CN110301923A - 应用于肌肉拉伸力学性能测试的桥式机构微测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于肌肉拉伸力学性能测试的桥式微测量系统，该系统包括：肌肉固定装置、桥式机构、微位移测量装置和微力测量装置，其中，肌肉固定装置用于保持预设肌肉处于生理状态，桥式机构与肌肉固定装置连接，用于调节预设肌肉在初始时刻处于舒张状态，微位移测量装置与桥式机构通过过盈配合固定连接，用于测量出满足预设肌肉拉伸尺度的大小；微力测量装置与桥式机构通过过盈配合固定连接，用于采集预设肌肉不同拉伸尺度下的拉伸力。该系统解决了当前肌肉测试系统只能测量动物等大尺度肌肉的拉伸力学性能问题，同时避免了肌肉固定难度大以及无法保持其生理活性等问题。

Description

应用于肌肉拉伸力学性能测试的桥式机构微测量系统

技术领域

本发明涉及生物力学性能测试技术领域，特别涉及一种应用于肌肉拉伸力学性能测试的桥式机构微测量系统。

背景技术

昆虫纲在生物多样性中有着重要地位，它通过肌肉系统来维持其基本形态，肌肉可以将化学能转化成机械能，表现为肌丝的舒张和收缩，通过肌肉的伸缩运动来实现昆虫的所有行为及活动，如爬行、跳跃、飞翔繁殖、步行等。肌肉在神经脉冲和机械张力等刺激下，能够自主收缩，产生主动张力，其大小与肌肉的长度变化有关。昆虫是自然界进化的产物，其良好的飞行能力与肌肉运动密切相关，因此研究肌肉昆虫肌肉的力学性能，获取其运动规律，对于飞行器设计及驱动器研究具有重要价值。

近年来，对于人体和动物肌肉的拉伸力学性能测量研究广泛，人们采用了一系列新技术和新方法测量肌肉的拉伸力学性能。但是人体和动物肌肉为毫米级尺度，而昆虫肌肉为微米级尺度，已有的动物肌肉测量方法无法测量昆虫肌肉拉伸力学性能。另外，肌肉属于微米尺度软组织，采用现有的设备操作繁琐，不仅无法保持肌肉生理活性，而且难以保证测量精度。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种应用于肌肉拉伸力学性能测试的桥式微测量系统。

为达到上述目的，本发明提出了应用于肌肉拉伸力学性能测试的桥式微测量系统，包括：肌肉固定装置，用于保持预设肌肉处于生理状态；桥式机构，所述桥式机构与所述肌肉固定装置连接，用于调节所述预设肌肉在初始时刻处于舒张状态；微位移测量装置，所述微位移测量装置与所述桥式机构通过过盈配合固定连接，用于测量出满足所述预设肌肉拉伸尺度的大小；微力测量装置，所述微力测量装置与所述桥式机构通过过盈配合固定连接，用于采集所述预设肌肉不同拉伸尺度下的拉伸力。

本发明实施例的应用于肌肉拉伸力学性能测试的桥式微测量系统，通过减速器装置能够获得较高的测量精度，可以测量微小尺寸肌肉的拉伸尺度，例如昆虫肌肉等；肌肉拉伸初始时刻，可以方便调节伸缩杆使肌肉处于舒张状态，避免肌肉粘贴过程受到损坏；肌肉的生理活性对其拉伸力学性能影响较大，通过注入生理溶液可以保证肌肉的生理活性，提高实验的测量精度。

另外，根据本发明上述实施例的应用于肌肉拉伸力学性能测试的桥式微测量系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述微位移测量装置包括：左位置调节装置、左位置控制器、第一线缆、传动装置、夹持装置和底座。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述左位置调节装置固定在所述底座上，所述左位置控制器通过线路与所述左位置调节装置连接，以控制位移的大小，所述左位置调节装置通过所述夹持装置与所述传动装置连接，以输出满足肌肉拉伸尺度的位移大小。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述夹持装置包括：水平板、竖直板、第一连杆、第二连杆、第三连杆和末端夹持，其中，所述竖直板夹持固定在所述水平板上，所述水平板依次与所述第一连杆、所述第二连杆、所述第三连杆通过销轴连接，以调节水平板的位置，并通过所述末端夹持将夹持装置固定在所述底座上。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述传动装置包括：第一齿轮齿条机构、第二齿轮齿条机构和减速装置，其中，所述左位置调节装置与所述第一齿条通过过盈配合固定连接，所述减速装置通过螺栓固定在所述夹持装置的水平板上，所述第二齿条与夹持装置的竖直板间隙配合，所述第一齿条与所述第二齿轮啮合，将直线运动转为旋转运动，所述第一齿轮与所述减速装置通过键配合，将运动传递到所述第二齿轮的齿条机构，再将旋转运动转化为直线运动，以输出满足肌肉拉伸尺度的位移大小。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述微力测量装置包括：右位置调节装置、右位置控制器、第二线缆、信号采集装置、第三线缆、显示屏、第四线缆、信号放大器、微力传感器和支撑装置，其中，所述支撑装置包括连接轴和支撑板。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述微力测量装置的具体连接为：所述右位置调节装置固定在所述微位移测量装置的底座上；所述右位置控制器通过所述第二线缆与所述右位置调节装置连接，用以调节所述支撑装置的位置；所述支撑装置的连接轴一端与所述右位置调节装置通过过盈配合固定连接，另一端与所述支撑板通过螺纹固定连接，微力传感器通过螺栓固定在所述支撑板上；所述微力传感器通过螺钉固定在所述支撑装置上；所述第四线缆与所述信号放大器连接，输出电压信号；所述信号放大器的输出端与所述信号采集装置连接，所述信号采集装置与所述显示屏通过所述第三线缆连接，用于采集肌肉不同拉伸尺度下的拉伸力。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述桥式机构包括：中间杆、Z形杆和伸缩杆。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述桥式机构的具体连接为：所述Z形杆的锥台端与所述微力传感器通过过盈配合固定连接，所述Z形杆的螺纹端与所述伸缩杆通过螺纹配合固定连接；所述Z形杆的中间凸台与所述中间杆通过螺纹配合固定连接，所述中间杆的锥台端与所述减速装置通过过盈配合固定连接；调节所述左位置控制器和所述右位置控制器保持所述Z形杆的中间连接杆处于水平位置。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述肌肉固定装置包括：粘结剂、烧杯和支撑台，其中，所述预设肌肉的下端面通过粘结剂粘在所述烧杯底部，所述预设肌肉的上端面通过粘结剂粘在所述伸缩杆的端面上，用以调节肌肉初始时刻处于舒张状态，同时所述预设肌肉置于所述烧杯中，所述烧杯中注入适量生理溶液，以保持所述预设肌肉的生理活性，所述烧杯放置于所述支撑台上。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的应用于肌肉拉伸力学性能测试的桥式微测量系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例中微位移测量装置和微力测量装置的结构示意图；

图3为根据本发明实施例中微位移测量装置的夹持装置结构示意图；

图4为根据本发明实施例中微位移测量装置的传动装置结构示意图；

图5为根据本发明实施例中微力测量装置的支撑装置结构示意图；

图6为根据本发明实施例中桥式机构的结构示意图；

图7为根据本发明实施例中肌肉固定装置的结构示意图。

附图标记说明：

100-应用于肌肉拉伸力学性能测试的桥式微测量系统、1-基座，2-左位置调节装置，3-左位置控制器，4-第一线缆，5-传动装置，6-夹持装置，7-底座，8-右位置调节装置，9-右位置控制器，10-第二线缆，11-信号采集仪，12-第三线缆，13-显示屏，14-第四线缆，15-信号放大器，16-微力传感器，17-支撑装置，18-水平板，19-竖直板，20-第一连杆，21-第二连杆，22-第三连杆，23-末端夹持，24-第一齿轮齿条机构，25-第二齿轮齿条机构，26-减速装置，27-连接板，28-连接轴，29-支撑板，30-中间杆，31-Z形杆，32-伸缩杆，33-肌肉，34-粘结剂，35-烧杯，36-支撑台，110-微位移测量装置，120-微力测试装置，130-桥式机构，140-肌肉固定装置。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的应用于肌肉拉伸力学性能测试的桥式微测量系统。

图1是本发明一个实施例的应用于肌肉拉伸力学性能测试的桥式微测量系统的结构示意图。

如图1所示，该应用于肌肉拉伸力学性能测试的桥式微测量系统100包括：微位移测量装置110、微力测量装置120、桥式机构130和肌肉固定装置140。

其中，微位移测量装置110与桥式机构130通过过盈配合固定连接，用于测量出满足预设肌肉拉伸尺度的大小。微力测量装置120与桥式机构130通过过盈配合固定连接，用于采集预设肌肉不同拉伸尺度下的拉伸力。桥式机构130与肌肉固定装置140连接，用于调节预设肌肉在初始时刻处于舒张状态。肌肉固定装置140用于保持预设肌肉处于生理状态。其中，微位移测量装置110、微力测量装置120、桥式机构130和肌肉固定装置140均固定在基底1上。本发明实施例的桥式微测量系统100结构简单、成本低廉且使用方便。

其中，如图3所示，传动装置5包括：第一齿轮齿条机构24、第二齿轮齿条机构25和减速装置26。

其中，如图4所示，夹持装置6包括：水平板18、竖直板19、第一连杆20、第二连杆21、第三连杆22和末端夹持23。

具体地，如图2-4所示，本发明实施例微位移测量装置110的具体连接为：左位置调节装置2固定在底座7上。左位置控制器3通过第一线缆4与左位置调节装置2连接，用以控制位移的大小。左位置调节装置2与第一齿轮齿条机构24通过过盈配合固定连接。减速装置26通过螺栓固定在夹持装置6的水平板18上。第二齿轮齿条机构25与夹持装置6的竖直板19间隙配合。竖直板19夹持固定在水平板18上，水平板18依次与第一连杆20、第二连杆21、第三连杆22通过销轴连接，以调节水平板18的位置。夹持装置6通过末端夹持23固定在底座7上。第一齿轮齿条机构24将直线运动转为旋转运动，第一齿轮与减速装置26通过键配合，将运动传递到第二齿轮齿条机构25，再将旋转运动转化为直线运动，以此输出满足肌肉拉伸尺度的位移大小。

进一步地，如图2所示，微力测量装置120包括：右位置调节装置8、右位置控制器9、第二线缆10、信号采集装置11、第三线缆12、显示屏13、第四线缆14、信号放大器15、微力传感器16和支撑装置17。

其中，如图5所示，其中，支撑装置17包括连接轴28和支撑板29。

具体地，如图2和5所示，本发明实施例的微力测量装置120的具体连接为：右位置调节装置8固定在底座7上。右位置控制器9通过第二线缆10与右位置调节装置8连接，用以调节支撑装置17的位置。支撑装置17的连接轴28一端与右位置调节装置8通过螺栓固定连接，另一端与支撑板29通过螺纹固定连接。微力传感器16通过螺钉固定在支撑装置17的水平支撑板29上。微力传感器16的第四线缆14与信号放大器15连接，输出电压信号。信号放大器15的输出端与信号采集装置11连接，信号采集装置11与显示屏13通过第三线缆12连接，用于采集肌肉不同拉伸尺度下的拉伸力。

进一步地，如图2所示，微力测量装置120包括：右位置调节装置8、右位置控制器9、第二线缆10、信号采集装置11、第三线缆12、显示屏13、第四线缆14、信号放大器15、微力传感器16和支撑装置17。

进一步地，如图6所示，桥式机构130包括：中间杆30、Z形杆31和伸缩杆32。

具体而言，桥式机构130的Z形杆31的锥台端与微力传感器16通过过盈配合固定连接，螺纹端与伸缩杆32通过螺纹配合固定连接，中间凸台与中间杆30通过螺纹配合固定连接，中间杆30锥台端与减速装置26的连接板27通过过盈配合固定连接。调节左位置控制器3和右位置控制器9可以保持Z形杆31的中间连接杆处于水平位置。基于杠杆原理，Z形杆31的两端分别可以测量出肌肉拉伸的尺度和拉伸力。

进一步地，如图7所示，本发明实施例中的肌肉固定装置140包括：肌肉33、粘结剂34、烧杯35、支撑台36。

具体而言，预设肌肉33的下端面通过粘结剂粘34在烧杯35底部，预设肌肉33的上端面通过粘结剂34粘在伸缩杆32的端面上，用以调节肌肉33初始时刻处于舒张状态，同时整个肌肉33置于烧杯35中，烧杯35中注入适量生理溶液，用以保持预设肌肉的生理活性，烧杯35放置于支撑台36上。

综上，本发明发明实施例的工作过程为：首选通过左位置控制器3和右位置控制器9以保证Z形杆31的中间连接杆处于水平状态，并且微力传感器16的输出电压为零。将肌肉33的下端面通过粘结剂34粘在烧杯35底部，保持肌肉33初始时刻的舒张状态，调节伸缩杆32的长度与肌肉33的上端面接触，并用粘结剂34将肌肉33的上表面粘在伸缩杆32的端面上。

完成以上准备工作后，即可开展实验。接通电源，首先利用微位移测量装置120将中间杆30向上缓慢拉伸微小尺度，而后通过左位置控制器3和信号采集装置11分别测出肌肉拉伸的尺度和拉伸力。其中肌肉33的拉伸尺度为左位置控制器3的示数除以减速装置26的减速比。通过左位置控制器3调节左位置测量装置2的位移，可以改变肌肉33的拉伸尺度，从而可以测出不同拉伸尺度下的拉伸力，实验微小尺寸肌肉的拉伸力学性能测试。

根据本发明实施例提出的应用于肌肉拉伸力学性能测试的桥式微测量系统，通过微位移测量装置和微力测量装置可以测量肌肉的拉伸尺度和拉伸力，微位移测量装置中的减速装置可以提高测量精度，以适用于微小尺寸肌肉的测量，桥式机构中的伸缩杆可以方便调节肌肉初始时刻的舒张状态，肌肉固定装置可以保证肌肉处于生理状态，该测量系统解决了当前肌肉测试系统只能测量动物等大尺度肌肉的拉伸力学性能问题，同时避免了肌肉固定难度大以及无法保持其生理活性等问题。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种应用于肌肉拉伸力学性能测试的桥式微测量系统，其特征在于，包括：

肌肉固定装置，用于保持预设肌肉处于生理状态；

桥式机构，所述桥式机构与所述肌肉固定装置连接，用于调节所述预设肌肉在初始时刻处于舒张状态；

微位移测量装置，所述微位移测量装置与所述桥式机构通过过盈配合固定连接，用于测量出满足所述预设肌肉拉伸尺度的大小；以及

微力测量装置，所述微力测量装置与所述桥式机构通过过盈配合固定连接，用于采集所述预设肌肉不同拉伸尺度下的拉伸力。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微位移测量装置包括：左位置调节装置、左位置控制器、第一线缆、传动装置、夹持装置和底座。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述左位置调节装置固定在所述底座上，所述左位置控制器通过线路与所述左位置调节装置连接，以控制位移的大小，所述左位置调节装置通过所述夹持装置与所述传动装置连接，以输出满足肌肉拉伸尺度的位移大小。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述夹持装置包括：水平板、竖直板、第一连杆、第二连杆、第三连杆和末端夹持，其中，所述竖直板夹持固定在所述水平板上，所述水平板依次与所述第一连杆、所述第二连杆、所述第三连杆通过销轴连接，以调节水平板的位置，并通过所述末端夹持将夹持装置固定在所述底座上。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述传动装置包括：第一齿轮齿条机构、第二齿轮齿条机构和减速装置，其中，所述左位置调节装置与所述第一齿条通过过盈配合固定连接，所述减速装置通过螺栓固定在所述夹持装置的水平板上，所述第二齿条与夹持装置的竖直板间隙配合，所述第一齿条与所述第二齿轮啮合，将直线运动转为旋转运动，所述第一齿轮与所述减速装置通过键配合，将运动传递到所述第二齿轮的齿条机构，再将旋转运动转化为直线运动，以输出满足肌肉拉伸尺度的位移大小。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微力测量装置包括：右位置调节装置、右位置控制器、第二线缆、信号采集装置、第三线缆、显示屏、第四线缆、信号放大器、微力传感器和支撑装置，其中，所述支撑装置包括连接轴和支撑板。

7.根据权利要求1-6所述的系统，其特征在于，所述微力测量装置的具体连接为：

所述右位置调节装置固定在所述微位移测量装置的底座上；

所述右位置控制器通过所述第二线缆与所述右位置调节装置连接，用以调节所述支撑装置的位置；

所述支撑装置的连接轴一端与所述右位置调节装置通过过盈配合固定连接，另一端与所述支撑板通过螺纹固定连接，微力传感器通过螺栓固定在所述支撑板上；

所述微力传感器通过螺钉固定在所述支撑装置上；

所述第四线缆与所述信号放大器连接，输出电压信号；

所述信号放大器的输出端与所述信号采集装置连接，所述信号采集装置与所述显示屏通过所述第三线缆连接，用于采集肌肉不同拉伸尺度下的拉伸力。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述桥式机构包括：中间杆、Z形杆和伸缩杆。

9.根据权利要求1-8所述的系统，其特征在于，所述桥式机构的具体连接为：

所述Z形杆的锥台端与所述微力传感器通过过盈配合固定连接，所述Z形杆的螺纹端与所述伸缩杆通过螺纹配合固定连接；

所述Z形杆的中间凸台与所述中间杆通过螺纹配合固定连接，所述中间杆的锥台端与所述减速装置通过过盈配合固定连接；

调节所述左位置控制器和所述右位置控制器保持所述Z形杆的中间连接杆处于水平位置。

10.根据权利要求1-9所述的系统，其特征在于，所述肌肉固定装置包括：粘结剂、烧杯和支撑台，其中，所述预设肌肉的下端面通过粘结剂粘在所述烧杯底部，所述预设肌肉的上端面通过粘结剂粘在所述伸缩杆的端面上，用以调节肌肉初始时刻处于舒张状态，同时所述预设肌肉置于所述烧杯中，所述烧杯中注入适量生理溶液，以保持所述预设肌肉的生理活性，所述烧杯放置于所述支撑台上。