末端受力值。
4.如权利要求1所述的敲击冲击力值传递测量装置，其特征在于：控制及信息处理模块(4)用于完成协调各模块工作，冲击力值发生及受力过程测量的控制和信号处理，通过从速度测量模(2)块和力值测量模(3)块获取的测量数据及测量中综合设定的信息，准确运算出相应的测量结果，所述测量结果包括加速度、速度和位移测量值的变化过程，即实现模拟敲击冲击力值的定量测量，在此基础上，利用激光测速仪(18)确定冲击力的传递过程，同时采用两支力值传感器同步记录施力值和最终的受力值的力值量值及相互关系，利用所述受力值的力值量值及相互关系确定敲击施力过程中力值大小。
5.如权利要求2所述的敲击冲击力值传递测量装置，其特征在于：测量装置中受力弯杆(16)由第一支撑组套(10)、第二支撑组套(11)组成的前端支点，由第三支撑组套(12)、第四支撑组套(13)组成中间支点，由第五支撑组套(14)、第六支撑组套(15)组成末端支点，所述三组支撑用于提高受力弯杆(16)在受力过程中姿态保持的稳定性，有利于提高测量系统的重复性和稳定性。
6.如权利要求1、2、3、4或5所述的敲击冲击力值传递测量装置，其特征在于：工作方法为，根据需要测量的冲击力值选择相应的标准质量块质量和相应的悬摆角度，在支撑点驱动悬臂到达角度分度，完成冲击测量的悬摆主臂(5)所需重力势能的初始位置设定；标准质量块、施力砧体(7)和第一力值测量传感器(8)均安装在悬摆主臂(5)之上；测量时将悬摆主臂(5)在设定角度位置释放，当悬摆主臂(5)从设定的初始位置下落到最低点时，悬摆主臂(5)结束其势能和动能相互转化，施力砧体(7)与受力弯杆(16)完成冲击碰撞，半球形状施力砧体(7)与受力弯杆(16)碰撞而产生冲击力，冲击力沿着受力弯杆(16)传播物质波，通过激光测速仪(18)测量受力弯杆(16)上物质波传播，以测速光栅靶(17)为载体以方便激光测速仪(18)测量；测量中激光测速仪(18)记录光栅靶的变化过程，所述变化过程包括冲击力值引起的位移、速度和加速度的量值；第一力值传感器和第二力值传感器分别记录受力弯杆(16)的前端冲击力值和后端的输出冲击力值；测量装置中受力弯杆(16)由第一支撑组套(10)、第二支撑组套(11)组成的前端支点，由第三支撑组套(12)、第四支撑组套(13)组成中间支点，由第五支撑组套(14)、第六支撑组套(15)组成末端支点，所述三组支撑用于提高受力弯杆(16)在受力过程中姿态保持的稳定性，有利于提高测量系统的重复性和稳定性；控制及信息处理模块(4)用于完成协调各模块工作，冲击力值发生及受力过程测量的控制和信号处理，通过从速度测量模(2)块和力值测量模(3)块获取的测量数据及测量中综合设定的信息，准确运算出相应的测量结果，所述测量结果包括加速度、速度和位移测量值的变化过程，即实现模拟敲击冲击力值的定量测量。
7.如权利要求1、2、3、4或5所述的上颌窦内提升术中冲击力值传递测量装置，其特征在于：根据需要，实施人通过实验与测量验证能够满足日常敲击工作和敲击技能提升时的应用。
8.如权利要求1、2、3、4或5所述的上颌窦内提升术中冲击力值传递测量装置，其特征在于：口腔颌骨敲击教学培训过程中，对口腔颌骨敲击力度的控制与测量。
9.如权利要求1、2、3、4或5所述的上颌窦内提升术中冲击力值传递测量装置，其特征在于：应用于口腔颌骨手术中敲击施力的量值及尺度测量，降低术中高风险。
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