CN111527393A - 对象的结构特性的确定 - Google Patents

Abstract

本发明一般涉及用于测量对象的结构特性的系统和方法。该对象受到能量施加过程的影响，并提供对对象结构特性的客观定量测量。该系统可以包括一个设备，例如一个敲击器械，能够可再现地放置在经受这种测量的对象上以进行可重现的定位。该系统包括用于调节施加到能量施加工具的能量以补偿设备相对于水平的朝向的特征件。该系统还包括一次性特征件或组件，用于使测试之间的交叉污染最小化。如本文所定义的结构特征可以包括振动阻尼能力，声阻尼能力，结构完整性或结构稳定性。

Description

对象的结构特性的确定

相关申请的交叉引用

该专利合作条约国际申请要求以下专利的优先权及权益：2018年6月29日递交的发明名称为“用于确定对象的结构特性的系统和方法”的美国临时专利申请号No.62/692,618，2018年6月29日递交的发明名称为“用于确定对象的结构特性的系统和方法”的美国临时专利申请号No.62/687,730，以及2017年12月30日递交的发明名称为“用于确定对象的结构特性的系统和方法”的美国临时专利申请号No.62/612,440，上述所有申请的内容通过引用而全部包含于此。

技术领域

本发明一般地涉及评估对象的结构属性，尤其涉及使用对对象的受控能量施加来评估反映该对象的完整性的结构特性。

背景技术

当对象经受碰撞力时，应力波传递通过对象。该应力波导致对象的内部结构的变形。当对象变形时，其部分地作为减振器，从而耗散与碰撞相关联的一部分机械能。对象耗散机械能的能力(通常被称为对象的“阻尼容量”)取决于若干因素，包括形成对象的材料的类型和结构完整性。

存在能够测量对象的阻尼容量的器械。在美国专利No.6,120,466(“'466专利”)中描述了这种器械的一个例子。在'466专利中所公开的器械提供了对对象的阻尼容量的客观的定量测量，称为损耗系数17。弹性波的能量在具有较高损耗系数的材料中相对快地衰减，而弹性波的能量在具有较低损耗系数的材料中相对慢地衰减。

对象的阻尼容量是多种应用中的重要参数。例如，在牙科领域中，当健康的牙齿经受碰撞力时，与碰撞相关联的机械能主要由牙周膜耗散。能够通过测量牙齿的损耗系数来检测牙周膜的结构变化，这种结构变化降低其耗散与碰撞力相关联的机械能的能力并且由此降低总体的牙齿稳定性。

发明内容

本发明涉及用于以非侵入性方式和/或使用非破坏性的测量方法测量对象的结构特性的系统和方法，其中具有如下设备：能够通过将该设备保持在与水平方向不同的角度并在测量过程中调节能量施加过程以模仿大致水平的位置来进行操作。用于确定对象的结构特征的设备包括：壳体，该壳体具有开口前端和纵轴；能量施加工具，安装于壳体内部，具有搁置配置和激活配置；驱动机构，支撑在壳体内部，用于在搁置配置和激活配置之间激活能量施加工具，以在水平方向施加设定量的能量；以及测斜仪，适于测量能量施加工具相对于水平的倾角。驱动机构基于该倾角来改变在搁置配置和激活配置之间激活能量施加工具所施加的能量的量，以使能量的设定量至少近似于倾斜而非水平。驱动机构可以包括电磁线圈，并且可以改变施加的能量的量(例如，改变电压、电流或两者)，可以改变线圈的驱动时间(改变线圈被通电或激活的时间长度)，可以改变线圈延迟时间(改变驱动活动之间的时间)，可以改变线圈通电的次数(即改变施加的驱动脉冲的次数)，可以改变线圈的极性和/或其组合。这些因素，包括变化的功率、驱动时间、极性和延迟时间，可以通过更改针对功率、驱动时间、驱动次数、线圈的极性和通电的驱动延迟的固件设置来进行管理，以获得期望的结果。不希望受任何特定理论的束缚，据推测可以采用多种变形例来实现期望的结果，并且可以将固件设计为针对特定情况选择特定解决方案或选择最佳解决方案。

所述对象可以经受能量施加过程并且所述系统适于提供在所述能量施加过程之后对所述对象的结构特性的客观定量测量。本发明的系统和方法可以例如增加操作的灵活性，以例如适应解剖上和非解剖上难以到达的对象，以检测对象中可能存在的任何异常从而产生更有再现性的测量结果，并且还能够更好地检测对象中可能存在的任何异常。该设备可以包括具有中空内部和开口端的壳体，能量施加工具穿过该壳体以达到要进行测量的对象，该能量施加工具包括能够向对象施加任意类型的能量的任意工具，例如能够向对象施加机械能的工具，例如位于壳体内部的敲击杆，如光、声波(例如声能)等任意频率的电磁能。

例如，该系统可以包括用于对对象执行敲击动作的设备。可以放置该设备，该设备具有带中空内部和开口端的壳体，可以通过能量施加工具穿过该壳体来施加能量，所述能量施加工具包括能够向对象施加任意类型的能量(包括机械能、声能或电磁能)的任意工具。在一个实施例中，可以将能够向对象施加机械能的工具、例如敲击杆定位在穿过壳体的内部以到达要进行测量的对象。在另一实施例中，如光能等任意频率的电磁能量源，例如可以位于壳体内部。在又一示例中，如超声换能器的声能源或任意声能源可被定位在壳体内部。

设备的壳体可包括纵向轴线，并且通常，设备的纵向轴线为从基本上水平的方向被定位成与水平方向成角度。该角度可以例如是任意角度，再例如可以从零度变化到大约正/负45度，甚至更例如从零度变化到大约正/负30度。在一个实施例中，位于壳体内的能量施加工具的纵轴在操作期间始终保持与壳体基本平行的关系。在另一个实施例中，设备的壳体可包括纵轴，其中能量施加工具的纵轴从基本平行于设备壳体的纵轴的基本水平的方向被定位到能量施加工具的纵向轴线，以与壳体的纵向轴线成锐角，工具的尖端部分基本上垂直于对象的接触面，而工具的尖端保持基本垂直于对象的接触面。在后一个实施例中，如果工具是机械工具，例如敲击杆，则它可以包括或可以不包括基本上垂直于工具和壳体的纵向轴线的可拆除工具尖端。

在以上或以下描述的任意实施例中，该设备可以包括手持件，并且该设备的纵轴可以定位为与水平方向成任意角度。该角度可以例如是任意角度，更例如可以从零度变化到大约正/负45度，甚至可以更例如从零度变化到大约正/负30度。

如上所述，能量施加工具可以适于通过驱动机构从搁置位置移动到激活位置，并且在测量期间可以在活动位置撞击对象。通常，能量施加工具可以在每次测量期间反复撞击对象。如果使用机械工具，则能量施加工具自身可能会移动，并且在测量过程中在撞击时可能会与对象发生物理接触，或者，如果使用任意其它能量工具(如电磁或声音)，则测量过程中能量自身可能会影响对象。当使用这些其它能量工具时，在工具的激活配置和被动配置之间可能没有工具的任何物理运动，但可以由能量的开启和关闭来定义。

本发明的设备可以是例如敲击器械，该敲击器械可以包括或可以不包括至少一部分，如从壳体延伸一定距离的套筒部，其能够可再现地放置成与要进行测的对象接触。可以将诸如敲击杆之类的能量施加工具编程为以基本上相同的速度每分钟撞击对象一定次数，并记录或编译该工具的减速度信息或该对象对撞击的响应，以用于系统分析。在一个实施例中，设备和硬件可以通过有线连接进行通信。在另一个实施例中，设备和硬件可以经由无线连接进行通信。

对于具有至少一部分能够可再现地放置为与对象接触的本发明的设备，该设备可以能够进行更可再现的测量，包括对于例如存在于空间受限和/或难以抵达的位置的对象的测量。

在一个实施例中，能量施加工具，例如敲击杆，具有缩回或搁置形式或配置以及延伸或激活形式或配置的长度，如果能量施加工具是敲击杆，则该缩回形式从壳体的开口端缩回或基本上与开口端共同延伸。能量施加工具例如敲击杆的运动可以通过安装在壳体内部的驱动机构来实现，该驱动机构用于在操作期间在前述缩回位置和伸出位置之间在壳体内轴向驱动敲击杆。在伸出位置，敲击杆的自由端能够从壳体的开口端伸出或突出。通过本发明，该装置可以保持为与水平方向成任意角度，也可以在较难到达的位置、例如在患者牙齿的磨牙区域中对对象进行测试。在另一方实施例中，搁置配置可以是基本上平行于壳体的纵轴的形式，而激活配置可以是当例如通过围绕纵向轴线上的枢转点来回摇摆来，能量施加工具(例如安装在壳体内部的敲击杆或冲击杆)与纵向轴线成锐角时的形式。因此，能量施加工具绕着枢轴点从与壳体的纵向轴线基本平行的位置振荡到与壳体的纵向轴线成锐角的位置。能量施加工具可以在测量过程中保持水平或保持在其它位置，并且可以具有基本垂直于工具主要部分的尖端部分，并在搁置或撞击时保持恒定长度。能量施加工具例如敲击杆的运动可以通过安装在壳体内部的驱动机构来实现，该驱动机构用于将敲击杆从与壳体的纵向轴线基本平行的位置驱动到与该轴线成锐角的位置并且再次返回，同时尖端依次上下摆动。使用该实施例，可以在相对难以接近的位置、例如在患者牙齿的磨牙区域进行测量。

设备的能量施加过程可以以多种方式被激活或触发。在一个实施例中，它可以通过机械机构、例如通过开关机构来激活。在一方面，手指开关可以位于设备(例如手持件)上的方便位置，以使操作者易于激活。在另一方面，如上所述，可以通过经由套筒对对象施加压力来触发开关机构。在另一个实施例中，可以通过语音控制或足部控制来触发设备的能量施加过程。

通常，如拨动开关、摇动开关或按钮开关之类的外部开关设备倾向于限制操作员握持器械的方式，因此可能在例如测量过程中会限制器械在对象(如果是手持式)上的定位，以便使操作员能够轻松访问开关设备以打开和/或关闭它。为了获得放置器械的灵活性，通常可以使用语音控制或遥控，尽管这样的语音控制或遥控会增加系统的复杂度。在本发明中，无需这种远程控制或增加复杂度就可以获得相同的灵活性优点。

在一个示例性实施例中，以上说明的任意系统可以包括：器械，所述器械具有带开口端部的带中空内部的壳体；和能量施加工具，例如安装在所述壳体内部的用于在壳体内部移动的弹击杆或冲击杆。位于所述壳体的开口端部处的可以是作为外壳的延伸而存在的套筒部。

套筒部在其自由端可以是开放的，具有对象搁置、按压或接触部，用于在测量期间搁置、按压或接触对象的至少一部分。套筒部的接触有助于稳定对象上的设备。在测量期间，套筒部对对象施加的力由操作者控制，对对象的适当的力可能是重要的并且需要被监控，因为例如操作者施加无论过小或过大的力都可能使测量复杂化，在一些实例中甚至可能产生不准确的结果。可以存在位于外壳内部的传感器，不与能量施加工具物理或机械耦接，保证操作者通过套筒部的接触部能够施加适当的接触力，从而具有更好的可再现性，即使对于不同的操作者。施加在套筒部上的力通常可以与执行测量时施加在能量施加工具上的任何力分开并分开进行监测。

在一个实施例中，套筒部如上所述。

在另一个实施例中，套筒可以包括从其端部的一部分突出的翼片，使得当套筒的开口端与进行测量的对象的表面的至少一部分接触时，翼片可以搁置在对象顶部的一部分。翼片和套筒一起有助于手持件相对于对象的可重复定位，因此与没有翼片相比，结果更加可重复。此外，翼片可以适于每次重复地放置在对象顶部的基本上相同的位置。翼片可以基本上平行于套筒的纵轴，使得对象接触套筒的部分和对象接触翼片的表面基本上相互正交并且搁置在对象的不同表面上。翼片还可有助于在施加能量之后沿除能量施加方向以外的任何方向最小化对象的运动。在极少数情况下，翼片可能会干扰例如牙科植入物转移基牙上的稳定位置，则可以使用不具有翼片的套筒部，以便在基牙下方更稳定的放置。

在又一个实施例中，套筒可以包括翼片和组件，例如基本正交于位于适于面对对象表面一侧上的翼片表面的脊、突起或其它特征件。例如，对于牙齿，该脊或突起可以嵌套在相邻牙齿或其它正交表面之间，并且由此可以协助防止翼片在对象表面的任何基本横向或纵向的运动并且/或者进一步协助可重复性。翼片可以取决于对象顶部部分的长度或宽度而具有足够的长度或宽度，使得脊或突起可以在操作期间被正确布置。同样，与没有翼片相比，翼片和特征件也有助于获得可重复的结果。

通过翼片或翼片和/或组件实现的器械的稳定可以最小化可能混淆测试结果的操作员的任意急跳动作，例如，在骨骼结构或物理或工业结构中任意固有的缺陷可能由测试人员的急跳动作而被掩盖。由于缺陷的位置和程度可以显著地影响植入物或物理或工业结构的稳定性，因此这种类型的缺陷检测是重要的。通常当例如在植入物中检测到病变例如顶部或根尖缺陷时，植入物的稳定性可能在顶部和根尖缺陷都存在的情况下受到影响。在过去，除了昂贵的强放射处理以外，没有其它收集这种类型的信息的方式。利用本发明，可以收集这种类型的信息并能以不显眼的、非侵入式的方式完成这一收集。

驱动机构可以是电磁机构，并且可以包括电磁线圈和永磁体，通过例如线圈安装件的接口固定到能量施加工具例如敲击杆的后端。例如，如电磁线圈的线圈可以轴向地位于永磁体后面。电磁线圈也可以直接作用于金属或导电部件，例如铁磁部件。其它形式的直线电机也可以采用。

通常，由能量施加工具(例如，机械能施加工具)对进行测量的对象的冲击力可以根据例如工具的质量、工具行进的距离和设备或工具相对于水平倾斜的角度而变化。例如，对于给定质量的工具，由于因为重力可能会增加冲击的力量，相比水平位置的冲击力，冲击力可能在负45度时更高，再例如，重力可能会在负30度时更高。另外，由于正角度的重力不是增加冲击力而是抵消冲击力，所以在水平位置处的冲击力可能大于在大约正45度处的冲击力，再例如，在水平位置处的冲击力可能大于在大约正30度处的冲击力。通常，可以使用1-15牛顿之间的力。由于冲击力的低端可能不是最佳的，因此通常可以将设备放置在与要测量的对象大致水平的位置接触，以获得更好的结果，例如，通过对系统进行校准，以获得施加在对象上的最佳的力的量。这可能会限制定位设备的能力。例如，一些要测量的对象可能在难以到达的位置，因此可能需要使设备倾斜。因此，在某些情况下，可以使用更大的力，例如，可以在设备上使用10-50牛顿的力，以在将设备定位在对象上时内建一些灵活性。即使在此较高的冲击力范围内，在某些情况下，低端(即，将设备放置为与水平成正角度倾斜时)也可能低于生成最佳测量所需的冲击力，而在高端，力可能大大高于期望值。但是，在某些情况下(例如牙科环境，脆弱样本的情形)或尽量减少对任何样本的干扰时，可能不希望使用以防需要将设备与水平方向成一定角度放置的更大的力的内建能力。例如在牙科环境中，可能需要使用例如大约20-45牛顿范围的冲击力，以获得更好的结果并且具有一定的定位灵活性，并且这种力对于患者而言可能相当不舒服。本发明的发明人已经发明了一种系统，该系统以与水平不同的角度在对象上施加基本相同的冲击力，如同该设备在水平工作。因此，无论该设备是否以与水平成大约正/负45度的角度工作，再例如与水平成正/负30度的角度工作，该设备都可产生大约相同量的冲击力，例如约20-30牛顿。

类似地，对于非机械能施加工具的能量施加工具，施加在对象上的力可以包括电磁能或声能，例如超声波，并且冲击对象的能量的量可以取决于能量源的强度、能量行进的距离和设备的倾斜角度(如果设备是能量施加工具或相对于要撞击的对象表面的能量工具)。不希望受任何特定理论的束缚，可以推测对于给定的强度，与对象的冲击面与力的传播方向成任何其它角度相比，对象的冲击面垂直于力的传播方向时，能量源的冲击力可能会更高。而如果冲击面平行于力的传播方向，则冲击力可能最小。由于冲击力的低端可能不是最佳的，因此通常可以通过例如将系统校准到施加于对象的最佳的力的量，而将设备放置在与要测量的对象接触的、大致垂直于对象表面的位置上以获得更好的结果。这可能会限制定位设备的能力。例如，一些要测量的对象可能处于难以到达的位置，因此可能需要使设备倾斜。因此，在某些情况下，可以使用更大的力，例如，可以在设备上使用相当于10-50牛顿的力，以在将设备定位在对象上时内建一些灵活性。即使在此较高的冲击力范围内，在某些情况下，该力的低端范围(即，当设备以与垂直方向成正角的角度倾斜放置时)也可能低于生成最佳测量所需的冲击力，而在较高端，力可能大大高于期望值。但是，在某些情况下(例如牙科环境，脆弱样本的情形)或尽量减少对对象或任何样本的潜在损伤时，可能不希望使用以防需要将设备与垂直方向成一定角度放置的更大的力的内建能力。例如在牙科环境中，可能需要使用高于大约20-45牛顿范围的等效冲击力范围，以获得更好的结果并且具有一定的定位灵活性，并且这种力对于患者而言可能相当不舒服。本发明的发明人已经发明了一种系统，该系统以与对象表面的垂直方向不同的角度在对象上施加基本相同的冲击力，如同该设备在工作以使得传播方向垂直于对象表面。因此，无论该设备是否以与垂直于对象表面的方向成大约正/负45度的角度工作，再例如以与垂直于对象表面的方向成大约正/负30度的角度工作，该设备都可产生大约相同量的等效冲击力，例如约20-30牛顿。

另外，对于非机械类型的能量源，例如声能(例如超声)或电磁，相对于水平方向以不同角度定位工具的能力可能是有利的，在一个角度不清楚或有噪声的响应在另一角度可能会更清楚或明晰，使得在一个角度可能影响测量的靠近表面的任何缺陷在另一个角度可能不会影响测量，甚至可能产生更好和更完整的对象特性结果。并且，例如，通过使响应偏转到传感器未感测到的方向，当进行另一方向的撞击时，可能会使测量复杂的位于表面的缺陷可能变得可检测并且处于传感器的范围内。

例如，测斜仪可以在设备上存在，当该设备抵接对象并在操作的角度范围之外时，测斜仪可以触发听觉警告，例如，对于敲击杆，如果需要，它可以在相对于水平方向是正/负45度，再例如相对于水平方向大约正/负30度时触发警告，在该点，角度可能会实质影响对象的测量结果。在一个实施例中，对于机械能施加工具，如果该设备被定向为使得操作轴线相对于水平位置大于约45度，再例如大于约30度，并当在套筒部的对象接触部上感测到推力时该设备被激活，可能会导致设备内的扬声器(如设备内的PCB)发出警告声。在另一个实施例中，警告标志可由光信号给出，该光信号可以是闪光灯或某种颜色的光。在这种情况下，如果设备是敲击器械，则敲击动作将不会开始，直到将设备返回到可接受的角度为止。在某些情况下，如果在检测到上述范围的偏离时已经开始敲击动作，则该设备实际上可能不会停止操作，而只是发出警报，从而可以进行校正。对于其它类型的能量施加工具，可以包括类似的设置，并且角度可以相对于接触表面的垂直方向。如上所述，本发明的系统和方法是非破坏性和非侵入性的，并且可以包括能够通过在测量期间将设备保持在与水平方向成不同角度并调节能量施加过程以模仿基本上水平的位置方式进行操作的设备。该系统可以包括或可以不包括用于辅助重新定位性的一次性部件和/或特征件。用于测量结构特征的本系统和方法可以使对要进行测量的对象的影响、甚至是微小的影响最小化，而不会损害系统的测量或操作的灵敏度。当能量施加工具是敲击杆时，冲击能量的量也可取决于例如杆的长度、杆的直径、杆的重量或杆在碰撞之前的速度等而变化。在一个实施例中，该系统包括能量施加工具，该能量施加工具重量轻并且/或者能够以较慢的速度运动，从而在展示、保持或提供等价或更佳的测量灵敏度的同时，将在测量期间对对象的冲击力最小化。在一方面，能量施加工具，例如敲击杆，可以由较轻的材料制成，以使手持件的重量最小化，从而可以使对进行测量的对象的冲击最小化。在另一个实施例中，可以将能量施加工具(例如，敲击杆)制造得更短并且/或者具有更小的直径，使得手持件的尺寸也可以被最小化，并且因此可以最小化对进行测量的对象的冲击。在另一个实施例中，该系统可以包括驱动机构，该驱动机构可以减小能量施加工具的加速度并且因此可以最小化对进行测量的对象的冲击。例如，驱动机构可以包括较小的驱动线圈，以减小能量施加工具的加速度，无论其重量是否较轻，并且/或者长度或直径较小，并在操作期间将对对象的冲击力最小化，同时保持测量的灵敏度。这些实施例可以与之前或以下说明的一个或多个实施例结合，包括重量更轻的手持件壳体。在不增加初始撞击速度的情况下的进行测量的速度也可能是优选的，以最小化在测量过程中对对象的冲击。该系统可以具有或可以不具有用于辅助上述或下述的重新定位性的一次性部件和/或特征件。

在上述或下述的任何系统中，包括所有示例性实施例，可以使用或不使用重量更轻的能量施加工具，更短或直径更小的能量施加工具，或者可以包括更小的驱动线圈以减小能量施加工具的加速度的驱动机构，如果要在套筒的一部分与对象接触时进行测量，操作员施加于对象的力可能也很重要，并且可能需要监控，这是由于如上所述，除了激活功能以外，操作员施加的力不足或过大都会使测量复杂化，甚至可能产生较为不准确的结果。该系统可以具有或可以不具有一次性部件和/或特征件，以辅助重新定位性并且/或者利用下述特征件减小冲击。

在例如激活机械能施加工具时，例如，在设备上按下手指开关，设备内的电磁线圈将推动能量施加工具(例如敲击杆)以一定速度向进行测量的对象延伸，并且例如利用冲击力在每个测量周期多次打击或撞击对象或样本。对象上的冲击力可能会产生应力波，该应力波行进通过如敲击杆的能量施加工具，可以利用测量或感应设备或位于设备内的机械装置测量撞击对象时如敲击杆的工具的减速度，工具的减速度可以被发送到系统的其余部分进行分析。该系统可以在一个时间间隔内例如通过敲击或施加能量来测量敲击响应，该敲击响应例如是由于能量施加而从对象反射的能量，这可以包括创建敲击响应分布图，例如，基于在时间间隔期间从对象反射的能量的时间-能量分布图、频率-能量分布图，以及/或者评估敲击响应分布图，例如时间能量分布图，以确定对象的阻尼容量或其它特征。测量装置或感测机构可以检测来自能量施加工具与对象的碰撞的效应的特征。通常，测量装置或感测机构可以物理耦合至、功能耦合至能量施加工具或以其它方式与能量施加工具接触，使得其可以检测碰撞的特征。耦合可以是有线或无线的。

在一些实施例中，用于分析对象的测量设备或感测机构可以包括用于在测量期间感测和/或测量来自对象或能量施加工具的响应的传感器。在一方面，驱动机构可以包括位于壳体内的用于与诸如敲击杆的能量施加工具耦合的感测和/或测量设备，例如压电力传感器或压电感测元件，并且通常可以产生电信号或响应于机械能而变化，例如压电传感元件上的压力变化。压电线也可以例如被加载到能量施加工具中。该测量设备可以适于例如在操作期间在与对象碰撞时测量敲击杆的减速度，或者测量由敲击杆在样本上引起的任何振动。压电力传感器可以检测对象的特性的变化并且可以客观地量化其内部特征。由压电力传感器传输的数据可以由系统程序处理，这将在下面进一步讨论。在另一方面，测量设备或感测机构还可以包括其它形式的感测元件，例如，适于感测和/或测量能量施加工具(例如，敲击杆)在施加能量之前、之中和之后的位移的线性可变差动变压器。线性可变差动变压器可以是非接触线性位移传感器。传感器可以利用感应技术，因此能够感应任何金属目标。而且，非接触位移测量可以使得计算机能够在撞击之前确定速度和加速度，从而可以从结果中消除重力的影响。在其它方面，感测和/或测量设备可以感测由于变压器的电压变化而引起的能量施加工具的位置，其中变压器的电压变化归因于能量施加工具的定位，该能量施加工具可以是金属的，否则会影响变压器、加速度计、电阻式压力传感器，应变仪和/或任何其它合适类型的传感器或传感器组合中的感应。例如，与能量施加工具耦合的设备内的加速度计可以测量与所产生的应力波相对应的信号。加速度计传输的数据由经过校准的计算机程序处理，该程序检测样品特性的变化并客观地量化内部特征。通常，用于检测能量施加工具的效应的特征的感测机构可以与感测手持件(例如通过套筒部)与对象之间的接触力分开。

如上所述，在与对象碰撞之后，能量施加工具(例如敲击杆)减速。能量施加工具(例如敲击杆)的减速度可以通过测量设备或感测机构(例如设备内部的加速度计)进行测量。例如，与能量施加工具耦合的设备内的加速度计可以适于在操作期间与对象碰撞时测量能量施加工具的减速度，来自对象的敲击响应，测量由冲击引起的任何振动或测量与产生的应力波相对应的信号。测量设备或感测机构可以检测对象的特性的变化并且可以客观地量化其内部特征。如之前或以下所述，可以由系统程序处理由测量设备或感测机构传输的数据。

上述测量机构还可以以类似的传感器设置适用于除了如上所述的机械能施加工具之外的工具，例如，当这种能量施加工具执行敲击动作时。

能量施加工具，例如敲击杆，可以被编程为以基本上相同的速度每分钟打击对象一定次数，并且减速信息可以被记录或编译以供系统分析。如果该套筒部是具有某些阻尼特性的材料，则除了辅助定位该装置之外，该套筒部还可以辅助减弱由冲击引起的任何振动，从而不会干扰敏感的测量。

对于电磁能，能量施加可以采用脉冲或能量突发的形式，可以将其编程为每次以大致相同量的能量每分钟撞击对象一定次数，并且可以记录或编译对对象的影响以供系统分析。在某些情况下，重复的撞击可以提供平均度量，该平均度量可以更好地代表实际的基础属性。如果该套筒部是具有某些阻尼特性的材料，则除了辅助定位该设备之外，该套筒部还可以辅助减弱由冲击引起的任何振动，从而不会干扰敏感的测量。

在一些实施例中，倾角仪可以包括加速度计，该加速度计是例如测量所有三个轴(X，Y和Z轴)上的重力的3轴设备。在本发明的一个实施例中，诸如手持件的设备可以包括用于测量Y轴(即，垂直)重力(G力)的值的软件。例如，如果Y轴的G力大于例如正负15度阈值，则手持件可能发出可听的声音(例如蜂鸣声)或光信号(例如闪光)，或某种颜色的光。如果Y轴的G力大于30度阈值，则手持件可能会发出更快的蜂鸣声，或者如果是如闪光的光信号，它可能是闪烁更快的光。加速度计可以例如每100ms采样一次。可能需要五个连续的有效读数(500毫秒)来触发阈值，从而发出蜂鸣声或闪光等。可以依据经验确定针对15度和30度阈值的阈值。

例如，对于不具有本发明特征的设备，在操作过程中，如果等效冲击力在与水平方向成15度的水平处为约26牛顿，则等效冲击力在水平位置为约32牛顿，距并且在水平负15度处，冲击力可能约为35牛顿。利用本发明，在所有上述角度的所有冲击力可以为约25牛顿，或者被编程为施加的任意最佳冲击力。这可以通过例如改变来自驱动机构的能量到能量施加工具的施加以适应冲击角来实现。来自驱动机构(例如电磁线圈)的能量施加变化的示例可以包括改变施加到线圈的功率(例如，改变电压、电流或两者)、线圈驱动时间(改变线圈通电或激活的时间长度)、线圈延迟时间(改变驱动活动之间的时间)、线圈通电的次数(即改变施加的驱动脉冲的数量)、线圈的极性和/或其组合。这些因素，包括变化的功率、驱动时间、极性和延迟时间，可以通过更改对于功率、驱动时间、驱动次数、线圈通电的极性和驱动延迟的固件设置来进行管理，以获得所需的结果。不希望受任何特定理论的束缚，根据推测可以采用多种变形例来实现期望的结果，并且可以将固件设计为针对特定情况选择特定解决方案或选择最佳解决方案。

在一些实施例中，固件可以适于仅改变驱动机构的某些设置，例如驱动时间、驱动次数、极性和驱动延迟，而保持其它设置(例如功率)不变。这可能是优选的，因为某些设置可能较难调整，例如由于特定的电源(例如电池)而相对不可调整的功率设置。

如上所述，可以在有或没有外部开关或遥控器的情况下打开和关闭系统。在一个实施例中，手持件的能量施加过程可以通过机械机构、例如开关机构来触发。在一方面，手指开关可以位于手持件上的方便位置，以使操作者易于激活。在另一方面，可以通过经由套筒对多谢施加压力来触发开关机构。在另一个实施例中，手持件的能量施加过程可以经由语音控制或足部控制来触发。

通常，任何外部开关设备(如扳动开关，摇动开关或按钮开关)都可能会限制操作员握持器械的方式，因此例如在测量过程中可能会限制器械(如果是手持式)在对象上的定位，以便使操作员能够轻松访问开关设备以开启和/或关闭它。

在一个实施例中，为了获得放置器械的更大的灵活性，通常可以使用语音控制或遥控器，尽管这样的语音控制或遥控器会增加系统的复杂性。在本发明中，无需这种远程控制或增加复杂性就可以获得相同的灵活性优点。

在另一个实施例中，如以上和以下所述，为了在定位器械上获得更大的灵活性，可以通过对象与位于壳体的开口端的套筒部之间的适当接触力来控制设备的激活。如下所述，该适当的接触力还可以向系统添加其它期望的特征。套筒部可以在其自由端敞开，其中在测量期间对象搁置、挤压或接触用于搁置、按压或接触对象的至少一部分的部分。套筒部的接触辅助使设备稳定在对象上。在测量期间，与能量施加工具的冲击力不同，套筒部施加在对象上的力由操作者控制，该能量施加工具的冲击力可以由上述系统的各种因素控制，并且施加在对象上的适当的接触力可能很重要并且可能需要监视，因为例如操作员施加的力不足或过大都会使测量复杂化，甚至可能产生不太准确的结果。可以有布置在壳体内部的、未物理地或机械地耦接至能量施加工具的传感器，以确保即使是不同的操作者也可以由操作者施加基于套筒部的接触部的适当的接触力以实现更好的再现性。

套筒部可以安装到力传递套筒状组件或力传递构件上，其形成壳体的前部的永久部分或从其突出，并且在不存在套筒部时屏蔽能量施加工具例如敲击杆以免受损。例如，套筒部可以形成一次性组件的一部分，如下所述。力传递套筒状部件围绕能量施加工具或杆放置，例如它可以围绕能量施加工具，并由壳体保持在前部并安装在后部的电磁线圈的前部。力传递套筒状部件可适于少量滑动，并且这样做可作用于位于力传递套筒状部件的后表面和诸如线圈安装件或驱动机构的安装支架等相对固定的位置之间的力传感器，例如力敏电阻器、压电传感器、应变计等。当套管部分的对象接触部被推动抵靠测量的对象时，例如可以检测到牙齿和力，可以触发能量施加工具，例如敲击杆。当检测到一定范围内的正确力量，打开器械开始测量。由传感器进行的线性位置测量也可以用于检测接触力。

例如力传感器的传感器可以与设备的除能量施加工具以外的至少一部分在物理上接近和/或接触和/或与其耦合，例如，它可以物理接近并且/或与壳体和/或套筒部接触和/或耦接，如果套筒部的开口端包括对象接触部，则如上所述。在本发明的一个实施例中，传感器可以包括至少一个用于感测的应变计。应变计可以附接或安装在设备壳体和套筒部之间的悬臂上，以便当套筒部的对象接触部被压在对象上时，它也使由应变仪测量的悬臂变形，从而提供力测量。在一些实施例中，可以使用安装到单个悬臂或分离的多个悬臂的多个应变仪。悬臂也可以例如存在于与壳体或套筒部的其余部分分开的部件上，例如存在于安装设备上。在本发明的另一个实施例中，传感器可以包括感测垫，该感测垫可以被定位在刚性表面和滑动部之间，使得当滑动部朝向刚性表面移动时压迫或挤压垫时，测量力。根据一个实施例，刚性表面可以是例如将电磁线圈保持在设备外壳内的驱动机构中的线圈接口。滑动部可以是力传递套筒状部件，其设置在壳体内并且耦接到套筒部的对象接触部，并且适于在套筒部的对象接触部施加力到对象上时在壳体内部滑动。在一些实施例中，它可以布置在套筒部内。滑动距离可以非常小，例如约为(毫米或mm)0.3毫米至约1毫米，更多例如约0.5毫米。感测垫可以包括层结构，其通常可以称为“分流模式FSR(力感测电阻器)，其可以根据施加到垫的力来改变电阻，以提供力测量。根据另一个实施例，力传递套筒状部件可以通过弹簧向前偏置，使得当力由套筒部的对象接触部施加在对象上时，力传递套筒状部分可以将力传递到弹簧。根据一个方面，力感测可以通过线性位置传感器来完成，应当知道，例如，如果力传递套筒状部分在位置X处，则必须施加Y的力(克服弹簧的反作用力)将其移动到该位置。根据另一方面，力感测可以由光学传感器执行，用于当移动部件被推向弹簧时光学地感测移动部件的位置。在本发明的又一个实施例中，套筒部的对象接触部在对象上的相对位置可以通过具有一个或多个应变仪确定，该一个或多个应变仪可以在一端附接到运动部件，例如力传感器套筒状部件，另一端连接到静态元件，例如，壳体。在本发明的另一个实施例中，该设备可以包括用于直接测量力的压电元件。在本发明的又一个实施例中，霍尔效应传感器可以用于当磁体(附接到移动元件)相对于传感器的位置移动时检测磁场的变化。在本发明的又一个实施例中，可以使用电容式线性编码器系统(类似于在数字卡尺中的)测量力。

力传递套筒部可以是一体的，也可以不是一体的。当以单件形式存在时，它可以辅助使驱动机构(例如传动系)刚性化。例如，当设备在测量期间可能撞到口腔内部时，这可能会干扰能量施加工具的路径，而刚性的传动系可以使外力的影响最小化。

如前所述，力传感器可以定位在壳体内部的任何位置，只要它不物理接近和/或接触和/或耦合至能量施加工具即可。在一个实施例中，它可以位于更靠近朝向套筒部的壳体的前部。在另一个实施例中，它可以位于朝向壳体的后部。在另一个实施例中，力传感器可以定位为朝向壳体的中间。当力传感器朝向壳体的后部定位时，与当力传感器位于其它位置时相比，如上所述，该定位可以更好地促进驱动器机构的刚性化。通常，无论力传感器位于何处，如果能量施加工具是敲击杆，则该杆可穿过传感器和力传递套筒，即，力传感器和/或力传递套筒可围绕能量施加工具。

尽管传感器没有物理地或机械地耦合到能量施加工具，但其可以与能量施加工具电子通信并且可以充当用于该设备或器械的开启/关闭开关，如上所述。例如，当通过套筒的对象接触部将适当的力施加在对象上时，其可以触发设备或器械的激活机构以激活能量施加工具的移动以开始测量。因此，如上所述，不需要外部开关或按钮来激活系统的开启和关闭。适当力量的指示可以通过可见或可听信号指示。

在一个实施例中，一旦由套筒的对象接触部在对象上施加适当的接触力，如可见或可听信号所示，器械可以瞬时开启。在另一个实施例中，一旦由套筒的对象接触部在对象上施加适当的接触力，如可见或可听信号所示，在开启器械之前可能存在延迟。在另一个实施例中，一旦检测到套筒部的对象接触部与对象之间的一定推力并保持一段时间，例如约1秒，例如约0.5秒，器械可以打开以开始测量。在该实施例中，绿光照亮尖端，并且在维持正确范围内的力之后大约1秒开始冲击，例如更多例如0.5秒。

操作者例如通过套筒部施加在对象上的适当的力起到系统的开关的作用。当系统没有开启时，可能需要知道它是否有故障、没有足够的力或施加过多的力。在一个实施例中，力测量可以连接到视觉输出，例如灯。灯可安装在设备或器械的任何方便位置，例如，可在设备或器械的前部安装一个或多个LED。在一个方面，可以包括多灯系统。例如，可以使用两个LED。当力在正确的范围内时，绿灯可能会点亮。如果检测到的力过大，LED可能会变为红色，除非推力降低，否则器械将无法工作。在一些实施例中，如果用户在对象上过度推动，则光可以首先变为琥珀色，然后变为红色。如果推力足以将灯改为红色，则打击可能不会启动，或者如果它已经启动，则会中断。另外，可能会有琥珀色的LED状态，其警告何时用户接近太多的推力。在这个阶段，当LED点亮琥珀色时，器械仍然可以运行。另一方面，没有光可能表明力太小，绿光可能表明适量的力，而红光可能表明力太大。在又一方面，可以包括一个灯系统。例如，没有光可以给出力量太小的信号，红色光可以给出太大的力的信号。在另一方面，闪烁的红光可能指示太多的力并且没有光可能指示太少的力。

在另一个实施例中，力测量可以连接至可听输出。在一个方面，可听输出可以包括蜂鸣声以指示太小的力以及多个蜂鸣以指示太大的力。在另一方面，可听输出可以包括蜂鸣声以指示太小的力以及具有闪烁的红灯的蜂鸣声以指示太大的力。在又一方面，力测量可以连接至语音报警系统，用于警报太大的力或太小的力。在再一个方面，力测量可以连接至语音报警系统以警报太小的力以及语音报警和闪烁的红灯以警报太大的力。

当力传感器用作开启/关闭开关时，其也可用于监测在测量期间由套筒部的对象接触部施加适当的力和/或在测量期间获得套筒部的对象接触部抵靠对象的对准。例如，测斜仪可以作为电子控制系统的一部分存在，当该设备在操作的角度范围之外时可以触发听觉警告，例如，对于如敲击杆等机械能施加工具，它可以在其超出水平正/负约45度范围时触发警告，更多例如它可以被编程以在超出水平正/负约30度范围时发出警告。因此，如果该设备被定向成使得当在套筒部的对象接触部上感测到推力时，操作轴线相对于水平方向大于大约正/负45度，更多例如大于大约正/负30度，则可能导致警告声音由位于设备内的扬声器(例如设备内的印刷电路板(PCB))发出。在这种情况下，直到设备返回到可接受的角度才会开始敲击动作。在某些情况下，如果在检测到上述距离范围的偏离时开始了敲击动作，则设备可能不会实际停止操作，而可能仅仅是发出警报，从而可以进行校正。

能量施加工具具有搁置配置和激活配置的长度。如上所述，该运动可以是沿着壳体的纵向轴线的轴向运动，或者可以是围绕壳体的纵向轴线的摆动运动。

在一个实施例中，套筒部可以附接和/或环绕壳体自由端部的至少一段长度并且从壳体中突出与例如敲击杆在其伸出形式下的能量施加工具端部基本相同延伸的距离，如果敲击杆轴向移动。由此，在该实施例中套筒部的长度可能某种程度上取决于所期望的伸出敲击杆的突出长度。套筒的自由端部可以布置为抵靠正进行测量的对象。由套筒部在对象上的接触有助于将该设备稳定在所述对象上，如上所述。在另一实施例中，套筒部可以附接于壳体的端部并且在操作中当能量施加工具，例如敲击杆在枢轴处从与壳体的纵向轴线基本平行运动到与轴线成锐角时基本垂直于壳体的端部。套筒部的形状可以是基本圆柱形的。在再一个实施例中，套筒可以是壳体的伸出部并且是基本半圆柱形的，以允许能量施加工具，例如敲击杆在操作中当从与壳体的纵向轴线基本平行运动到与纵向轴线成锐角时自由移动。使用这一系统，可以在相对无法触及的位置，例如患者牙齿的臼齿区域中进行测量。

类似地，对于除机械能施加工具之外的其它装置，可以推测上述内容也可适用，并且代替如敲击杆的机械能施加工具，如电磁能或声能的能量源可以驻留在壳体内部。能源可以简单地被开启和关闭而不是伸展和收缩。也可以有套筒部。

在另一个示例性实施例中，上述或后述任意系统还可以包括一次性特征件，其用于帮助消除或最小化通过从系统传递的测量的对象的污染或来自前面进行测量的对象的交叉污染，而不干扰系统的能力或测量。一次性特征件可以包括下面描述的那些中的任何一种或者如美国专利No.9,869,606或W02011/160102A9、标题为“用于确定对象的结构特征的系统和方法”的美国专利申请，其内容在此通过引用整体并入。

本发明还涉及一种用于以非侵入性方式和/或使用非破坏性的测量方法测量结构特征的系统和方法，包括一种设备，该设备能够通过以下方式进行操作：将设备保持在与水平不同的角度，并在测量过程中调节能量施加过程以模仿大致水平的位置，并使用能量施加工具，该能量施加工具包括一次性特征件，所述一次性特征件用于帮助消除或最小化通过从系统传递对测量的对象的污染或来自之前的测量的对象的交叉污染，而不会实质性干扰系统的测量或能力。该器械包括具有带开口端的中空内部的壳体以及安装在壳体内用于在壳体内移动的能量施加工具，例如敲击杆或冲击杆。所述壳体具有纵轴，并且能量施加工具具有搁置配置和激活配置的长度，并且设备的纵轴可以定位为与水平方向成任何角度。该角度可以例如是任何角度，更例如可以从零度变化到大约正/负45度，甚至可以更例如从零度变化到大约正/负30度。不具有一次性特征件的以上说明的系统和方法的不同实施例也可以在此适用。该系统提供了非破坏性的测量方法，其中与进行这种测量的对象有一些接触，而不需要擦拭或高压消毒能量施加工具(如机械工具、电磁或声能源)，并且同时不需要抛弃能量施加工具和/或壳体以及任何可能装在器械的外壳内的装置。上述用于在测量期间调节能量施加过程以模仿大致水平位置的驱动机构也适用于该系统和方法。

在一个示例性实施例中，壳体具有纵向轴线并且如果使用机械能施加工具，能量施加工具具有搁置配置和激活配置的长度，或者对于其它类型的能量施加工具，能量施加工具具有打开和关闭配置的长度。壳体包括从其突出的套筒部。套筒部在其自由端是开放的，并且具有用于在测量之前和测量期间搁置、按压或接触对象的对象搁置或接触部。

机械能施加工具由驱动机构驱动。驱动机构可以是电磁机构，并且可以包括电磁线圈和固定到能量施加工具例如敲击杆的后端的永磁体。例如，电磁线圈可以轴向位于永磁体后面。对于其它能量施加源，输入功率驱动能量施加工具。

能量施加工具具有搁置配置和激活配置的长度。如上所述，该运动可以是沿着壳体的纵向轴线的轴向运动，或者可以是围绕壳体的纵向轴线的摆动运动。

一次性特征件可以包括从壳体的开口端突出和/或包围开口端的套筒部。在一个示例中，对于机械能施加工具，套筒部包括中空的内部和开放的自由端，该自由端具有用于在其开放端测量期间搁置在对象上、按压或接触对象的对象搁置或接触部。诸如具有一定长度并朝向套筒部的开口端设置的接触特征件的特征件例如通过摩擦紧密地配合在套筒部内。接触特征件可以是例如短的管状部分或环，并且适于基本上沿着套筒部的纵向轴线在套筒部内自由地移动或滑动，并且可以包括用于基本闭合套筒部的自由端的闭合端部。接触特征件可以定位在能量施加工具的尖端与正在进行测量的对象的表面之间，并且通过自由移动或滑动，可以调整其自身以适应经受测量的对象的各种表面轮廓。自由移动或滑动接触特征件可以在尺寸上变化和/或以其它方式适于沿套筒部的纵向轴线移动期望的预定距离。在一些例子中，例如对于环形接触特征件，在套筒部内可以存在移动停止件，例如小脊、止挡或其它障碍物，以防止套筒部内的滑动或移动超出期望范围。例如，闭合端部的至少一部分可以在对象的表面附近，并且在能量施加工具冲击接触特征件之前可能或可能不会与对象的表面接触。在通过能量施加工具冲击接触特征件的闭合端部的过程中，接触特征件的闭合端部的外表面或对象接触表面的至少一部分紧密接触对象的表面。因此，如果闭合端部的对象接触表面的至少一部分形成轮廓以反映与其接触的对象的表面，则与对象进行更好的接触并且通过能量施加工具从冲击传递能量可能不会显着受损。在一个方面，接触特征件的闭合端部可以包括至少一部分，该部分可以具有面向对象的基本上平坦的部分以基本上镜像对象的平坦表面。在另一方面，如果对象表面是轮廓的，则接触特征件的闭合端部可以包括至少一部分，该部分可以被成形以镜像与其接触的对象的表面。例如，如果经历测量的对象的表面包括凹陷，则接触特征件可以包括具有凹形外表面的闭合端部以基本上镜像凹陷以便自身调整以在冲击期间在闭合端和对象之间保持接触。又例如，如果对象的表面包括凸起，则接触特征件可以包括具有凸起表面的闭合端部，以基本上镜像凸起，从而在测量期间保持与对象的接触。另一方面，闭合端部可以具有一定弹性或可变形，从而在冲击过程中可以实现与对象的紧密接触。

通常，尽管接触特征件自由移动，对象与接触特征件的闭合端部的至少一部分之间的接触仍然可以帮助稳定对象上的设备和/或可以提高测量的再现性。

在其它实施例中，接触特征件可以是不可移动的。例如，接触特征件可以固定到套筒部的前部开口，并在测量过程中充当对象与能量施加工具之间的中间构件，从而使能量施加工具的尖端与对象之间没有直接接触。

对于不可移动的能量施加工具，可以存在或者可以不存在滑动部，并且接触特征件可以是静止或固定的。如下所述，不可移动但适形的接触特征件可以具有与可移动接触特征件相同的优点。

在本发明的一个实施例中，在测量期间，接触特征件的闭合端可以是适形的或可移动的并且可以将其自身调整为对象的表面构型，并且套筒的开口端的对象接触部适当地接触对象。上述传感器(如果存在的话)感测和/或监测套筒部施加在对象上的适当的接触力。能量施加工具(例如敲击杆)在测量期间通过接触特征件的闭合端反复地敲击对象。

在本发明的另一个实施例中，在测量过程中，接触特征件的闭合端可以是适形的或可移动的并且可以将其自身调整到对象的表面构型，套筒的开口端的对象接触部适当地接触对象，但是，闭合端部的一部分可以延伸超出套筒以同时接触对象的不规则表面。上述传感器(如果存在的话)感测和/或监测套筒部施加在对象上的适当的接触力。能量施加工具(例如敲击杆)通过接触特征件的闭合端部间接重复触击对象。

可移动的接触特征件可以具有任何形状，只要它适合紧贴并且仍然自由移动或滑动到套筒部内，而闭合端部基本上封闭套筒的自由端。如上所述，在可能不需要可移动或可滑动的实施例中，接触特征件可以是适形的。它可以由任何可以模制或铸造的材料构成，并且可以包括聚合物或填充聚合物材料。为了重量轻，它也可以很薄但具有足够的刚度以促进滑动动作。在一些实施例中，它可以具有适形的闭合端或前部。

接触特征件还可以在其闭合端部包括薄膜。膜可以附接或整体结合到接触特征件的其余部分。膜也可以是不可移动的接触特征件中的较厚的膜。膜是厚还是薄无关紧要，只要它们被选择成对能量施加工具的操作具有最小的影响即可。在一个方面中，如上所述，膜可以具有一定弹性或可变形性，以便在被能量施加工具冲击时在膜和对象之间更好地接触，但是仍然能够将由能量施加工具施加的冲击力传递到对象。另一方面，膜可以是能够更好地传递其与对象之间的冲击力的任何材料。

在一个实施例中，闭合端部可以包括薄聚合物膜，其可以或可以不与接触特征件的其余部分具有相同的材料，或者其可以是具有与接触特征件的其余部分基本相同的性质的材料。聚合物可以包括能够被模制，铸造或拉伸成薄膜的任何聚合物材料，从而它基本上不会对测量产生不利影响。在另一个实施例中，闭合端部可以包括插入模制金属箔膜。金属可以是任何金属材料，它们可以被拉伸，铸造或模制成薄膜，从而它基本上不会对测量产生不利影响。在其它实施例中，闭合端部可以与接触特征件成一体。例如，接触特征件可以由可被成形为具有期望厚度的闭合端部的管状或环状结构的材料形成，例如通过冲压金属(例如不锈钢，铝，铜或其它适当的金属)。

在另一个示例性实施例中，壳体具有纵向轴线并且能量施加工具具有搁置配置和激活配置的长度，并且设备的纵向轴线可以定位成与水平方向成任意角度。该角度可以例如是任意角度，更例如可以从零度变化到大约正/负45度，甚至可以更例如从零度变化到大约正/负30度。壳体可以包括或不包括从其延伸的套筒部并且在其自由端具有开口端。

能量施加工具具有搁置配置和激活配置的长度。如上所述，该运动可以是沿着壳体的纵向轴线的轴向运动，或者可以是围绕壳体的纵向轴线的摆动运动。

一次性特征件可以包括用于包围系统的一部分的覆盖件，该部分可以与进行测量的对象接近和/或接触，而在任何实质性程度上都不干扰灵敏度，再现性，如果需要的话，或者器械的一般操作。

如前所述，一次性特征件可以适用于所有其它类型的能量施加工具。

如果套筒部从壳体延伸，则覆盖物可以包括从壳体的开口端延伸和/或包围壳体或套筒部的开口端的部分。具有一定长度并朝向壳体或套筒部的开口端设置的接触特征件可通过摩擦紧密地配合在壳体或套筒部内，并且可延伸超过壳体或套筒部的开口端(如果存在的话)。接触特征件包括用于封闭壳体或套筒部的自由端(如果存在的话)的闭合端部。接触特征件的闭合端部进入能量施加工具的尖端和对象之间，并且接触特征件的闭合端部的表面的一部分与正在进行测量的对象的表面的至少一部分接触。在该示例性实施例中，在测量期间，壳体或套筒部的端部可以不与对象接触。如果存在的话，接触特征件适于在壳体或套筒部内自由移动或滑动，或者可以稍微限制到预定的移动距离，并且不完全缩回到壳体或套筒内。接触特征件可以包括闭合端部，用于基本上封闭壳体或套筒部的自由端(如果存在的话)。设备相对于经受测量的对象的稳定可以通过接触特征件的闭合端部的外表面的至少一部分在对象表面的至少一部分上的接触来实现。

对于不可移动的能量施加工具，可以存在也可以不存在滑动部，并且接触特征件可以是静止或固定的，尽管如下所述，具有可移动的或至少适形的接触部是有益的。

此处，接触特征位于能量施加工具的尖端或末端与正在进行测量的对象的表面之间，并且通过成为适形的或自由移动或滑动，可将其自身调整为适合经受测量的对象的各种表面构造。例如，在通过能量施加工具冲击接触特征件之前，至少一部分闭合端部可以与对象的表面接触。在通过能量施加工具冲击接触特征件的闭合端部的过程中，闭合端部的外部或对象接触表面的至少一部分保持与对象的表面紧密接触。因此，如果至少在闭合端部的对象接触表面的一部分上可以形成轮廓以镜像与其接触的对象的表面，则与对象进行更好的接触，并且可能不会损害由于能量施加工具的冲击的能量传递。在一个方面，接触特征件的闭合端部可以包括至少一部分，该部分可以具有面向对象的基本上平坦的部分以基本上镜像对象的平坦表面。在另一方面，如果对象表面是轮廓的，则接触特征件的闭合端部可以包括至少一部分，该部分可以被成形以镜像与其接触的对象的表面。例如，如果经历测量的对象的表面包括凹陷，则接触特征件可以包括具有凹陷表面的闭合端，以基本上镜像凹陷以便在撞击期间自身调整以保持闭合端和对象之间的接触。又例如，如果对象的表面包括凸起，则接触特征件可以包括具有凸起表面的闭合端部，以基本上镜像凸起，从而在测量期间保持与对象的接触。在另一方面，闭合端部可以具有一定弹性或可以是可变形的，从而在冲击期间可以实现与对象的紧密接触。

例如，在测量期间，接触特征件的闭合端部可以将其自身调整为适合对象的表面构造并且保持与对象的表面接触。能量施加工具(例如敲击杆)通过接触特征件的闭合端部重复间接触击对象。

如果需要的话，接触特征件可以是任何形状，只要它适合在壳体或套筒部内紧贴并且自由移动或滑动预定长度(如果存在的话)，或者仅仅为适形的，其中闭合端关闭壳体或套筒部的自由端，如上所述。接触特征件可以具有任何适当的长度，例如短的管状部分或环，并且适于基本沿着套筒部的纵向轴线在套筒部内自由移动或滑动，并且可以包括闭合端部以基本封闭套管部的自由端。接触特征件可以定位在能量施加工具的尖端和正在进行测量的对象的表面之间，并且通过自由移动或滑动，可以调整其自身以适应经历测量的对象的各种表面构造。接触特征件的移动距离可以变化并且在一些情况下可以具有预定距离。在一些示例中，例如对于环形接触特征件，在套筒部内可存在移动停止件，诸如小脊、止挡或其它障碍物，以限制接触特征件在套筒部内的移动。

接触特征件是否可移动以及膜是厚还是薄无关紧要，只要它们被选择为对能量施加工具的操作影响最小即可。一方面，如上所述，当被能量施加工具撞击时，膜可以具有一定的弹性或可变形性以使膜与对象之间更好地接触，但仍能够将能量施加工具施加的冲击力传递至对象。在另一方面，该膜可以是能够更好地在其与对象之间传递冲击力的任何材料。它可以由可以模制或铸造的任何材料构成，并且可以包括聚合物或被填充聚合物材料。如上所述，在可能不需要可移动可滑动的实施例中，接触特征件可以是适形的。在一些实施例中，它可以具有适形的封闭端或前部。

为了重量轻，它也可以很薄但具有足够的刚度以促进滑动动作。在一些实施例中，它可以具有适形的封闭端或前部。

接触特征件还可以在其封闭端包括薄膜，使得其不会显著影响测量。膜可以附接或整体结合到接触特征件的其余部分。膜可以被选择成对能量施加工具的操作具有最小的影响。在一个方面中，如上所述，膜可以具有一定弹性或可变形性，以便在被能量施加工具冲击时在膜和对象之间更好地接触，但是仍然能够将由能量施加工具施加的冲击力传递到对象。另一方面，膜可以是能够更好地传递其与对象之间的冲击力的任何材料。

在一个实施例中，封闭端可以包括薄聚合物膜，其可以或可以不与接触特征件的其余部分具有相同的材料，或者其可以是具有与接触特征件的其余部分基本相同的性质的材料。聚合物可以包括能够被模制，铸造或拉伸成薄膜的任何聚合物材料，从而它基本上不会对测量产生不利影响。在另一个实施例中，封闭端可以包括插入模制金属箔膜。金属可以是任何金属材料，它们可以被拉伸，铸造或模制成薄膜，从而它基本上不会对测量产生不利影响。膜也可以形成为符合能量施加工具的形状，或者反之亦然，以实现力/能量的最佳传递。在一些实施例中，膜可以由不锈钢箔或片构成，并且可以例如被冲压和/或模制。在其它实施例中，封闭端可以与接触特征件成一体。例如，接触特征件可以由可被成形为具有期望厚度的封闭端的管状或环状结构的材料形成，例如通过冲压金属(例如不锈钢，铝，铜或其它适当的金属)。

对于这些示例性实施例，包括其特征的所有方面的上述力传感器可以存在或可以不存在，用于感测和/或监测适当的力由套筒部的对象接触部施加，或者对象上的接触特征件的闭合端，和/或用于在施加适当的力时激活系统开始测量。

对于本文描述的任何示例性实施例的设备，其具有用于感测或监测由套筒部或接触特征件的对象接触表面施加的力的力传感器，力传感器可以物理接近并且/或接触设备的除能量施加工具以外的部分，例如套筒部(如果套筒部的开口端包括对象接触部)，或者外壳的至少一部分(如果不存在套筒部)，如之前相对于其它示例性实施例所示例的。

例如力传感器的传感器可以与除了能量施加工具之外的设备的至少一部分在物理上接近和/或接触和/或与其耦合，例如，其可以在物理上接近和/或接触和/或耦合到壳体和/或套筒部，如果套筒部的开口端包括对象接触部，如上所述。在一些实施例中，能量施加工具可以穿过力传感器。换句话说，力传感器可以围绕能量施加工具。如上所述的传感器的各种实施例也适用于此。

尽管传感器没有物理地或机械地耦合到能量施加工具，但是其可以与能量施加工具进行电子通信并且可以充当该设备或器械的开启/关闭开关，如上所述。例如，当通过套筒的对象接触部将适当的力施加在对象上时，其可以触发设备或器械的激活机构以激活能量施加工具的移动以开始测量。因此，如上所述，不需要外部开关或按钮来激活系统的开启和关闭。适当力量的指示可以通过可见或可听信号指示。

在一个实施例中，一旦由套筒的对象接触部在对象上施加适当的接触力，如可见或可听信号所示，器械可以立刻被开启。在另一个实施例中，一旦由套筒的对象接触部在对象上施加适当的接触力，如可见或可听信号所示，在开启器械之前可能存在延迟。在进一步的实施例中，一旦检测到套筒部的对象接触部与对象之间的一定推力并保持一段时间，例如大约0.5秒，就可打开器械以开始测量。在该实施例中，绿光照亮尖端，并且冲击将在保持正确范围内的力约0.5秒后开始。

由操作者例如通过套筒部施加在对象上的合适的力起到系统的开关的作用。当系统没有开启时，可能需要知道它是否有故障、没有足够的力量或施加过多的力量。在一个实施例中，力测量可以连接到视觉输出，例如灯。灯可安装在设备或器械的任何方便位置，例如，可在设备或器械的前部安装一个或多个LED。在一个方面，可以包括多灯系统。例如，可以使用两个LED。当力量在正确的范围内时，绿灯可能会点亮。如果检测到的力过大，LED可能会变为红色，除非推力降低，否则器械将无法工作。在一些实施例中，如果用户在对象上过度推动，则灯可以首先变为琥珀色，然后变为红色。如果推力足以将灯改为红色，则打击可能不会启动，或者如果它已经启动，则会中断。另外，可能会有琥珀色的LED状态警告何时用户接近太多的推力。在这个阶段，当LED点亮琥珀色时，器械仍然可以运行。另一方面，没有灯可能表明力太小，绿灯可能表明适量的力，而红灯可能表明力太大。在又一方面，可以包括一个灯系统。例如，没有灯可以给出力量太小的信号，红灯可以给出力量太大的信号。在另一方面，闪烁的红灯可能指示太多的力并且没有灯可能指示太少的力。

在另一个实施例中，力测量可以连接至可听输出。在一个方面，可听输出可以包括蜂鸣声以指示太小的力以及多个蜂鸣以指示太大的力。在另一方面，可听输出可以包括蜂鸣声以指示太小的力，并且蜂鸣声与闪烁的红灯指示太大的力。在又一方面，力测量可以连接至语音报警系统，用于警报太大的力或太小的力。在再一个方面，力测量可以连接至语音报警系统以警报太小的力，并且语音警报和和闪烁的红灯用于警报太大的力。

当力传感器用作开启/关闭开关时，其也可用于监测在测量期间由套筒部的对象接触部施加适当的力以及/或者在测量期间获得套筒部的对象接触部的抵靠对象的适当对准。例如，测斜仪可以作为电子控制系统的一部分存在，当该设备在操作的角度范围之外时可以触发听觉警告，例如，对于敲击杆，它可以在相对于水平方向是正/负45度，更多的例如，大于大约正/负30度时触发警告。如果该设备被定向为使得当在套筒部的对象接触部上感测到推力时，操作轴线相对于水平方向大于大约正/负45度，更多的例如，大于大约正/负30度，可能会导致设备内的扬声器(如设备内的PCB)发出警告声。在这种情况下，不会开始敲击动作直到设备返回到可接受的角度为止。在某些情况下，如果在检测到上述距离范围的偏离时开始了敲击动作，则设备可能实际上不会停止操作，但可能仅仅是发出警报声，从而可以进行校正。

本发明还包括一次性组件，该一次性组件具有适于附接或耦接到上述非侵入性方式和/或非破坏性测量方法的系统和方法的设备壳体的前部的套筒部，该系统和方法具有能够通过以下方式进行操作的设备：将设备保持在与水平不同的角度并调节能量施加过程以在测量期间模仿基本水平的位置。套筒部可以包括前端和后端，并且可以包括朝向其后端的耦接或安装部件，用于耦接或附接到壳体。在一个实施例中，安装或耦接部件可以摩擦配合、配合卡口结构、榫槽类型结构、搭扣配合、夹子、相互啮合销和针孔结构、闩锁和其它互连结构到壳体的一部分或壳体内部的部件。在另一个实施例中，套筒和壳体的安装或耦接部件可以是定制的螺纹系统，以便更好地配合或耦接兼容性。

如上文或下文的所有示例性实施例中所述，一次性特征件可以是用于确定对象的结构特征的系统的一部分。一次性特征件适于附接到设备的一部分，并且可包括套筒部，该套筒部可从设备壳体的开口前端突出一定距离。套筒部具有空心的内部，该空心的内部具有前端和后端以及位于前端的对象接触部，该对象接触部适于利用设备的对象接触部的至少一部分搁置或压靠对象的至少一部分；以及设置在套筒部内部的接触特征件，该接触特征件适于沿着纵向轴线在套筒部内部自由移动或滑动，该接触特征件具有主体，该主体具有一定长度，并且具有基本上闭合的前端，用于基本上封闭套筒部的开口前部，以最小化测量期间能量施加工具与对象之间的直接接触。

在另一个实施例中，适于包封设备的一部分的一次性特征件可以包括具有纵向轴线的套筒部，该套筒部从壳体的所述开口前端突出一定距离，并且可以具有带有前端和后端的中空内部和前端处的对象接触部，该对象接触部利用对象接触部的至少一部分来搁置、接触或压靠对象的至少一部分。接触特征件可设置在套筒部内，适于沿着套筒部的纵向轴线在套筒部内自由移动或滑动，以移动能量施加工具，并且该接触特征具有一定长度的主体和基本上封闭的前端，用于基本上封闭套筒部的开口前部，以最小化在测量过程中能量施加工具与对象之间的直接接触。

如上所述，在套筒部内自由滑动的接触特征件可朝向一次性组件的套筒部的前端设置。在一个实施例中，接触特征件可以具有任何形状，例如，它可以具有短的管状部分，并且可以具有任何尺寸，只要它比套筒部的长度短。它可以包括朝向套筒部的前部的开口端和闭合端部，从而它基本封闭套筒部的前端。因为它可以重量轻，足够薄但具有足够的刚度以促进滑动动作。在另一个实施例中，接触特征件可以包括附接到环的膜。环可以在套筒部内自由滑动，并且如果存在的话，膜可以基本上封闭壳体或套筒部的开口。自由移动或滑动接触特征件的移动距离可以变化并且在一些情况下可以具有预定距离。在一些示例中，例如对于环形接触特征件，在套筒部内可存在移动停止件，诸如小脊、止挡或其它障碍物，以限制接触特征件在套筒部内的移动。

根据一个实施例，套筒部可以包括朝向其前端的对象接触部，用于接触正在测量的对象的表面。在该实施例中，接触特征件的滑动能力可以不包括关于距离的任何限制并且可以在套筒部内自由地滑动。在该实施例中，套筒部包括朝向其前端的对象接触部，用于接触正在测量的对象的表面。

根据另一个实施例，套筒部可以不包括用于在测量期间接触对象表面的对象接触部。在该实施例中，接触特征件的滑动距离可以是预定的，使得接触特征件的前端可以比套筒部更突出。接触特征件可以是在测量期间提供接触的组件。

根据另一实施例，套管包括朝向其前端的对象接触部，用于接触经受测量的对象的表面，以及基本上平行于套管部的纵向轴线延伸的翼片，使得当套筒部的对象接触表面接触经历测量的对象的表面的至少一部分时，翼片可以搁置在对象的不同的部分或表面上，并且基本上垂直于对象的与套筒接触的表面。

根据又一实施例，套筒部包括基本上平行于套筒部的纵向轴线延伸的翼片，使得当接触特征件的对象接触表面接触进行测量的对象的表面的至少一部分时，翼片可以搁置在对象的不同的部分或表面上，并且基本上垂直于对象的与接触特征件相接触的表面。

根据又一个实施例，套筒部可以包括翼片和部件，例如基本正交于位于适于面对对象表面一侧上的翼片表面的脊、突起或其它部件。例如，对于牙齿，该部件可以嵌套在相邻牙齿或其它正交表面之间，并且由此可以协助防止翼片在对象表面的任何基本横向的运动和/或进一步协助可重复性。翼片可以取决于对象顶部分的长度或宽度而具有足够的长度或宽度，使得脊或突起可以在操作期间被正确布置。在极少数情况下，翼片可能会干扰稳定的读数，可以使用扁平的一次性组件将套筒部重新放置在要测试的对象的下部，好比在某些用于植入物夹具的压模的植入物转移基牙的情况。

在一些实施例中，套筒部可以包括翼片，该翼片基本上平行于套筒部的纵向轴线延伸并且包括至少一个构造(例如凹槽、通道、切口、凹口等)，使得当接触特征件的对象接触表面与进行测量的对象的表面的至少一部分接触时，翼片可以搁置在对象的一部分或表面上并且至少部分地符合于使用所述至少一种构造的对象的表面的突起、隆起或其它凸起部分。

在一个实施例中，除了具有可以摩擦配合、配合卡口结构、榫舌和凹槽类型结构、搭扣配合、夹子、相互嵌合销和针孔结构、闩锁和其它将结构互连到壳体或壳体内的部件的至少一部分上的安装部件或耦接部件的一次性组件，附加特征可以包括在该设备中使得如果之前已经使用附接的一次性组件，则设备的激活机构不会被触发。

在另一个实施例中，除了一次性组件具有可以摩擦配合、配合卡口结构、榫舌和凹槽类型结构、卡扣配合、夹子、插接销和针孔结构、闩锁和其它将结构互连到壳体或壳体内的部件的一部分上的安装部件或耦接部件，安装部件可以包括允许一次性组件与壳体或壳体内部的部件形成预定数量的连接的部件。

本发明涉及用于以非破坏性和非侵入性方式测量结构特征的又一系统和方法，并且可以包括一种能够通过以下方式进行操作的设备：将所述设备保持为与水平成不同的角度，并且将能量施加过程调节为在测量期间模仿大致水平位置。该系统可以包括驱动机构，该驱动机构可以改变能量施加工具的行进距离，同时保持能量施加工具对对象的初始撞击速度。例如，当能量施加工具包括敲击工具时，该距离可以在约2mm至约4mm的范围内变化。能量施加工具的行进距离的减小例如从大约4mm到大约2mm，同时在撞击或接触时保持相同的初始速度，可以实现更快的测量而不会损害系统的操作。该系统可以包括或可以不包括上文或下文说明的各种示例性实施例。例如，该系统可以具有或可以不具有用于辅助可重新定位性以及/或者减轻由于上文或下文提及的特征的影响的一次性部件和/或特征。

对于以上刚提及的发明和本文以上描述的设备的其它所有实施例，具有或不具有任何一次性特征件的设备(例如，敲击器械)还可以包括从外壳或套筒部的开口端延伸的翼片，使得上述套筒部的对象接触表面或接触特征件接触正在进行测量的对象的表面的至少一部分，该翼片可搁置在对象的不同的部分或表面上，并且基本上垂直于对象的与套筒或接触特征件接触的表面，如上所述。翼片和套筒或接触特征件一起协助设备相对于对象的可重复定位。另外，翼片可以适于每次重复放置在对象表面上的基本相同的位置处。

对于在此描述的所有实施例，该部件可以具有任何形状和尺寸。在一个方面，例如，如果对象是牙齿，则该部件可以是短的并且具有足够小的厚度，以使其可以配合在相邻的牙齿之间。另一方面，例如，如果对象是牙齿，则该部件可以是短的并且成形为适合于相邻牙齿的顶部之间。在又一方面，例如，如果对象是牙齿，并且部件搁置后表面上，则其可以具有覆盖后表面的主要部分的尺寸。

翼片和/或翼片与部件不仅用来协助器械在诸如上述的牙齿或机械或工业结构、复合结构和类似结构之类的对象上的可重复定位，翼片和/或翼片与部件还可用来帮助将诸如上述的牙齿或机械或工业结构、复合结构和类似结构之类的对象保持免于在除平行于能量施加或撞击方向以外的方向上动。这有助于最小化对象和/或该对象所锚定到的基底的任何非必要的扰动和/或可能在测试期间由于这些其它扰动而产生的复杂化，从而进一步提高检测的灵敏度和/或精确性。无论套筒部具有对象接触部还是接触特征提供与对象的接触，翼片或翼片和/或部件都是可应用的。

套筒的不具有从中突出的翼片的端部可以是平坦或基本平坦的，而翼片与对象顶部接触的部分也可以是平坦或基本平坦的。翼片可以沿基本平行的方向从套筒的端部伸出。在一个方面，翼片可以在从套筒端部突出之前在一段距离上与套筒一体化，从而在从套筒突出后基本保持套筒的横截面轮廓。在另一方面，翼片也可从套筒的顶部分或底部分中均匀地突出，但是在从套筒突出之后具有与套筒的横截面轮廓不同的横截面轮廓。在极少数情况下，翼片可能根本不会突出以允许在对象的较低位置进行测试。

在本发明的一个实施例中，翼片可以具有接触表面，所述接触表面基本反映(mirror)其在使用期间将接触的对象表面轮廓，以协助该设备直接在对象上的可再现定位。

在一个方面，翼片的突起部可以具有矩形横截面。在另一个方面，翼片的突起部可以具有略呈拱形的顶部分。在又一个方面，翼片的突起部可以符合与对象相接触的表面的轮廓。

在任一所述实施例中，翼片的角部是平滑或圆角的或基本平滑或圆角的，以避免对它们可以搁置在其上的对象的任何卡钩。

一般而言，本发明的设备可以在进行其中振动由向对象施加能量(例如像是敲击杆的碰撞)而产生的任何测量时为有用的。与不进行接触的传统设备不同，这样做的优点是该设备可以在弹击作用期间与对象保持接触。

套筒部和翼片、特征件和/或套筒、翼片和接触特征件可以由具有振动阻尼、声阻尼或振动衰减性的任何材料制成，而套筒可以具有使得行进通过套筒至手持件壳体上的任何振动能被实质上衰减的长度。在一个实施例中，套筒和壳体相邻于套筒的端部可以由相同的材料制成。在另一个实施例中，套筒与壳体附接套筒的端部可以由具有相似振动衰减属性的材料制成。在又一个实施例中，套筒与壳体附接套筒的端部可由不同材料制成。在再一个实施例中，套筒与壳体附接套筒的端部可由具有不同振动衰减属性的材料制成。在又一个实施例中，套筒可由带有位于其一个或多个表面上的振动衰减涂层的任何材料制成。在再一个实施例中，套筒、翼片和/或特征件可由具有相似的热膨胀属性的不同材料制成。

另外，套筒部、接触特征件和翼片、和/或套筒、翼片和组件可由可循环、可生物分解或可生物降解的材料制成，这在意味着一次使用后即丢弃的那些实施例中是特别有用的。

如上所述，能量施加工具在测量期间由驱动机构驱动。驱动机构可以是电磁机构，并且可以包括电磁线圈。驱动机构可以包括固定到能量施加工具例如敲击杆的后端的永磁体，并且电磁线圈可以轴向地位于该永磁体的后面。在一个实施例中，如果设备是手持件，则与壳体的后部以及任何供电线路一起，电磁线圈形成结构单元，该结构单元可以是一体操作的并且可以例如通过合适的可释放连接，例如螺丝式连接或插接式连接，连接到其余的设备。这种可释放的连接可能有助于清洁，修理等。在另一个实施例中，如果设备是手持件，则电磁线圈和壳体的后部和任何供电线路形成结构单元，该结构单元可以是一体操作的并且可以永久地连接到其余设备。能量施加工具(例如敲击杆)位于壳体的前部，并且敲击杆的安装机构可以包括无摩擦轴承。这些轴承可以包括一个或多个轴向开口，使得由壳体和敲击杆形成的相邻腔室彼此连通以用于空气交换。

在一个实施例中，敲击杆可以具有在其整个长度上的基本恒定的横截面构造，其中如上所述，永磁组件安装在远离于自由端部的一端。驱动机构的电磁线圈可以位于所述能量施加工具例如敲击杆的与永磁组件相同的端部的后面，从而导致壳体的相对较小的外径。在该实施例中，壳体的外径可以基本上仅由电磁线圈的直径、能量施加工具例如敲击杆的横截面、位于壳体内敲击杆安装机构、以及壳体的壁厚所限定。但是，工具的长度可以被设计为使得电磁线圈(其表示组件的最大质量)被定位以平衡该设备，例如手中的手持件，对设备后部的电池(如果存在的话)起平衡作用。

设备本身可被系缚至外部电源或由包括在壳体内的电源(例如，电池、电容器、换能器、太阳能电池、外部源和/或任意其它合适的源)供电。

在一个实施例中，在驱动机构或驱动机构的一部分(例如电子控制板部件)与例如敲击杆的能量施加工具之间的通信可以经由导电引脚或导电线路、能以围绕敲击杆的同心方式螺旋缠绕且具有弹簧的弹性属性的绝缘导线进行。这也可以容许关于线路管理的最小空间需求。同心缠绕杆的一股导线将压电传感器连接到控制电子器件。同心缠绕导线的一个目的是最小化由于杆的反复前后移动对导线的应力。在一些实施例中，由螺旋缠绕的导线形成的螺旋弹簧可以有助于避免或防止导线连接的环扣或扭曲。

在另一个实施例中，驱动机构与能量施加工具之间的通信可以经由任何合适的无线连接无线地传输。在一个示例中，诸如敲击杆的能量施加工具可以通过激励电磁线圈并且产生排斥敲击杆末端部中的磁体的磁场而被向前推动。通过反转施加到电磁线圈的电压的极性来缩回杆。当电磁线圈未通电时，磁铁还可以用来通过其对线圈的钢芯的磁吸引力将杆保持在其缩回位置。

在螺旋弹簧中，如果存在，可以包括具有两根双绞线或同轴线的绞合线。在其加载状态下，弹簧可以被压缩到使得其预应力的力与在例如敲击杆的能量施加工具从缩回位置向伸出位置的前向运动期间的摩擦力相对应且与该摩擦力相反的程度，或者在枢轴处从与壳体的纵向轴线基本平行的位置运动到与轴线成锐角的位置。弹簧的预应力路径由此可能远大于能量施加工具例如敲击杆的行程，使得弹簧力在敲击杆的整个行程上保持基本恒定。用于敲击杆的安装机构轴承在前向运动期间的任何非期望的摩擦力也可基本由该弹簧补偿。

在一个实施例中，壳体可以朝向由套筒部环绕的端部渐缩，使得所述设备可以在附接套筒时具有基本均匀的尺寸。在另一个实施例中，壳体可以具有基本均匀的尺寸，并且套筒可以将其所围绕的端部的尺寸扩展到一定的程度。在又一个实施例中，套筒本身可以具有朝向其自由端部的逆锥形以增大与对象接触的平坦面积。

通常，本设备在进行通过施加能量产生振动(例如敲击杆对对象的撞击)的测量方面是有用的。例如，可以生成时间对撞击响应分布图。评估系统可以包括数据分析器，该数据分析器被配置为评估时间对撞击响应分布图的形状。如上所述，时间对撞击响应分布图可以包括时间-能量、时间-应力、时间-力或加速度分布图。例如，评估可以包括在施加能量之后对从对象反射的能量最大值的数量进行计数。

通常，如本文定义的结构特性可以包括：振动阻尼容量、声阻尼容量；缺陷，包括在例如骨或形成所述对象的材料中的固有缺陷；裂纹、微裂纹、裂缝、微裂缝；胶合密封剂的损失；胶合剂失效；粘合剂失效；微渗漏；病变；腐烂；结构的整体完整性或结构的整体稳定性。对于诸如牙齿结构、天然牙齿、由于磨损或创伤而具有裂缝的天然牙齿、已经变为至少部分脓肿的天然牙齿、或者已经经历骨质增大程序的天然牙齿、人工牙科植入物结构、牙科结构、矫形结构或矫形植入物之类的解剖学对象，这种特性可能指示所述对象的健康状况、或者所述对象可锚定或附着的下层基底的健康状况。所述对象和/或所述下层基底的健康状况也可以与如下各项相关：密度或骨密度或骨整合水平；任何固有或其它缺陷；或裂纹、裂缝、微裂缝、微裂纹；胶合密封剂的损失；胶合剂失效；粘合剂失效；微渗漏；病变；或腐烂。对于例如聚合物复合结构，包括蜂窝结构或分层蜂窝或金属复合结构；飞机结构、汽车、船舶、桥梁、建筑物、工业结构包括但不限于发电设施、拱结构或其它相似的物理结构之类的一般对象；这种测量也可以相关于任意结构完整性，或结构稳定性，例如缺陷或裂纹，甚至极细的裂缝或微裂纹等等。

另外，牙齿或机械结构附着或锚固的任何根基的结构上的减小其耗散与撞击力相关联的机械能的能力并且因此减小例如牙齿的整体结构稳定性的改变可以通过把能量返回数据与理想的未损伤的样本的比较的估算检测到。另外，如上所述，本发明也有助于检测缺陷、裂纹、微裂纹、裂缝、微裂缝、泄漏、病变、胶合剂密封的损失的定位准确性；微渗漏；腐烂；胶合剂失效时的结构完整性；粘合剂失效；整体或结构稳定性。

如上所述，该设备可以连接到外部电源或由包括在设备壳体内部的电源供电。如果由设备壳体内的电源供电，则电源可能可充电或不可充电。如果可充电，可以使用充电基站。基站可以是分开的独立站，或者它可以是本发明系统的一部分。对于独立的充电站，任何现有的站都可能适用。充电机制可以是有线或无线的。对于这些充电站，大多数情况下只提供给设备充电的电流。对于可能是系统一部分的基站，可以提供的电流多于给设备充电的电流。

本发明还涉及一种基站，其可以是本发明的系统的一部分，并且可以通过USB电缆插入计算机，例如PC中。该连接可以提供PC和基站之间的数据传输，以及在设备对接时在充电过程中为设备充电的电流。这样，基站也可以用作与设备中的无线收发器进行通信的PC的无线收发器。

可能希望每个设备都伴随有其自己的充电基站。这可以避免在多设备环境中错误的设备与错误的基站进行通信的可能性。这在任何测试设置中都很重要，例如，牙科诊所。

在对对象执行测量之前准备系统期间，设备停靠在充电基站中以将该设备与该基站配对作为使用协议的一部分，例如在牙科诊所开始患者测试过程前。使用协议可以由软件控制。

对于其中设备可配备有上述一次性特征件或组件的实施例，通常在将设备放置在充电基座中之前从设备移除一次性部分。在其它实施例中，一次性部分可物理地容纳在设备和基站之间的接口中。

本发明还涉及医疗保健场景中的不可重复使用且一次性的组件或特征件。如上所述，一次性特征件或组件用于帮助消除或最小化通过从系统转移对进行测量的对象的污染或来自先前的进行测量的对象的交叉污染，而不必在移动到不同的测试对象之前执行去污染处理。为了确保一次使用的这些特征件或组件不被重新使用，一次性特征件或组件可以被编程为一次性使用。在一个实施例中，可以使用计算机芯片。芯片可以存在于位于一次性特征件或组件上的PCB上，例如在一次性组件的背面，可以用于确保一旦使用，它不能或不被重新使用，使得任何不需要的材料可能不会从一个病人转移到另一个病人。当一次性特征件或组件连接到设备时，组件或特征件中的芯片由设备用挑战进行询问并响应系统询问以确保真实性。一旦通过验证，它就会永久标记为“已使用”。如果使用过的组件或功能件再次放置在设备上，无论是同一设备还是不同设备，挑战和响应都将失败，设备将无法按预期运行。在另一个实施例中，还可以使用超时功能来防止在一定时间的耦合时间之后重复使用一次性组件或特征件。在另一个实施例中，芯片以及超时功能可以用于进一步的保险。在又一个实施例中，一次性特征件或组件的附接机构可以包括一旦从设备上移除就会被折断或翘曲以使其不再可附接至设备的部件。

为了进一步便于系统的使用，可以提供经受测量的对象的更好的照明，例如可以使用光导管或其它照明，其可以用于实现对对象的更好的照明并且增强用户的视觉。在一些实施例中，光导管还可以用于帮助各部件之间(诸如手持件和一次性特征件之间)的连接。

尽管一次性特征件如此命名，但是如果需要的话，它可以是一次性的，或者也可以是可重复使用的。因此，该特征件可以使用热或化学物质进行高温高压灭菌或消毒。在一次性或可重复使用的实施例中，可以提供各种可移除的连接。例如，一次性特征件可以通过任何适当的连接形式进行连接，例如，任何螺纹连接、摩擦配合、配合卡口形式、舌和凹槽型形式、搭扣配合、夹式、互连销和针孔形式、闩锁和其它互连结构。

如前所述，该系统可适用于测试解剖和机械上的各种对象。对于解剖对象，例如牙齿，天然或修复的、假牙植入物结构、牙齿结构或整形外科植入物，通常在对象静止时进行测量或测试，除非牙齿或牙齿结构松动并且可能会出现些许轻微移动。对于机械对象，其可以包括但不限于聚合物复合结构，包括蜂窝或层状蜂窝或金属复合结构；飞机结构，汽车，轮船，桥梁，隧道，火车，建筑物，工业结构，包括但不限于发电设施、拱形结构或其它类似的物理结构，也可以对静止对象或移动中的移动对象进行测试。因此，机械对象在静止或移动时也可能要经受测试，这可以提供在实际工作条件下对对象的特别的了解。对于移动对象，例如火车，可以在许多不同的位置执行测试。可以使用一个能量施加工具在对象上的多个点上执行此操作，以获得对象总体的平均状况，或者使用多个独立的工具或设备在同一点上执行此操作以获取在同一地点的平均结果。为了使用多个能量施加工具在同一地点执行测量，可以将设备或工具定位为例如沿移动对象的路径连续一段距离，例如，撞击对象的敲击杆的阵列，以及通过控制工具或装置之间的间隔，人们可以能够使移动对象(例如火车)的速度与在对象的同一点上施加能量的间隔相匹配，以获取该点的平均值。在该示例中，可以在实际操作条件下执行测量。在一个实施例中，设备阵列可以是线阵列，垂直或水平阵列，或曲线阵列。在另一方面，该阵列可以布置成平面或曲线的二维阵列。

在对象较大的实施例中，在对象的不同位置处的测量，例如，在对象的多个部分处撞击，可以实现更好地评估作为对象的更佳代表的结构特性。

本发明还提供了如下附加能力：与水平或垂直成各种角度地进行操作，以及在测量过程中调节能量施加过程以模仿大致水平或垂直位置。这可以进一步辅助生成正在测量的对象的真实状态的更完整的图景。例如，如上所述，尽管常规的测试对象的方法可能更容易被大的表面缺陷所阻碍，由于这可能掩盖表面以下的其它缺陷或表面上或表面附近的其它斑点，但是本发明的在任意角度进行操作的能力可以减轻这种困难，例如，当在一个角度进行操作时由于压倒较小缺陷的大缺陷而造成的阻碍的危险当在其它角度进行操作时则可以被最小化。

此外，如上所述，一次性特征件也可以存在于任何接触式或非接触式能量施加工具中，当该工具在牙科应用中仍可能存在于患者口腔内，或者处于有污染或交叉的情况下，以使污染最小化。

通常，能量施加工具可以是任意形式或形状，并且是用于施加不同类型的能量的任意类型。例如，为了在牙科环境中进行测试，工具的形式或形状可以是小于针对飞机部件的尺寸。如上所述，施加的能量的类型也可以变化，例如可以是机械能、电磁能、超声或声能。在任何类型的能量源中，都希望使能量的量最小化以产生好结果，因为较高的能量可能会损坏对象，因此并不优选。

在一些实施例中，本发明还可包括能量施加工具的接触部或尖端的变化的形状，其构造为更好地切合于待测量对象的表面，无论在撞击过程中是否存在物理接触。例如，工具的敲击或冲击表面可以具有不同的形状，例如，它可以是平坦的、弯曲的或类似待测量表面的形状。

在一个实施例中，本发明可以包括多个能量施加工具的套件，该多个能量施加工具具有用于接触能量施加工具的部分或表面的不同尺寸和形状，适于测量具有变化的形貌的对象的较大区域。

在另一个实施例中，本发明可以提供一种套件，其具有能量施加工具和对于能量施加工具的多个可互换的冲击部分，其具有不同的接触部尺寸和形状，以更好地适合于各种类型的对象的样本。

在又一个实施例中，本发明可以包括具有能量施加工具的阵列或排列的设备。在一方面，工具阵列可以以垂直或水平直线来布置。在另一方面，该阵列也可以是弯曲的。在又一方面，该阵列可以是平面或弯曲的二维阵列。

该设备和/或该设备的一部分还可以在其上涂覆抗微生物涂层，该涂层能够消除、防止、阻碍或最小化微生物的生长，从而最小化高温高压灭菌工艺或刺激性化学物质的使用，并且可以增加可用作制造此类工具或器械的基材的材料的种类和数量。

本发明还包括一种用于测量对象的结构特征的系统，该系统具有带壳体的设备，该壳体具有中空的内部、纵轴和开口前部；能量施加工具，安装于所述壳体内部，用于向所述对象施加能量，所述能量施加工具具有搁置位置和激活位置，并通过壳体的所述开放前部施加能量以撞击所述待测对象；驱动机构，被支撑于所述壳体内部并耦合到能量施加工具，所述驱动机构适于不论设备的纵轴处于基本上水平的位置还是与水平位置成最大小于约+/-45度的角度，都重复施加能量以以基本相同的力来撞击对象，驱动机构具有传感或测量系统；以及与该设备耦合的计算机，用于控制能量施加工具并用于分析该设备收集的任何数据。该系统可以针对时间间隔测量撞击响应到撞击响应对时间分布图。在一个实施例中，撞击响应包括能量施加工具的位移。在另一个实施例中，撞击响应包括由于施加能量而从对象反射的能量。

用于生成分布图的系统的实施例可以包括所有上述实施例。对产生的分布图的分析表明，正常牙齿的分布图与受损牙齿的分布图不同，并且不同的受损牙齿的分布图也代表不同种类的缺陷、不同的缺陷位置、缺陷部位的数量及其组合。

本发明还涉及一种用于以非侵入性和/或非破坏性方式测量对象的结构特征的系统和方法。测试结果可以来自可能相关或不相关的不同对象。出乎意料的是，测试结果不仅可以用于预测仅与被测试对象相关的对象的结果，而且在进行分析和编译时，累积的测量结果还可以生成模型，该模型可以用于用一个简单测试来快速预测视觉上或射线照片上无法辨别的无关对象中存在的问题的种类。该模型可以用于辅助确定适当的校正措施，以监视并且/或者恢复对象到大致无问题阶段。

根据以下对本发明的方面，实施例和示例的详细描述以及如附图所示，可以最好地理解本发明以及上述和其它优点。以下描述虽然指示了本发明的各个方面，实施例和示例及其众多具体细节，但是以举例说明而非限制的方式给出。可以在本发明的范围内进行许多替换、修改、添加或重排，并且本发明包括所有这些替换、修改、添加或重排。

附图说明

图1示出了本发明实施例中的设备的框图；

图1a和1b示出了本发明的实施例中的具有套筒部的手持件的透视图；

图1c示出了没有套筒部的手持件的末端；

图1d示出了具有套筒部的手持件的分解图；

图1e示出了手持件的一部分的分解图，在没有示出套筒部的情况下示出了驱动机构、力传感器和压电感测线部分；

图1f示出具有基本上垂直的套筒部和枢转能量施加工具的设备的框图；

图1g示出了照明特征件的替代配置；

图1h和图1i示出枢转能量施加工具的运动；

图1j和图1k示出了垂直平移能量施加工具的运动；

图1l、图1m和图1n示出了能量施加工具的阵列的示例；

图2示出了具有翼片的套筒部；

图2a示出了具有安全特征件和附接特征件的套筒部；

图2b示出了沿着具有接触特征件的套筒部的长轴的透视横截面视图；

图2c示出没有翼片的套筒部；

图2d和2e示出具有可移动或可变形部分的套筒部的接触部；

图2f示出了具有翼片和扩大的接触表面的套筒部；

图2g示出了具有安全特征件、照明接口和附接特征件的套筒部；

图2h示出了沿着具有接触特征件和照明接口的套筒部的长轴的透视横截面视图；

图2i示出了带有翼片的套筒部的透视图，该翼片具有适形的形式；

图3示出套筒部与具有凸起部分的不规则表面的对象的接触；

图3a示出套筒部与具有凹部的不规则表面的对象的接触；

图4、图4a和图4b示出了从对象到力传感器的接触力的传递；

图5和图5a示出了用于手持件的基座单元；

图6示出了分层力传感器；

图7示出了操作手持件以放置并从对象进行测量的流程图。

图8、图8a和图8b分别示出了在测量对象时以水平、正倾角和负倾角定向的、套筒部带翼片的本发明的设备；

图8c、图8d和图8e分别示出了以水平、正倾角和负倾角定向的设备的适配器；

图8f、图8g和图8h分别示出了在测量对象时以水平、正倾角和负倾角定向的、套筒部不带翼片的本发明的设备；

图9示出了使用能量施加工具的阵列来测量运动对象；

图10示出了来自正常对象和受损对象的能量响应；

图10a示出了来自粘结良好和粘结较弱的复合材料的能量响应；

图11示出了具有套筒部和刚性连接的力传递部件的手持件的分解图；

图11a示出了具有套筒部和刚性连接的力传递部件的手持件的框图；

图11b示出了手持件的局部透视截面图；

图11c示出了壳体的一部分被去除时，具有刚性连接的力传递部件的手持件的内部的局部透视图；以及

图11d示出了在图11-图11c的手持件中刚性连接在一起的部件。

具体实施方式

下面阐述的详细描述旨在作为对根据本发明的多个方面提供的本发明的示例性系统、设备和方法的描述，而非旨在表示其中本发明可以被制备或利用的仅有形式。而且，应当理解的是，相同的或等同的功能和部件可以通过不同的实施例实现，这些实施例也旨在被涵盖在本发明的精神和范围内。

除非另外定义，本文所用的所有技术和科学术语具有如由本发明所属领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。尽管与本文所述的那些相似或等同的任何方法、设备和材料能够在本发明的实践或测试中使用，但现在描述示例性方法、设备和材料。

本文所提到的所有公布通过以用于描述和公开例如在这些公布中所描述的设计和方法的目的的引用而并入本文，这些设计和方法可以与本文描述的发明相结合地使用。以上列举或讨论的公布在下文且贯穿全文由于它们在本申请的提交日期之前的公开而被单独提供。本文的任意信息均不被解释为发明人对无权早于通过现有发明的这种公开的承认。

本发明涉及一种用于以非侵入性方式和/或使用非破坏性的测量方法来测量对象的结构特征的系统和方法。对象可以经受能量施加过程，并且该系统适于在能量施加过程之后提供对象的结构特征的客观、定量的测量结果。本发明的系统和方法能够以与水平不同的角度进行操作，并且能够在测量过程中调节能量施加过程以模仿大致水平的位置，从而例如增加操作的灵活性，以适于到达难以达到的对象，以产生更可重复的测量结果，并能够更好地检测对象中可能存在的任何异常情况。该系统和方法可以包括设备，例如敲击器械，该设备具有能够被可再现地放置为与经历这样的测量的对象接触以进行更可再现的测量的至少一部分，包括对于例如存在于空间受限和/或难以到达的位置的对象。如上所述，本发明的系统和方法是无损的方法。这适用于可能具有或不具有一次性部件和/或用于帮助重新定位的特征件的系统。如上所述，设备可以是包括计算机化硬件和器械软件的系统的一部分，其可以被编程为激活，输入和跟踪设备的动作和响应以确定对象的结构特性。该硬件可以包括计算机，用于控制该设备并用于分析收集的任何数据，例如能量施加工具(例如敲击杆)在与对象碰撞时的减速度。通常，设备和硬件可以通过有线连接，无线连接和/或组合进行通信。在激活时，能量施加工具(例如，敲击杆)以一定速度朝向对象延伸，并且敲击杆在与对象碰撞时的减速度可以通过安装在设备中的测量设备(例如压电力传感器)测量，并传输到系统的其余部分进行分析。在一个方面，敲击杆可以被编程为以基本相同的速度重复敲击对象，例如每秒或每分钟一定次数，并且减速度信息被记录或汇编以供系统分析。在一些实施例中，该对象可以每秒敲击4次。

通常，对象可以经受由设备例如手持件提供的能量施加过程，其中手持件形成能够动态地采集并分析来自对象的数据的计算机化系统的一部分。如上所述，使用本发明的系统和方法可以确定很多不同的结构特性，如上所述包括振动阻尼容量、声阻尼容量、机械和解剖学对象和它们可能锚定在其上的任意基座的结构完整性或结构稳定性。对于例如牙齿(天然的或修复的)、人工牙科植入物结构、牙科结构、或矫形植入物的解剖学对象，如本文定义的结构特性的示例可以包括振动阻尼容量、声阻尼容量、或结构稳定性，并且可以指示对象的健康状况。对象的健康状况也可以如上所述与密度或骨密度或骨整合水平；结构完整性，例如缺陷或裂纹相关。对于一般的对象，这种测量也可以如上所述而与其结构完整性例如缺陷或裂纹相关。对于物理结构，例如飞机、汽车、船舶、桥梁、建筑或其它相似的物理结构或适于协助这种结构的构造的阻尼材料，如本文定义的结构特性的示例可以包括振动阻尼容量、声阻尼容量、或者结构稳定性并且可以指示对象的结构完整性的健康状况。

本发明提供了上述以及下面对对象的结构特性的有效且可重复的测量。

本发明的器械可以用于这样的目的，并且可以用于预测施工之前的材料在例如解剖对象之外的适合性，以检测水泥密封的损失；水泥失效；粘合失败；微渗漏；施工后的腐烂等，如上所述。另外，本发明可用于区分构成结构或对象的材料中固有的缺陷以及由于创伤或磨损或重复负载而如上所述的裂缝或断裂。例如，植入物的骨或材料构造或物理结构中固有的缺陷可包括骨中的损伤，植入物构造或聚合物、聚合物复合材料或合金，任何类型的陶瓷或金属复合材料或合金中的类似缺陷。例如，在测量牙齿的阻尼特性时，无论是自然的还是修复的，牙科植入物结构，整形外科植入物结构以及利用阻尼特性的测量的各种其它应用，包括但不限于测试飞机结构，复合结构，工程材料或医疗植入物的牢固性，并且特别有利于难以进入或不能使用液体粘合剂的位置。也可以测量结构完整性，例如螺钉的松动，牙齿中的裂缝以及骨和骨空隙，脱粘的修复体和集成电路材料中的损坏。但是，上述列表并不是详尽无遗的。

在本发明的一个方面中，该系统可以包括容纳用于在对象上产生施加力的能量施加工具的器械，诸如通过物理冲击，冲击或重复敲击冲击，以及用于检测所得到的施加力的特征的传感机构，例如在冲击时能量施加工具的减速度，从冲击反向传播的能量，能量施加工具的物理变形和/或任何其它适当的特征或其组合。

在示例性实施例中，器械可以包括手持件100，手持件100具有容纳能量施加工具和感测机构的壳体102，如图1和图11a的框图以及图1d和图11的分解图所示。通常，手持件可以指手持设备，但是也可以包括但不限于用于期望的应用的任何其它适当的形式，诸如安装的设备或工具/机械/机器人铰接的设备。手持件100也可以在本文中可互换地称为例如设备或器械。在一些实施例中，如图所示，能量施加工具110可安装在壳体102内用于朝向对象的方向A轴向移动，并且这种轴向移动可通过驱动机构140完成。驱动机构140通常可以是线性电动机或致动器，诸如通过产生磁场以影响能量施加工具110的轴向位置，该磁场通过磁相互作用与能量施加工具110的至少一部分相互作用来控制能量施加工具110的轴向位置，速度和/或加速度。例如，至少部分地围绕能量施加设备110设置的电磁线圈可以被激励以将能量施加工具110朝着待测量的对象向前推进，如可以由缠绕物140b保持的电磁线圈140所示，如图1e的分解图所示。例如，电磁线圈也可以可替换地通电以向后推动能量施加工具110以准备后续冲击。其它元件例如回弹磁性元件也可以被包括，以便在经由电磁线圈推进之后辅助能量施加工具110的重新定位。然后可以使用如传感机构111的传感机构来测量能量施加工具110的力或能量，并且通常与如手持件100对对象的接触力之类的外力分开，该外力通常可以由诸如力传感器143之类的单独的传感器检测，以下将更详细地讨论。如电源146所示，器械的驱动机构140和/或其它部分通常可由电源供电，电源146可以是电池，电容器，太阳能电池，换能器，连接到外部电源和/或任何适当的组合。可以提供到电源的外部连接，为手持件100供电或为内部电源(例如电源146)充电，诸如图1中的电力接口147。如图1所示，其可以包括例如电源触头113a，如图1c和1d，用于直接传导充电，或者功率接口147可以利用无线充电，例如感应充电。

在一些其它实施例中，能量施加工具110可以被用于基本沿着可以垂直于或基本上垂直于壳体102的纵向轴线的方向A移动，如图1F中手持件100的方框图所示。如图所示，能量施加工具110例如可以是大致L形的以适应与驱动机构140的相互作用并且在方向A上突出，基本上垂直于壳体102的轴线。如示例中所示，驱动机构140可以作用于能量施加工具110以使其在枢轴110a上摇摆，使其尖端在方向A上移动。驱动机构140可以利用例如可以作用在能量施加工具110上的交变磁性元件，以使其在两个方向上交替地移动，例如上下移动。在另一个示例中，L形能量施加工具110的弯曲部分(例如以弯曲部110b示出)可以包括挠曲和/或可变形构造，使得由驱动机构140施加的线性力可以通过围绕弯曲部110b传送向前的运动来在尖端沿着方向A推动能量施加工具。例如，弯曲部110b可以包括编织的、分段的、类似弹簧的和/或以其它方式可弯曲的部分，其也可以围绕弯曲部传送运动和/或力。通常，L形能量施加工具110的形状通常可以包括除90度之外的其它角度，例如，在与后向部110d成大约+/-45度之间。在一些实施例中，能量施加工具110还可以包括多个可分离的部分，例如部分110c和110d，从而例如可以将部分110c移除并放置在使用者或患者之间，以便辅助防止交叉污染。通常，如下所述，可分离部分可以包括将它们耦合以用于测量的接口，以使得它们基本上充当单一的能量施加工具110。

在一些实施例中，如图1h和1i所示，L形能量施加工具110可以利用例如从驱动机构140施加的外力而在枢轴110a上摇摆。例如，如图1h所示，驱动机构140可以向能量施加工具110施加交变力以使其围绕枢轴110a摆动，例如利用从部分140d施加的力D施加到后向部110d，从而致使沿方向A’远离目标对象摆动，或者如图1i所示，利用从部分140c施加的力E施加到后向部110d，从而致使沿方向A”朝向目标对象摆动，使得能量施加工具110在方向A上被驱动。力D和E可以通过任何适当的方法来施加，例如通过在能量施加工具110上施加磁力，该能量施加工具110可以包含可以响应于来自驱动机构140的力的施加的磁性或金属元素。通常，可以设计摇摆运动A'和A”的形状和弧度，使得能量施加工具110沿基本垂直于目标对象表面的方向撞击目标对象，如图1i所示，摆动A’围绕弯曲110b沿弯曲部分110c的大致垂直方向。如图1h所示，为了重置设备100以进行后续测量，部分140d可以施加返回力D，使摆动A’将能量施加工具110返回到撤回或搁置状态。通常，设备100的内部可适于允许摇摆运动A’和A”而不会干扰能量施加工具110。

在一些实施例中，如图1k和图1l所示，L形能量施加工具110可以利用从驱动机构140施加的外力来平移。例如，驱动机构140可以向能量施加工具110施加交变力，以使其在撤回或搁置状态之间平移，如图1l所示，例如利用从部分140c施加至后向部110d的力E来拉动能量施加工具110远离目标对象，或者如图1k所示，利用从部分140d施加的力D施加到后向部110d以使得朝向目标对象平移，从而能量施加工具110在方向A上被驱动。力D和E可以通过任何适当的方法来施加，例如通过在能量施加工具110上施加磁力，该能量施加工具110可以包含可以响应于来自驱动机构140的力的施加的磁性或金属元素。通常，能量施加工具110可以被引导或约束，使得其基本上仅在期望的方向上运动，例如利用导销、导轨、通道或任何其它适当的特征。为了重置设备100以进行后续测量，部分140c可以施加返回力E，如图1l所示，使能量施加工具110返回到撤回或搁置状态。

在一些示例性实施例中，能量施加工具110通常可以包括敲击杆或撞击杆，如图1、1d、1e和1l所示，具有线性棒状能量施加工具110。通常，能量施加工具110的各个部分可被设计用于将期望量的能量例如通过冲击输送到对象和/或用于携带返回能量进行测量。能量施加工具110可进一步被设计成例如通过包括金属的，磁性的(例如铁磁的)，导电的和/或其它期望的部分或部件(诸如可由磁场和力操纵的部分或部件)来与驱动机构140相互作用。能量施加工具110还可以设计为例如减小其总体质量或密度，例如用于由驱动机构140更容易地推进和/或用于控制对对象的冲击力。

为了辅助能量施加工具110的移动，例如敲击或冲击杆，可以使用支撑件或轴承，使得能量施加工具110可以自由滑入，但是被限制而不能移动离开轴线，如同用图1d、1e和1l中的滑动保持器112b示出。

通常，能量施加工具110对经受测量的对象产生的冲击力可以根据能量施加工具110的质量、从初始位置接触对象而行进的距离以及设备100的倾斜角度或能量施加工具110相对于水平的角度而变化。

在一些示例中，针对能量施加工具110的给定质量和其它相等因素，相比于如图8和图8f中所示的设备100(分别在套筒部120上具有翼片124和没有凸片124)在水平位置的冲击力，如图8b和图8h中的设备100(分别在套筒部120上具有翼片124和没有翼片124)所示，与水平成负向倾角时的冲击力可能更高，因为重力可以有助于冲击时的力。来自重力的力贡献的增加通常可以随着负向倾角度数而增加，直到装置100达到竖直方向并且能量施加工具110指向下方。在其它示例中，如图8a和图8g所示(分别在套筒部120上具有翼片124和没有凸片124)，具有设备100的正向倾角的冲击力可能较低，因为正角度的重力抵消冲击力，而不是贡献于冲击力。

通常，在利用能量施加工具110向对象施加能量时，可以使用1-15牛顿的等效力。由于冲击力的低端可能不是最佳的，因此通过例如对系统进行校准以获得最佳的作用在对象上的力的量，设备100通常可以被放置为在大致水平的位置与待测量对象接触以获得更好的结果。这在定位设备100的能力方面可能是相当限制性的。例如，一些正在测量的对象可能处于难以到达的位置，例如人嘴的部分，并且可能需要调整设备100的角度。因此，在某些情况下，可以使用较高的等效力，例如，可以对设备100使用10-50牛顿的力，以在将设备100定位在对象方面内建一些灵活性。即使在这样较高的冲击力范围内，如图8a和图8g所示，在低端，即当装置100相对于水平成正角倾斜放置时，可能低于产生最佳测量值所需的冲击力，而在高端，例如在图8b和图8b所示的位置，在一些情况下该力可能比期望值高得多。但是，在某些情形下(例如牙科环境)使用时，可能不希望使用以防需要将设备100与水平成一定角度放置的更大的力的内建能力。例如在牙科环境中，可能需要使用大约20-45牛顿范围的等效冲击力范围，针对例如人类牙齿或其它对象，如图8、图8a、图8b、图8f、图8g和图8h所示的牙齿90，以获得更好的结果并且具有一定的定位灵活性，并且这种力对于患者而言可能相当不舒服。

在本发明的示例性实施例中，该系统可以被用来以与水平成各种角度的角度在对象上施加基本相同的冲击力，如同设备100在水平地进行操作。因此，无论设备100是否在大约正负45度之间操作，再例如是否在大约正负30度之间操作，装置100都可以产生大约相同量的等效冲击力，例如大约20-30牛顿。

在一些实施例中，设备100可以采用一组不同的适配器或特征件来设置能量施加工具110与对象90之间的特定角度，使得例如能够实现高度可再现和/或一致的角度用于测量，以例如创建平均数据集。图8c、图8d和图8e示出了套筒部分120的不同实施例，该套筒部分120具有成角度的特征件以改变来自能量施加工具110的能量传送的角度，例如在图8c中近似垂直于对象90，在图8d中与对象90成正角(例如45度或更小)，或者如图8e中与对象90成负角(例如，-45度或更大)。当测量对象90时，例如套筒部分120的一组适配器或特征件可以被关断，例如以不同角度进行测量，以创建更完整的数据集或测量位置具有更大变化的数据集。

测斜仪可以存在于例如设备100上或设备100内，例如与能量施加工具110相连，当设备100紧贴对象并位于操作角度范围之外时，测斜仪可以触发声音警报，对于例如敲击杆，当它与水平成正负大约45度或更大，再例如为与水平成正负大约30度或更大时，它可以触发警告，此时的角度可能会实质性影响对象的测量结果。

在一个实施例中，如果设备100被定向成使得操作轴与水平位置大于约45度，更例如大于约30度，并且当在套筒部在对象上的对象接触部上感测到接触力时设备100被激活，则可能导致位于设备100上的扬声器(例如设备100内的印刷电路板(PCB)108)发出警告声，如图1d和图11d所示。在另一个实施例中，警告标志可以由光信号给出，该光信号可以是闪光灯或某种颜色的光，该光可以从光源发出，如光源114a或光穿过光导管114以传送到套筒部120而通过套筒部120，如图4所示。在这种情况下，如果设备100是敲击器械，则直到设备100返回到可接受的角度打击动作才会开始。在某些情况下，如果在检测到上述偏离范围时已经开始了打击乐动作，则设备100可以实际上不停止操作而只是发出警报，从而可以进行校正。

在一些实施例中，倾角仪可以包括加速度计，例如测量所有三个轴(X，Y和Z轴)上的重力的3轴设备、两轴设备或单轴设备。在本发明的一个实施例中，诸如手持件的设备100可以包括用于根据由倾角仪提供的输入来测量Y轴(即垂直)重力(G力)的值的软件。例如，如果Y轴的G力大于正负值(例如15度阈值)，则手持件可以发出可听见的噪声(例如蜂鸣声)或光信号(例如闪光灯)、或某种颜色的光。如果Y轴的G力大于30度阈值，则手持件可以发出更快的蜂鸣声，或者如果如闪光之类的光信号可以是闪烁更快的闪光。可以每100ms采样一次加速度计。可以是需要五个连续的有效读数(500毫秒)来触发阈值，从而发出蜂鸣声或闪光等。可以凭经验确定15度和30度阈值的阈值。

例如，对于本发明的不具有特征件的装置100，在操作期间，如果冲击力在与水平成15度的水平处为约26牛顿，则冲击力在水平位置为约32牛顿，并且在与水平方向成负15度角时，冲击力为约35牛顿。利用本发明，在所有上述角度处的所有冲击力可以为约25牛顿，或者为被编程为施加的任何最佳冲击力。这可以通过例如改变从驱动机构140到能量施加工具110的能量施加以适应冲击的角度来实现。来自驱动机构140(例如如图4所示的电磁线圈)的能量施加的变化的示例可以包括改变施加到线圈的功率(例如电压、电流或两者)、线圈驱动时间(线圈被通电或激活的时间长度)、线圈延迟时间(驱动活动之间的时间)、线圈通电次数(即施加的驱动脉冲数量)、线圈的极性和/或其组合。可以通过改变对于功率、驱动时间、驱动次数、线圈通电的极性和驱动延迟的固件设置来管理这种变化的功率、驱动时间、极性和延迟时间，以获得期望的结果。通常，改变提供给线圈的功率可以改变其产生的磁场的强度，其中较高的场通常向能量施加工具110施加更多的能量，而较低的场通常施加较少的能量。线圈驱动时间的改变通常可以影响能量施加工具110，较长的持续时间施加更多的总能量，而较短的持续时间施加更少的总能量。线圈延迟时间的改变通常可以改变能量施加工具110的加速度。以较高的驱动增加施加的能量总量以及以较低的驱动减少施加的能量总量可以影响到线圈通电(驱动)数量的改变。极性改变通常将沿相反的方向对能量施加工具110施加运动，因此相反极性的驱动可以使能量施加工具110减速。在不受任何特定理论约束的情况下，可以采用多种变形例来获得期望的结果，并且固件可以被设计为针对特定情况选择特定解决方案或选择最佳解决方案。

在一些实施例中，固件可以适于仅改变驱动机构的某些设置，例如驱动时间、驱动次数、极性和驱动延迟，而保持其它设置例如功率不变。这可能是优选的，因为某些设置可能难以调整，例如由于特定的电源(例如电池)而电源设置可能相对不可调整，其中电池通常只能以给定级别输出功率并且需要更广泛的组件或电路以实现可调整。

在其它实施例中，能量施加工具110可以包括其它形式的能量施加，例如电磁能量施加、声音或声能施加和/或可以产生可测量的返回信号的任何其它适当形式的能量施加。例如，可以例如通过声音换能器(例如超声换能器、扬声器或其它声学元件)来施加声能或声音能量。在一些实施例中，能量施加工具110还可以用作能量施加和返回信号感测这两者，例如利用超声换能器。

在一些实施例中，手持件或设备100可以采用多个能量施加工具110，例如以阵列的形式。图1l、图1m和图1n示出了能量施加工具110的阵列170的示例，例如图1l中的直线阵列、图1m中的弯曲或弧形阵列以及图1n中的贴合表面阵列。能量施加工具阵列110可用于询问较大的面积或体积以进行测量，或者可用于从多个位置或角度询问面积。在一些实施例中，阵列也可以以时间上受控的方式用于执行相控阵测量。例如，能量施加工具110的阵列可以在不同的时间被触发以产生相控效应，例如通过利用超声波的相长干涉图案将能量引导到特定位置而不用移动能量施加工具110。在对象很大的实施例中，在对象的不同位置处进行测量，例如，在对象的多个部分进行撞击可以实现更好地评估作为对象的更好表征的结构特性。

在示例性实施例中，手持件100还可以容纳感测机构111，用于检测来自能量施加工具110与对象的撞击的影响的特征。通常，感测机构111可物理地耦合到，功能性地耦合到或以其它方式与能量施加工具110接触，使得其可检测冲击的特性。在一些实施例中，感测机构111可以包括压电感测元件，该压电感测元件通常可以产生电信号或者响应于机械能而变化，诸如压电感测元件上的压力的变化，可以用于分析对象。例如，压电线可以被装载到能量施加工具110中，如图1e所示的感测机构111被插入。感测机构111还可以包括其它形式的感测元件，例如线性可变差动变压器(其可以感测能量施加工具110的位置，这是由于能量施加工具110的定位引起的变压器中的电压变化，其可以是金属的或以其它方式影响变压器中的感应)，加速度计，电阻式压力传感器，应变计，和/或任何其它适当类型的传感器或传感器组合。通常，可以确定感测机构111或其部分的位置以用于期望特性的最佳感测。例如，压电感测元件通常可以尽可能靠近碰撞点放置，例如靠近撞击对象的尖端，从而可以检测到能量施加工具110的更大量的物理变形。感测机构111可以适于测量在操作期间与对象碰撞时的能量施加工具110的减速度或者由碰撞引起的任何振动。感测机构111可以检测对象的属性的变化并且可以客观地量化其内部特征。由感测机构111传输的数据可以由系统程序处理，以下将进一步讨论。感测机构111可以被布置在能量施加工具110的任何适当的部分中或附近，例如靠近与对象接触的端部，如图1、1f、1h-1k所示。感测机构111还可以位于更靠后的位置，诸如在能量施加工具110的弯曲110b附近或紧接于其后，其中在弯曲部110c过渡到L形能量施加工具110中的后向部110d，如图1f、1h-1k所示。感测机构111通常也可以是与图1、1d、1e、1f、1h、1i、1j、1k、4a、4b、11、11a、11b和11c的力传感器143独立的传感器，可用于检测手持件100对对象的接触力，而不是检测在能量施加工具110上的力。力传感器143可以包括任何用于测量用户将手持件100接触对象而施加的力的合适的传感器，例如压电传感器、力感测电阻器(例如分流模式FSR)、(例如安装在响应于施加力而弯曲的悬臂上的)一个或多个应变计、线性位置传感器(例如，光学位置传感器、磁场或其它能够检测挤压在弹簧的组件或线性位置变化对应于所施加的力的其它元件上的位置变化的传感器中)、和/或任何其它合适类型的力传感器。

在一些实施例中，在驱动机构140与例如能量施加工具110、感测机构111或电子组件144的驱动机构之间的通信可以经由导电引脚或导电线路、能以围绕敲击杆的同心方式螺旋缠绕且具有弹簧的弹性属性的绝缘导线进行。这也可以容许关于线路管理的最小空间需求。例如，同心地缠绕能量施加工具110的一股导线可以被用于相对于感测机构111携带信号。同心缠绕导线的一个目的是最小化由于能量施加工具110的反复前后移动对导线的应力。在一些实施例中，可以由螺旋缠绕的导线形成的螺旋弹簧可以有助于避免或防止导线连接的环扣或扭曲。

在另一个实施例中，驱动机构140和能量施加工具110之间的通信可以经由任何合适的无线连接无线地传输。在一个示例中，能量施加工具110(例如敲击杆)可以通过激励电磁线圈并且产生排斥能量施加工具(例如敲击杆)的末端中的磁体的磁场而向前推进。通过反转施加到电磁线圈的电压的极性来缩回杆。当电磁线圈未通电时，磁铁还可以用来通过其磁吸引至线圈的钢芯将杆保持在其缩回位置。

如果存在，螺旋弹簧可以包括具有两根双绞线或同轴线的绞合线。在其加载状态下，弹簧可以被压缩到使得其预应力的力与在例如敲击杆的能量施加工具从缩回位置向伸出位置的前向运动期间的摩擦力相对应且与该摩擦力相反的程度，或者在枢轴处从与壳体的纵向轴线基本平行的位置运动到与轴线成锐角的位置。弹簧的预应力路径由此可能远大于能量施加工具例如敲击杆的行程，使得弹簧力在敲击杆的整个行程上保持基本恒定。用于敲击杆的安装机构轴承在前向运动期间的任何非期望的摩擦力也可基本由该弹簧补偿。

手持件100可以包括例如在电子组件144中的特征，其可以大体上控制驱动机构140并且还可以存储，处理和/或传输来自感测机构111的数据。电子组件144可以包括，例如，有线或无线传输特征，以将数据中继到计算机或其它设备进行分析或查看。在一些实施例中，电子组件144可以例如经由图1c中的电子触点113与外部设备连接，以便传输数据。

如图1d和1e所示，感测机构111可以以有线的方式连接到电子组件，例如通过在导管111a中携带的有线连接，其可以是柔性的，例如以适应能量施加工具110的移动。导管111a还可以为来自手持件100中的移动部件(诸如能量施加工具110)的有线连接提供保护。

如上所述，手持件100可以被连接到外部电源或由包括在壳体102内的电源例如电源146供电。如果由壳体102内部的电源供电，电源146可以是或可以不是可再充电的。如果可充电，可以使用充电基站。

图5和图5a示出了包含用于接纳手持件100的手持件插座202的基站200。基站200可以是单独的独立站，或者它可以是本发明的系统的一部分。对于独立的充电站，任何现有的电台都可能适用。充电机制可以是有线或无线的。对于这些充电基站，可以仅提供给设备充电的电流。对于可能是系统一部分的基站，可以提供的电流多于给设备充电的电流。

本发明还涉及一种基站，其可以是本发明的系统的一部分，并且可以通过USB电缆插入计算机，例如PC中。该连接可以提供PC和基站之间的数据传输，以及在设备对接时提供在充电过程中为设备充电的电流。这样，基站也可以用作与设备中的无线收发器进行通信的PC的无线收发器。

图5示出了具有基站电子触点206的基站200的示例，基站电子触点206可以通过手持件100上的相应触点(例如电子触点113)接触和传输数据。基站200可以进一步向手持件提供充电，例如通过基站电源触点208，其可以通过与手持件100上的相应特征(例如电源触头113a)接触而充电。

可能希望每个设备都伴随有其自己的充电基站。这可以避免在多设备环境中错误的设备与错误的基站进行通信的可能性。这在任何测试设置中都很重要，例如，牙科诊所。例如，每个手持件100可以具有伴随的基站200。

在对对象执行测量之前准备系统期间，手持件100可以对接在基站200中以将该设备与该基站200配对作为使用协议的一部分，例如在牙科诊所开始患者测试过程前。使用协议可以由软件控制。配对还可以通过将基站200和手持件100置于配对模式中来完成，诸如经由控制器204和/或编程按钮144a，如图1d，5和5a所示。

对于其中设备可配备有上述一次性特征件或组件的实施例，例如套筒120，一次性部分通常在将设备放置在基站200中之前从设备移除。在其它实施例中，一次性部分可以物理地容纳在设备和基站200之间的接口中。

在一些示例性实施例中，手持件100可以包括具有带开口端的中空内部的壳体，如图1a，1b和1c所示，其中壳体102具有带有孔102c的应用器端102a和远端102b。通常，能量施加工具110或其至少一部分可从壳体102中的开口露出，如图1c所示带有孔102c。如图所示，壳体102还可以包括手持特征件，诸如抓握特征件103。壳体102还可以包括其它特征件，例如用于访问内部的部分，诸如电池访问盖104。

壳体102可以包括多个部分或部件，例如图1d所示，具有上部和下部壳体半壳102d，102e，前向端盖105和基部端盖106。通常，手持件100的部件可以布置在壳体102内，例如与能量施加工具110基本轴向布置，形成结构的大致中心，其它组件同心排列。

前向端盖105可以包括用于使设备的各部分露出的孔，例如孔102c以允许能量施加工具110和/或其相关联的部件露出。

在本发明的另一方面，该系统可以包括用于帮助能量施加工具110相对于待测量对象的稳定，一致和/或可再现定位的特征，其也可以减少交叉污染或其它消毒问题的方式进行。

在一些示例性实施例中，可以包括如上文和/或下文所讨论的套筒部，其可以存在或定位在能量施加工具110的接触和/或撞击对象的部分附近，并且与手持件100和上面讨论的相关部件一起使用。图1、1a、1b、1d和1l示出了设置在壳体102的应用器端部102a附近的套筒120。在一些实施例中，套管部例如套筒120可以与手持件100成一体或者以永久或半永久的方式安装到手持件100，例如用于多种用途。套筒部也可以是可移除和/或一次性的部件，例如在不同的患者和/或程序之间可以被替换以帮助减少交叉污染或其它消毒问题，例如系统的接触病人的部分需要消毒/杀菌。

图2、2a、2b和2c示出了套筒120的实施例，它们是与手持件100的其余部分是可分离的部件。套筒120通常可以通过任何适当的连接形式连接到手持件100或其一部分，例如，任何螺纹连接，摩擦配合，配合卡口结构，榫槽类型结构，搭扣配合，夹子，相互嵌合销和针孔结构，闩锁和其它互连结构。上面提到的任何连接都是安全且可释放的。例如，互连组件可以设置在手柄壳体(例如手持设备)的端部，在该端部发生连接，该互连组件可以被配置为可释放地连接手柄和套筒部分。图1b和图2a示出了套筒120上的夹子125，其可以夹在手持件100的一部分上，例如图1c、1d和1l中的套筒安装件112a。在本发明的一个实施例中，诸如套筒120的套筒部可以是医疗设施中不可重复使用且一次性组件或特征件，例如牙科诊所或类似物。如上所述，一次性特征件或组件用于帮助消除或最小化通过从系统转移的对进行测量的对象的污染或来自先前进行测量的对象的交叉污染，而不必在移动到不同的测试对象之前执行去污染处理。为了确保一次使用的这些特征件或组件不被重新使用，一次性特征件或组件可以被编程为一次性使用。在一些实施例中，可以使用计算机芯片。芯片可以存在于位于一次性特征件或组件上的PCB上，例如在一次性组件的背面，可以用于确保一旦使用，它不能或不被重新使用，使得任何不需要的材料不会从一个病人转移到另一个病人。图1和图2a示出了耦接到套筒120的设备，该设备可用于例如经由电子接口142与手持件100的电子器件连接，电子接口142可利用诸如图1c中的电子触点113之类的触针，或其它形式的电子接口，诸如射频ID(RFID)，近场通信(NFC)，蓝牙，和/或任何其它适当形式的接口。

电子接口142可以包括PCB，例如图1d和1l中所示的套管安装PCB 108及其保持器107。如果使用的话，电子触点113可以通过前向端盖105中的孔从壳体102中露出。，可以例如通过有线连接从电子组件144传送信号和/或功率，如图1l所示利用连接线108a。

当一次性特征件或组件耦合到设备时，组件或特征件中的芯片由设备用挑战和响应系统询问以确保真实性。一旦通过验证，它就会永久标记为“已使用”。如果使用过的组件或功能特征件再次放置在设备上，无论是同一设备还是不同设备，挑战和响应都将失败，设备将无法按预期运行。在另一个实施例中，还可以使用超时功能来防止在一定时间的耦合时间之后重复使用一次性组件或特征件。在另一个实施例中，芯片以及超时功能可以用于进一步的保险。在又一个实施例中，一次性特征件或组件的附接机构可以包括一旦从设备上移除就会被折断或翘曲以使其不再可附接至设备的部件。例如，图2a中的夹子125可以适于在套筒120被移除时折断。

根据另一个实施例，诸如套筒120的套筒部可以是医疗保健设施中的有限的可重复使用和一次性组件或特征件，例如牙科诊所或类似地方。例如，即使在有限的次数内，一次性特征件或组件也可以是可高压高温灭菌的。

通常，在测量期间，套筒120可以从壳体102的应用器端部102a突出一段基本上与能量施加工具110的端部共同延伸的距离，并且至少可以延伸到如上所述的能量施加工具110的延伸或推进的状态。因此，套筒部120的长度可能某种程度上取决于延伸的能量施加工具110的突出长度。

在一些实施例中，如图1f所示，套筒部可附接到壳体102的端部或与壳体102的端部基本垂直，当操作时能量施加工具110例如敲击杆在枢轴110a处从基本上平行移动到与壳体102的轴线成锐角时。套筒部可以是大致圆柱形的。在进一步的实施例中，套筒可以是壳体的延伸并且具有基本上半圆柱形的形状以允许能量施加工具(例如，敲击杆)在敲击杆从基本上平行移动到在操作中与外壳的纵向轴线形成锐角时自由移动。使用该系统，可以在相对难以访问的位置处进行测量，例如在患者牙齿的臼齿区域中。

套筒120通常可以包括对象接触部123，对象接触部123可以用于搁置或压靠对象的表面，以便在测量期间稳定和/或帮助手持件100对对象的可重复定位。套筒部可以是具有中空内部的大致圆柱形和/或圆锥形状，如套筒中空部分128所示，其中基部部分127具有能量施加工具110可进入的开口126。对象接触部123通常可形成能量施加工具110可通过其接近对象的孔。孔的尺寸可以变化，以提供较大的平台以搁置在对象上，如图2f所示在对象接触部123中形成较小的孔，或者提供更大的孔，其可以容纳更多变化的对象表面，如图3和3a中的变化表面所示。

在一些实施例中，对象接触部123的孔可以进一步包括用于在外表面处接触对象并且在内表面上接触能量施加工具110的特征件(例如，接触特征件)，使得它可以防止能量施加工具110与对象之间的直接接触。这可能是期望的，以通过提供屏障来帮助防止任何污染物或其它消毒问题在对象和能量施加工具110之间移动。例如，这可以使能量施加工具110的重复使用成为可能，而不需要在例如不同患者之间对其进行清洁/杀菌/消毒。该特征件，例如图1-1b和2,2b和2c所示的接触特征件。通常，接触特征件121可以是柔性的，可变形的和/或以其它方式适于在测量期间以最小的干涉，衰减或其它不期望的影响相对于能量施加工具110和对象传递力。

在一些示例性实施例中，接触特征件121可以是与套管120的其余部分分离的部件，如图2b，2d和2e中的接触特征件121所示。例如，单独的接触特征件121可能是期望的，使得其可以至少半独立于套筒120的其余部分移动，如下面进一步讨论的。如图2b的横截面图所示，分离的接触特征件121可以可滑动地和/或以其它方式可平移地设置在套筒120中，其中接触管状部分121a可以例如以半摩擦配合搁置在套筒120中，使得其部分地保持但仍然可以移动。接触管状部分121a还可以包括可以与套筒120的对应特征件相互作用的特征件，例如提供有限范围的运动，如槽121c和止动翼片120a所示。在其它实施例中，接触特征件121可以由止动件，脊，凸块或其它障碍物约束，以防止沿着套筒120的纵向轴线超出期望范围的移动，诸如图2h中的移动止动件120b，120c所示。

在一些实施例中，接触特征件121可以包括薄膜部分，该薄膜部分可以具有厚度，可变形性和/或形状，使得其对通过它的力的传递产生最小的影响。图2d示出了具有可移动的接触部121a的接触特征件的一个实施例，可移动的接触部121a可包括薄膜或其它层，如图所示具有可自由移动和/或变形的单独的接触部121b，例如薄塑料膜或金属箔。在一些其它实施例中，例如在图2e中，接触特征件121可以由一体部分形成，其可以变形，弯曲和/或以其它方式传递能量施加工具110的力，例如利用柔性塑料形成具有变形接触部121b'的接触特征件121。可移动的接触部121a也可以形成为符合能量施加工具110的形状，或者反之亦然，以实现力/能量的最佳传递。在一些示例性实施例中，可移动的接触部121a可以由金属箔构成，例如不锈钢箔或片，并且例如可以被冲压和/或模制，以便符合能量施加工具110的末端，例如具有穹顶形状。一些金属箔或片如不锈钢和类似材料可能是期望的，例如，由于其高强度特性如刚性或刚度，易于模制/成形，通过它传递能量或力的低衰减，期望的特性用于医疗或牙科应用和/或其通用性或低成本。例如，可以使用薄的不锈钢箔或片，例如厚度约0.1mm。

在其它实施例中，接触特征件121的闭合端部可以与接触特征件121成一体。例如，接触特征件121可以由可以成形为具有期望厚度的闭合端部部的管状或环状结构的材料形成，例如通过冲压金属(例如不锈钢，铝，铜或其它合适的金属)。例如，接触特征件121可以采取类似于套管或杯的形式，闭合端部具有厚度以提供可变形或可移动特性。

例如，适合于例如接触特征件的膜的聚合物材料可以包括具有一种或多种以下性质的任何聚合物，包括低摩擦系数，高阻尼能力，可吸收的，可生物降解的，可水降解的，透明的，半透明的和不导电的。

对于适合于例如箔或片的金属材料，例如不锈钢和类似的金属材料，在形成为期望的形状之前可以是奥氏体的、加工硬化的、电抛光的、退火的，或者超塑成形为所需的形状。

在一些实施例中，接触特征件121可用于帮助产生能量施加工具110与对象的表面的一致接触，诸如具有不规则或不一致表面特征的表面。例如，图3和图3a示出了用于对象90的手持件100的使用，其中对象90具有非平坦表面特征，诸如图3中具有凸接触表面95的对象90，以及在图3a中具有凹接触表面96的另一个对象90。搁置在对象90的接触表面94上的对象接触表面123可以围绕不规则或不一致的表面特征放置，该表面特征可以在对象接触部123的平面之前或之后为能量施加工具110提供接触点,如图3中平面后面突出的凸接触表面95所示，以及图3a中保持在平面之前的凹接触表面96所示。在接触特征件121相对于对象接触表面123可移动的情况下，接触特征件121可以移动和/或保持在未伸出或缩回位置C，如图3所示，以提供与凸接触表面95的接触。另外，如图3a所示，可移动接触特征件121可移动到突出位置D以提供与凹接触表面96的接触。在测量期间，能量施加工具110可进行初始冲击，其可将接触特征件121推到取决于接触表面94的形状的适当位置，并且可以基本上保持在该位置或者在手持件100的后续冲击或定位中调整到不同的位置。通常，能量施加工具110的接触或冲击可以被控制成使得它不会引起对象90的变形或损坏，而是如上所述通过适当接纳的接触来施加能量。

在一些示例性实施例中，套筒120可以包括用于附加稳定性的特征，诸如提供与能量施加工具110的方向A基本垂直或正交的稳定性。图1a，1b和图2至图2b示出具有从套筒120在对象接触部123附近突出的翼片124的套筒部，使得当对象接触部123与经受测量的对象的表面接触时，翼片124可以搁置在对象的顶部的一部分上，如图3和3a所示，其中翼片124搁置在垂直表面92上并且对象接触部123搁置在对象90的接触表面94上。因此，翼片124和对象接触部123二者可以辅助手持件100相对于对象90的可重复定位，并且在后续的测量过程中对象接触部123可以被放置在垂直表面92上距离对象顶部基本相同的距离处以获得更好的重现性。如上所述，尽管在图3和3a中用人的牙齿来显示解剖结构，但是对象90可以包括解剖结构或物理结构或工业结构。

在任何实施例中，翼片124的角部可以是光滑的或圆形的或基本平滑的或圆形的，以避免它们在可能搁置在其上的对象90上卡住。在其它实施例中，翼片124可以是光滑的，尽管角部不一定是圆的。在任意实施例中，翼片124可以包括至少一个结构(例如凹槽、通道、切口、凹口等)，使得当对象接触部123与进行测量的对象90的表面的至少一部分接触时，翼片124可以搁置在对象90的一部分或表面上并且至少部分地符合于使用所述至少一种构造的对象的表面的突起、隆起或其它凸起部分，如图2i中被示例为凹槽的构造124a。

一般而言，可能期望套筒120或其各个部分具有足够的刚性，使得其可以持续附接到手持件壳体100上并且可以在使用期间不坍塌。如果考虑多次使用，则套筒120通常可被构造为能够承受多次消毒程序，例如若需要通过高压釜执行的程序，除非如以下讨论的，一次性覆盖件(covering)被使用。在其它实施例中，套筒120连同如果使用的一次性覆盖件可以是一次性的，如果不存在套筒，并且由此可以由在套筒120内形成的任何材料构造。合适材料的示例可以包括但不限于例如可模制的、热成型或浇铸的聚合物。合适的聚合物包括：聚乙烯；聚丙烯；聚丁烯；聚苯乙烯；聚酯；聚四氟乙烯(PTFE)；丙烯酸类聚合物；聚氯乙烯；乙缩醛聚合物例如聚甲醛或Delrin(可从杜邦公司购得)；天然或合成橡胶；聚酰胺；或其它高温聚合物例如聚醚酰亚胺类

聚合物合金例如

树脂(其是聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物)，

树脂(其是聚碳酸酯和间苯二甲酸对苯二甲酸乙二醇酯间苯二酚树脂的共聚物，均可从GE Plastics购得)；液晶聚合物，例如芳香族聚酯或芳香族聚酯酰胺，其中含有作为构成成分的、从芳香族羟基羧酸(例如羟基苯甲酸(刚性单体)、羟基萘甲酸酯(柔性单体)、芳族羟基胺和芳族二胺中选取的至少一种化合物(在美国专利No.6,242,063、No.6,274,242、No.6,643,552和No.6,797,198中例举，这些专利的内容通过引用结合在此)，具有终端酸酐基团或横向酸酐的聚酯酸酐(在美国专利No.6,730,377中例举，该专利的内容通过引用结合在此)，或者它们的组合。这些材料中的一些是可回收的或可被制作为可回收的。也可以使用可生物分解或可生物降解的材料，并且其可以包括任何可生物降解或可生物分解的聚酯，例如聚乳酸树脂(包括L-乳酸和D-乳酸)和聚乙醇酸(PGA)、聚羟基戊酸酯/羟基丁酸酯戊酸酯(PHBV)(3-羟基丁酸和3-羟基戊酸(3-羟基戊酸)和聚羟基链烷酸酯(PHA)的共聚物、以及聚酯/聚氨酯树脂。一些不可生物分解或不可生物降解的材料也可以通过添加某些添加剂例如任何氧生物降解添加剂而被制成可生物分解或可生物降解的，所述氧生物降解添加剂例如可以是由英国Borehamwood的SymphonyEnvironmental供应的D2W^TM和由加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华的EPI EnvironmentalProducts Inc.制造的

另外，也可以使用任何聚合物复合材料，例如工程预浸料或复合材料(其为填充有颜料、碳颗粒、二氧化硅、玻璃纤维的聚合物或它们的混合物)。例如，聚碳酸酯和ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)的混合物可以用于套筒120。作为再一示例，也可以使用碳纤维和/或玻璃纤维增强塑料。

合成橡胶可以是例如弹性体材料，并且可以包括但不限于可从Kraton公司购得的各种共聚物或嵌段共聚物

聚合物，例如苯乙烯-丁二烯橡胶或苯乙烯异戊二烯橡胶、EPDM(乙烯丙烯二烯单体)橡胶、丁腈橡胶(丙烯腈-丁二烯)等等。

在一些实施例中，套筒120也可以由一种或多种金属和/或陶瓷材料制成，这些材料可以利用合适的材料(例如上所述聚合物或复合材料)涂覆和/或处理。例如，可以利用可实质上进行振动阻尼/吸收/反射的金属和/或陶瓷材料。也可以采用粘弹性涂层和/或其它涂层，使得振动和/或其它机械能可以不转移到套筒120的金属和/或陶瓷部件内。

在一个实施例中，钛和钛合金(例如镍钛)可以用于套筒120、或它们的部件/部分。

在本发明的另一方面中，系统可以包括有助于来自对象的可靠且可重复的测量的特征，诸如通过检测例如手持件100抵靠对象的接触压力。由于套筒部的接触有助于将手持件稳定在对象上，所以在测量期间，能量施加工具施加在对象上的力和任何测量的特性可能受到操作者施加在手持件上以将其抵靠对象而保持的力的影响。由于例如操作者施加的不足或过大的力可能使测量复杂化，并且甚至可能产生不太准确的结果，所以对象上适量的接触力可能是重要的并且可能需要被监测。传感器可以设置在手持件的内部以测量这种接触力，该传感器通常可以不物理地或机械地耦合到能量施加工具110，使得其可以帮助监测由操作者(甚至由不同的操作者)施加的适当的接触力以获得更好的再现性。通常，可能希望将能量施加工具110与系统的其它部分(例如手持件100的与对象接触的部分(除了能量施加工具110本身之外))隔离，使得它们不干扰能量的施加或测量的进行，使或干扰被最小化。

在示例性实施例中，可以以通过与手持件100接触来测量由操作者施加在对象上的力的方式来布置传感器。例如，传感器可以因此被定位在例如对象和手持件之间。传感器也可以放置成接收来自手持件与对象接触的部分的转换的或传递的力。传感器还可以以允许其捕获施加的力的方式定位在手持件和操作者之间。在一些实施例中，可以利用内部力传感器，其可以依靠通过手持件100的部分与对象接触而转换或传递的法向力。

图1、1d、1e、11和11a示出了手持件100的一部分(例如套筒部120)的接触可以在力传递构件130上推动(诸如力传递套筒或套筒状部件)的布置，例如通过在图2b和图4中示出的接触点129处的接触，其然后可以通过在力传感器143上沿方向B推动来施加力。力传感器143可以包括任何用于测量用户将手持件100接触对象而施加的力的合适的传感器，例如压电传感器、力感测电阻器(例如分流模式FSR)、(例如安装在响应于施加力而弯曲的悬臂上的)一个或多个应变计、线性位置传感器(例如，光学位置传感器、磁场或其它能够检测挤压在弹簧的组件或线性位置变化对应于所施加的力的其它元件上的位置变化的传感器中)、和/或任何其它合适类型的力传感器。力传感器143可以进一步采用任何适当的形状或形式，例如扁平感应垫，其可以是如图所示围绕能量施加工具110的环形(例如以保持能量施加工具110与由力传感器143所测量的接触力的分离)，或者为椭圆形、多边形或可定位于手持件100以检测接触力的其它形状。在图1d、1e和11的分解图中，力传感器143例如被夹在相对固定的部件之间。如图1d和1e所示，力传感器143可以被夹在驱动机构接口部件141和传递力到力传感器143的部件之间，驱动机构接口部件141本身如下面进一步讨论的那样刚性地安装到驱动机构140，传递力到力传感器143的部件例如如套筒120(如果存在)、传递套筒112和套筒安装件112a/力传递构件130的堆叠所示，其可以穿过壳体部分的孔，如所示的向前向端盖105和/或套筒安装PCB108及其保持器107。力传感器143可以例如通过安装到手持件100的刚性部分上而保持在相对固定位置，例如驱动机构接口部件141，其例如可以耦接到驱动机构140和/或手持件100的壳体102，使得其相对于操作者处于相对固定的位置。然后，力传感器143可检测源自与对象90的接触的负载作为对于相对固定部分(诸如驱动机构接口构件141)的偏移。通常可以理解的是，对象接触和力传感器143之间的介入部件或部分可以存在或不存在，只要力的全部转换/传递路径保持运行即可。

如图11的分解图和图11a的框图所示，力传感器143可替代地被夹在驱动机构140和安装支架148之间，该安装支架本身被刚性地安装到手持件100的主体以及将力传递到力传感器143的部件，如套筒120(如果有的话)、传递套筒112、套筒安装座112a/力传递构件130(其自身刚性地安装到驱动机构140)的堆叠所示，可以穿过壳体各部分的孔，如前向端盖105和/或套筒安装PCB 108及其保持器107所示。力传感器143可以包括任何用于测量用户将手持件100接触对象而施加的力的合适的传感器，例如压电传感器、力感测电阻器(例如分流模式FSR)、(例如安装在响应于施加力而弯曲的悬臂上的)一个或多个应变计、线性位置传感器(例如，光学位置传感器、磁场或其它能够检测挤压在弹簧的组件或线性位置变化对应于所施加的力的其它元件上的位置变化的传感器中)、和/或任何其它合适类型的力传感器。力传感器143可以进一步采用任何适当的形状或形式，例如扁平感应垫，其可以是如图所示围绕能量施加工具110的环形(例如以保持能量施加工具110与由力传感器143所测量的接触力的分离)，或者为椭圆形、多边形或可定位于手持件100以检测接触力的其它形状。然后，该力由于偏置向安装支架148，通过驱动机构140传递到力传感器143。例如为了减少诸如驱动机构140和能量施加工具110的部件的挠曲或错位，这种布置可能是优选的，因为这些部件彼此刚性连接，并且弯曲支点通常位于这些部件的外部(即，在图11d中的部件150和部件152之间，而不是如图1d中驱动机构140和力传递构件130之间)。例如并且不限于任何特定的理论，在手持件100的使用中，除了相对于对象表面成法线角之外，如图8a、8b、8g和8h所示抵靠对象90，这种潜在的挠曲或错位可能是不期望的。在驱动机构140和能量施加工具110之间的连接中增加的刚性可以辅助减少手持件被抵靠对象90时而经受弯曲或不均匀的负荷时来自驱动机构140和能量施加工具110的能量传递中的任何变化，例如当以一定角度将手持件100压靠对象90时。

在一些实施例中，如图1c和1e所示，可以在没有套筒120的情况下使用力转换或传递构件，如图1e中的力传递构件130和传递套筒112所示，它可以用来接触对象。

在使用套筒部的系统的实施例中，套筒部120可以安装到力传递构件130上，例如安装到套筒安装件112a上，套筒安装件112a可以耦接到或形成力传递构件130的一部分并且可以经由孔102a延伸离开壳体102。然后可以传递来自与对象接触的力，例如图4、4a、4b和11b及11c所示。如图所示，将套筒部120保持在对象上的法向力E可能导致套筒120推动传递套筒112，该传递套筒112可以是力传递构件130的一部分或与力传递构件130耦接，然后该力传递构件130可以沿方向B向力传感器143施加力，力传感器143可以被抵靠手持件100的刚性和/或相对固定部分偏置，例如可以安装到驱动机构140的驱动机构接口构件141，该驱动机构140本身可以被安装到壳体102，例如经由驱动安装件140a，如图4a所示，或者夹在驱动机构140和安装支架148之间，该驱动机构140和安装支架148可以例如经由驱动安装件140a安装到壳体102，如图11b所示。

在一些实施例中，手持件100的各个部分可以相对于刚性和/或相对固定部分可移动。这可能是期望的，以帮助从与对象的接触产生的力传递到力传感器，并且向操作者提供施加接触力的物理上可感知的反馈。

在一些实施例中，可以利用多个部件来形成力传递构件130，诸如便于制造，装配，部件的可复制性等。例如，如图所示，力传递构件130可以包括分离的部件传递套筒112，套筒安装件112a和力传递基座部分130b，其可以附接或至少接触以提供力传递，诸如在传递构件接触件130a处。

如图4和图4a所示，力传递构件130及其机械耦接部分(例如套筒部120，传递套筒112，套筒安装件112a和力传递基座部分130b)可以例如在方向B上相对于相对诸如力传感器143，驱动机构接口构件141，驱动机构140和壳体102之类的固定部分移动。诸如力传感器偏置器143a之类的偏置构件可进一步设置在力传递构件130与力传感器143之间，以例如均匀地将力分布在力传感器143上和/或用作返回偏置，以在与对象的接触停止时将力传递构件130沿方向B返回到其原始位置，例如通过偏置器或片簧或弹性垫。

通常，将力传递到力传感器143的部件的运动(例如如图4b所示，在力传感器143后面的组件153和驱动机构140前面的组件151，但不包括能量施加工具110，该能量施加工具110不与它们直接耦接且不响应于接触力而沿B方向平移)，例如由接触力引起的滑动距离可以非常小，例如约为0.3mm至约1mm的量级，再例如约为0.5mm。

如图11b和11c所示，力传递构件130及其机械耦接部分、传递套筒112、套筒安装件112a和驱动机构140可相对于诸如压力传感器143、安装支架148和壳体102的相对固定部分而沿例如方向B移动。诸如力传感器偏压143a的偏压构件可以进一步设置在驱动机构140和力传感器143之间，以例如将力均匀分布在力传感器143上，以及/或者当与对象的接触停止时，例如通过偏簧、板簧或弹性垫而用作返回偏压以使驱动机构140沿方向B返回到其原始位置。通常，将力传递到力传感器143的部件(例如，如图11d所示的部件150，但是不包括未直接与它们耦接且不响应于接触力而沿方向B平移的能量施加工具110)的运动，例如由接触力引起的滑动距离可以非常小，例如约为0.3mm至约1mm的量级，再例如约为0.5mm。

在套筒部120与手持件100之间具有电接触的实施例中，例如与电子触点113相互作用的安全特征件122，套筒120与手持件100之间的移动可以被补偿，诸如通过弹簧销和/或放置电触点，使得在安装在手持件100上时通过套筒120的任何运动(例如通过放置在平行表面上或诸如套筒安装件112a的可移动部分上)来保持接触。

套筒部120还可以安装到力传递构件130上，该力传递构件130在壳体102的前部上形成永久性部件，并且当套筒部不在时，将能量施加工具110(例如，敲击杆)屏蔽而避免损坏，例如，套筒部形成一次性组件的一部分，如上面和/或下面所讨论的。

在一些实施例中，如上所述，套筒120和/或能量施加工具110可以设置为基本上垂直于壳体102，如图1F所示。抵靠对象的保持力然后可以沿方向B作用，如图所示，并且因此套筒120可以在方向B上按压力传递构件130抵靠在力传感器143上，力传感器143可以安装和/或定位成抵靠相对固定的点，例如抵靠壳体102，如图所示。

当套筒部的对象接触部(例如套筒120的接触部121)被推靠在经受测量的对象(例如牙齿)上时，能量施加工具110(例如，敲击杆)可以被启用或触发，可以检测一定范围内的力。当检测到正确的力时，手持件100打开或启动以开始测量。

例如，对于人类牙齿上的牙科手术，合适的接触力可以是例如大约3N至大约10N，更多的例如大约5N至大约8N的力。通常，力传感器143可以读取实际接触力或者可以读取与实际接触力不同的传递、转换或传送的力，其可以被解释或与手持件100的实际接触力相关联，例如与电子组件144。例如由于手持件100在重力场中的取向，利用来自加速度计或其它适当设备的输入来检测取向，如图1和11a所示取向传感器145，可以进一步校正接触力的测量结果。

例如力传感器143的传感器可以与手持件100的能量施加工具110以外的至少一部分物理接近和/或接触和/或耦合，例如，其可以处于物理接近和/或接触和/或耦接，例如其可以与套筒部120物理接近和/或接触和/或耦接，如果套筒部120的开口端可以包括对象接触部123，如上所述。在本发明的一个实施例中，传感器可以包括至少一个用于感测的应变计。应变计可以附接或安装在设备壳体和套筒部之间的悬臂上，以便当套筒部的对象接触部被按压在对象上时，它也使由应变计测量的悬臂变形，从而提供力测量。在一些实施例中，可以使用安装到单个悬臂或分离的多个悬臂的多个应变仪。悬臂也可以例如存在于与壳体或套筒部的其余部分分开的部件上，例如存在于安装设备上。根据一个方面，力感测可以通过线性位置传感器来完成，该线性位置传感器例如将知道，如果力传递套筒状部分在位置X处，则必须施加Y的力(对抗弹簧的反作用力)将其移动到该位置。根据另一方面，力感测可以由光学传感器执行，用于当移动部件被推着对抗弹簧时光学地感测移动部件的位置。在本发明的又一个实施例中，套筒部的对象接触部在对象上的相对位置可以通过具有一个或多个应变仪来确定，所述应变仪可以在一端连接到移动部件，例如力传感器套筒状部件，另一端连接到静态元件，例如，壳体。在本发明的另一个实施例中，该设备可以包括用于直接测量力的压电元件。在本发明的又一个实施例中，霍尔效应传感器可以用于当磁体(附接到移动元件)相对于传感器的位置移动时检测磁场的变化。在本发明的又一个实施例中，电容式线性编码器系统可以用于测量力，如数字式卡尺中的电容式线性编码器系统。

感测垫可以包括层结构，其通常可以称为“分流模式”FSR(力感测电阻器)，其可以根据施加到垫的力来改变电阻，以提供力测量。FSR通常由导电聚合物组成，导电聚合物在对其表面施加力后以可预测的方式改变电阻。FSR的感测膜通常包括悬浮在矩阵中的导电和非导电颗粒。对FSR表面施加一个力使颗粒与导电电极接触，从而改变FSR的电阻。FSR可能期望小尺寸，例如厚度通常小于0.5mm，低成本和良好的抗冲击性。

图6示出了分层力传感器143的示例，其可以包括其上印刷或以其它方式沉积有导电迹线143c的基层143h，导电迹线143c具有两个导电路径，所述导电路径通过FSR衬底143f上的FSR层143e连接以产生由FSR层143e的电阻调制的导电路径。施加到FSR层143e的压力，例如在方向B上来自力传递构件130，可以改变其电阻，例如通过用施加的压力减小它的电阻。也可以包括粘合剂层(诸如粘合剂层143d)和安装粘合剂143g，以将各个层接合在一起和/或提供对基底(例如对于驱动机构接口构件141)的粘附。力传感器143通常可以包括连接器如图1d和1e所示的柔性连接器143b，以连接到电子组件144上的接口，例如通过连接到导电迹线143c中的导电路径。

还可以使用压电传感器，该压电传感器将施加在力传感器143上的压力转换为电特性的变化，例如压电元件上的电压。

应变计或其它类似元件也可以包括在片簧或其它偏置构件上，例如力传感器偏置件143a。

在一些示例性实施例中，力传感器可以与能量施加工具110电子通信并且可以用作手持件100的开启/关闭开关或激活开关。例如，当适当的力通过套筒的对象接触部施加于对象时，其可触发器械的激活机构以激活能量施加工具110的移动以开始测量。因此，如上所述，不需要外部开关或按钮来激活系统的开启和关闭。适当力量的指示可以通过可见或可听信号指示。

在一些实施例中，如图7中的流程图所示，手持件100与对象90(300)的接触(例如与套筒部120的接触)可以将接触力(诸如来自接触的法向力E)传递到力传感器143(301)。力传感器143可以测量接触力或传递的力并产生信号或特性(例如电阻，电压等)的变化(302)。信号或特征的改变然后可以被传递到诸如在电子组件144中的控制机构(303)。控制机构然后可以确定接触力是否在可接受范围内，例如5-8N(304)。如果力在该范围内，则控制机构可以使得能量施加工具110操作(305)和/或向使用者输出接触力是可接受的信号(306)。如果接触力超出可接受的范围，则控制机构可向用户输出信号以改变压力(307)和/或使能量施加工具110禁用或保持禁用(308)。如果可接受，则控制机构也可以自动启动能量施加工具110并执行测量(309)。之后，可以重置控制机制以进行新的测量。

在一些实施例中，一旦通过接触部121(或套筒120或手持件100的其它部分，如果适当的话)在对象上施加适当的接触力，如可见或可听信号所指示的，可以立刻开启能量施加工具110。图1c示出了操作者信号，如光源114所示，其可以向操作者提供关于接触力的信号。在一些实施例中，如上所述，一旦适当的接触力施加在对象上，如可见或可听信号所示，在激活能量施加工具110之前可能存在延迟。在进一步的实施例中，一旦在对象上的某个推力被检测到并保持一段时间，例如大约0.5秒，器械可被打开以开始测量。

在一些实施例中，力测量可以连接到视觉输出，例如灯。灯可以安装在器械上的任何方便的位置，例如，一个或多个LED可以安装在器械的前部，如光源114所示。例如，可以包括多灯系统。例如，可以使用两个LED，例如绿色表示可接受的接触力，而红色表示不可接受的接触力。

在一些实施例中，来自光源114的光照亮可为透明或半透明的套筒120，以指示可接受或不可接受的接触力。

操作者施加在对象上的适当的力作为系统的开关。当系统没有开启时，可能需要知道它是否有故障，没有足够的力或施加过多的力量。在一些实施例中，如果用户在对象上过度推动，则光可以首先变为琥珀色，然后变为红色，诸如通过来自光源114的输出指示的。如果推力足以将光改变为红色，打击可能无法启动，或者如果打击已经开始就会中断。另外，当用户接近太多的推力时，可能会有琥珀色的LED状态发出警告。在这个阶段，当LED发出琥珀色时，器械仍然可以运行。在另一个例子中，没有光可能表示力量太小，绿色光可能表明正确量的力，而红色光可能表明太大的力。在又一个示例中，可以包括一个灯的系统。例如，没有光可能会给出力太小的信号，红色光可能会给出力太大的信号。在另一个例子中，闪烁的红灯可能表明力太大，而没有光可能表示力太小。LED可以安装在手持件100的表面上，或者它们可以在壳体102的内部，并且光可以经由可能存在于壳体102的表面处的光导管或光纤通道传送，例如在图1d和图11中示为光导管的光源114。在一些示例中，光导管114可以是整体的或附接到手持件100的一部分，诸如整体式或附接到图1g中的保持器107'，其可以是图1d中的替代保持器107。

在一些实施例中，光导管114可以延伸到套筒部120中，以便更好地将光携带向对象并且/或者为了使用者的感知更好地照亮套筒部120。图4、图4a和图11b示出了从手持件100延伸的光导管114，以将来自光源114a的光携带到套筒部120中，如图所示延伸到套筒部120中的槽125a中。从光导管114发出的光然后可以照亮套筒部120，其可以例如适于使光向对象散射和/或以用户容易观察的方式，例如通过包含光散射材料、添加剂和/或通过物理处理，如结霜(frosting)和/或任何其它适当的处理。光导管114还可以用于例如通过配合到套筒部120的槽125a中来在套筒部120和手持件100之间提供额外的对准，连接和/或固定。例如，利用一个或多个装配到槽125a中的光导管114可以通过光导管114和槽125a之间的配合(例如通过闭合或摩擦配合)来帮助阻止围绕纵向轴线的旋转。

在另一个实施例中，力测量可以连接至可听输出。在一个示例，可听输出可以包括蜂鸣声以指示太小的力以及多个蜂鸣以指示太大的力。在另一示例中，可听输出可以包括蜂鸣声以指示太小的力，以及蜂鸣声与闪烁的红灯指示太大的力，例如通过光源114或上述内部光源。在又一示例中，力测量可以连接至语音报警系统，用于警报太大的力或太小的力。在再一个示例中，力测量可以连接至语音报警系统以警报太小的力，以及语音报警和闪烁的红灯用于警报太大的力。

手持件100还可以包括重置按钮，例如图1d和图11中的重置控制器144b所示，诸如在初始不正确放置之后重置手持件100以重新尝试用适当的力放置。重置按钮144b可以按压到电子组件144上的适当控制件，以将手持件100置于更新状态。

当力传感器用作开启/关闭开关时，其也可用于监测在测量期间适当的力施加在对象上和/或测量期间获得手持件100相对于对象的正确对准。如图1和图11a中的取向传感器145所示的测斜仪，例如可以作为电子控制系统的一部分存在，当该设备在操作的角度范围之外时，该电子控制系统可以触发听觉警告，例如，对于敲击杆，它可以在与水平方向成正/负30度时触发警告。如果设备被定向为使得当在套筒部的对象接触部上感测到推力时操作轴线相对于水平方向大于30度，则可能导致由位于设备(如设备内的PCB)上的扬声器发出警告声音。在这种情况下，直到设备返回到可接受的角度才会开始敲击动作。在某些情况下，如果在检测到上述范围的偏离时已经开始了敲击动作，则设备可能实际上不会停止操作，但可能仅仅是发出警报，从而可以进行校正。

倾斜传感器和测斜仪的常见实施方式可以包括但不限于加速计，液体电容式，电解液，液体中的气泡以及摆式系统。传统的水平仪和基于钟摆的电子水平仪通常受仅单轴和狭窄倾斜测量范围的限制。然而，大多数精密水平测量，角度测量，对准和表面平坦度分析任务基本上涉及二维表面平面角度而不是两个独立的正交单轴对象。两轴或三轴测斜仪通常采用微机电系统(MEM)构建，倾角传感器可同时提供与地球基准面相切的表面平面的二维角度读数。

MEMS倾斜传感器通常采用加速度计来实现功能。从概念上讲，加速度计表现为在弹簧上的阻尼质量，加速度计经受加速度，质量位移到弹簧能够以与外壳相同的速率加速质量的点。然后测量位移以给出加速度。在商业设备中，通常使用压电，压阻和/或电容组件来将机械运动转换为电信号。压电加速度计依赖于压电陶瓷(例如锆钛酸铅)或单晶(例如石英，电气石)。它们通常在应用中提供有利的特性，例如频率范围较高，包装重量较低和温度范围较高。压阻加速度计通常在高冲击应用中是优选的。电容式加速度计通常使用硅微机械传感元件，其性能在低频范围内优越，并且可以在伺服模式下运行，以实现高稳定性和线性。现代加速度计通常是包括具有检验质量块的悬臂梁的小型MEM。阻尼由设备中密封的残留气体导致。在外部加速度的影响下，检验质量从其中性位置偏移。以模拟或数字方式测量这种偏移。

在安装在电子组件144上的三轴加速度计的形式的取向传感器145的使用示例中，手持件100以在倾斜30度和下倾30度之间的角度被保持抵靠对象，并且从加速度计返回的值被用来创建驱动机构140的激活的变化。

下表显示了以如下倾斜度/下倾度而从加速度计返回的在三个轴上的值：

表1

这些值用于创建预编程的指令集，以当在不同倾角利用能量施加工具110时改变驱动机构140的激活，以辅助平衡施加的力到大约25N。在一个示例中，驱动机构140在缩回(固定定时)之前被接合22毫秒，延迟11毫秒，并在下表中的不同倾角下从能量施加工具110产生测得的施加力。利用针对不同倾角的预编程指令集，驱动机构140的接合时间和延迟时间被改变，并产生以下测得的来自能量施加工具110的施加力。

表2

测得的力表明，与第一列中的固定定时相比，预编程的指令集产生的力值更接近于目标力25N。基于由取向传感器145确定的倾角来改变驱动机构140的激活可以因此被用于基于所测量的倾角来产生更一致的来自能量施加工具110施加力。

壳体的一部分和/或设备也可以具有涂覆在其上的抗微生物涂层，该涂层能够消除、防止、延缓或减少微生物的生长，从而最小化高温高压灭菌过程或苛刻化学品的使用，并且可以增加作为用于制造这种工具或器械的基底有用的材料的种类和数量。

另外，器械在协助材料选取时可以是有用的，例如在构造和/或选取用于解剖学结构(例如植入物)的材料中使用的机械生物相容性材料或生物仿生相容性材料。对于正常健康的牙齿，通过咀嚼所产生的撞击能量通过位于健康骨骼-天然牙齿界面处的牙周膜衰减。然而，当因损伤或疾病而由植入物替换天然牙齿时，牙周膜通常丢失并且植入物可以将撞击力直接传递到骨骼内。用来制造植入物底座的若干材料例如复合材料、金、氧化锆等已经在大量研究中显示为有效的。尽管研究已经证明利用复合树脂、金或氧化锆底座在构造底座之后的植入物修复的续存性，但是一直没有进行这样的研究以测量对所述底座材料的载荷的动态响应。本发明的器械可以用于这种目的并且对在植入之前预测适用性或相容性可以是有用的，或者对选择合适的材料以保护与植入物相邻的天然牙齿是有用的。因此，材料的选择可以最小化植入物和天然牙齿响应于碰撞的方式之间的差异。

此外，所述器械在协助材料的选取例如在构造和/或选取材料用于例如飞机、汽车、船舶、桥梁、建筑物、工业结构包括但不限于发电设施、拱结构或其它相似的物理结构中使用的机械或化学耐用或相容材料时可以是有利的。本发明的器械可以用于这种目的并且可以在除构造后检测裂纹、裂缝、微裂纹、胶合剂失效、粘合剂失效或缺陷定位等以外用来在构造前预测材料的适用性。

另外，本发明在对形成所述结构或对象的材料中所固有的缺陷以及如上讨论地由于损伤或磨损或反复加载而导致的裂纹或裂缝等之间进行区分时也是有用的。例如在骨骼或植入物的材料构造或者物理结构中固有的缺陷可以包括骨骼中的病变、植入物构造中的类似缺陷或制造聚合物、聚合物复合材料或合金、或金属复合材料或合金中的类似缺陷。

通过套筒部或接触特征件、和/或翼片和/或组件稳定器械也可以最小化可能混淆测试结果的急跳动作，例如，在骨骼结构或物理或工业结构中固有的任何缺陷会由测试人员的急跳动作而被掩盖。由于缺陷的位置和程度可以显著地影响植入物或物理或工业结构的稳定性，因此这种类型的缺陷检测是重要的。通常当例如在植入物中检测到病变例如顶部或根尖缺陷时，植入物的稳定性可能在顶部和根尖缺陷都存在的情况下受到影响。在过去，除了昂贵的强放射过程以外，不存在其它收集这种类型信息的方式。利用本发明，可以收集这种类型的信息并能以非破坏性的方式完成这一收集。

本发明还涉及用于测量结构特性的系统和方法，其使对于正经历测量的对象的碰撞、即使是微小的碰撞最小化，而不损失系统的测量或操作的灵敏度。在一个实施例中，为了不影响测量灵敏度而降低冲击力，系统包括能量施加工具110，其重量轻和/或能够以较慢的速度移动，使得其最小化在测量期间对于对象的碰撞力，同时表现出或者保持较好的测量灵敏度。在一个方面，能量施加工具110，例如弹击杆可以由较轻的材料制成，以使手持件的重量最小化，如果该设备是手持件。在另一实施例中，能量施加工具110，例如弹击杆可以制造得较短和/或具有较小的直径，使得手持件的尺寸也被最小化。例如，工具110可以由可以包括钛的材料制成，或者该工具可以具有中空壳体并且填充有例如铅。在再一个实施例中，系统可以包括驱动机构，其可以减小能量施加工具110的加速度。例如，驱动机构可以包括较小的驱动线圈，以减小能量施加工具110的加速度以及操作期间对于对象的碰撞力，同时保持测量的灵敏度，无论其是否重量轻，和/或长度或直径较小。这些实施例可以与以上包括较轻重量的手持件壳体的实施例中的一个或多个结合。在不增加初始的碰撞速度以便使测量期间对于对象的碰撞最小化的情况下，进行测量的速度也是期望的。本发明涉及另一用于测量结构特性的系统和方法，其具有驱动机构，驱动机构可以将能量施加工具的行进距离例如从约4mm减小到约2mm，同时保持接触处相同的初始速度，并且由此在不损失系统操作的情况下，更快的测量是可能的。系统可具有或不具有一次性部分和/或特征件，用于协助重新定位能力和/或利用下述特征件减小碰撞。

一般而言，本发明还代表了在牙齿健康或物理结构的结构完整性中的精确风险估计的新形式，以及以新的方式进行诊断的机会。本发明提供了用于向试样施加动能，加载和位移速率可以由试样确定，当碰撞后测量减速度并且分析动态机械响应以用于更准确地预测裂纹、裂缝、微裂纹、微裂缝；胶合密封剂的损失；胶合剂失效；粘合剂失效；微泄露；病变；腐烂；结构的整体完整性；结构的整体稳定性或缺陷位置。

另外，结构完整性的多个指示符例如LC(损耗系数)和ERG(能量回归曲线图)是可能的，并且沿关键方向的撞击载荷也是可能的。本发明的系统提供了用于提供口腔加载的便利的和容易的方式，并且其它加载方向例如用于测试上述结构特性的舌方向是可能的。

口腔加载重要之处在于其典型地是由例如牙齿所遇到的更危险类型的加载。通常，竖直加载导致牙齿中相对低的应力。但是，做功和/或不做功运动由于下巴的横向运动和牙齿的咬合面的倾斜几何形状以及回复而产生侧向载荷。这种侧向载荷可以诱发在外表面和内表面处以及在边沿下面的高很多的应力集中。由此，使用本发明的系统，可以容易执行这类测试。简言之，该系统不仅适于检测人工牙科植入物结构、牙科结构、矫形结构或矫形植入物的结构稳定性、完整性、裂纹等，而且可以适于在植入或恢复后随后会遇到的应力下测试而在实际的构造和替换过程中使用。

天然加载通常为脉动的(不同于例如正弦的)。肌肉、心血管、跑、跳、紧握/咬等全部都会产生加载，例如脉动加载。撞击加载是脉动的并因此是生理的。撞击加载可以用来测量粘弹性属性以及检测结构中的损坏。

如上所述，本发明还可以用于检测内部损伤，例如复合结构和可用于解剖结构和非解剖结构的其它工程材料中的微裂纹、断裂、微断裂和分层。与非增强金属相比，复合材料通常更容易受到破坏，特别是当复合材料承受的应力接近材料的拉伸强度时。本发明对于通过复合材料及其产生的结构中的非破坏性测试来检测损坏是有用的。

如前所述，该系统可以适用于对解剖和机械上的各种对象的测试。对于解剖对象，例如牙齿(天然或修复的)、假牙植入物结构、牙齿结构或整形外科植入物，通常在对象静止时进行测量或测试。对于机械对象，其可以包括但不限于聚合物复合结构，包括蜂窝或层状蜂窝或金属复合结构；飞机结构、汽车、轮船、桥梁、隧道、火车、建筑物、工业结构，该工业结构包括但不限于发电设施、拱形结构或其它类似的物理结构，也可以在移动对象在移动中进行测试。

图9示出了沿移动对象的路径定位的能量施加工具110的阵列170的使用，示出为沿方向F移动的火车90。通常，能量施加工具110可以沿移动对象的路径以已知间隔定位，并且可以例如通过所示的支柱171而被定位，以使得能够在期望的位置处将能量传递到诸如火车90的移动对象用于测量。一般而言，可以以时间控制的方式来触发多个能量施加工具110，例如考虑移动对象的速度依次进行，以使得每个触发将能量传递至基本相同的位置以便当移动对象移动经过时实现对相同位置的多次测量，或者被定时以将能量传递到移动对象的不同位置，或它们的某种组合。因此，机械对象在静止或移动时也可以进行测试，这可以对在实际工作条件下的对象进行特别的了解。这可以使用一个能量施加工具110在对象90上的多个点上执行，以获得总体上对象的平均状况，或者可以使用许多独立的能量施加工具110或设备100在同一点上执行以获取在同一点上的平均结果。在该示例中，可以在实际操作条件下执行测量。

与对例如天然牙齿的撞击相关的机械能主要被牙周膜耗散。更具体地，当牙齿受到冲击力时，应力波通过牙齿传递并进入牙周膜，牙周膜的功能是将牙齿连接至下层骨骼。由于其变形的方式，牙周膜可作为减震器，耗散与撞击相关的大部分能量。该阻尼过程有利地减小了传递到周围骨骼的合成冲击力。相反，由于所用材料的性质，例如牙科植入物假体通常不具有耗散大量机械能的机制。因此，机械能趋于以相对较小的阻尼从植入物结构传递至下层骨骼。对于习惯性磨牙和/或咬紧牙齿的人，机械行为上的这一差异可能尤为关键，因为这种行为会对牙齿施加较大的冲击力。对于物理结构，无论是否将阻尼材料结合到结构中，当存在裂缝、微裂纹、断裂、微断裂、分层、缺陷或任何结构不稳定时，与没有裂缝、微裂纹、断裂、缺陷或任何结构不稳定的结构相比，与对结构的冲击相关的机械能可以产生不同的响应。

如前所述，可以使用损耗系数来表征材料耗散弹性机械能的相对程度。可以对上述任意对象确定损耗系数值，包括天然牙齿，以及各种植入物支撑的上部结构，例如由树脂基复合材料、金合金、瓷熔金层压板、二硅酸盐、氧化锆、所有陶瓷修复体或适用于口腔的任何其它材料制成的上部结构。植入物支撑结构通常比其天然牙对应物耗散较少的机械能。但是，植入物耗散机械能的能力取决于植入物周围的骨整合水平：植入物与周围骨骼之间的骨整合不良会导致异常高水平的能量耗散。因此，例如由于骨重建，能量耗散最初在放置植入物之后增加，但是随后通常随着骨整合的进行而减少。最终，随着骨整合过程进行至完成，植入物的能量耗散(阻尼)能力变得恒定。如上所述，对于正常的健康牙齿，由咀嚼产生的敲击能量被健康的骨-天然牙齿界面处的牙周膜衰减。当天然牙齿受损或患病时，植入物将其替换，但由于韧带丢失而没有韧带。在大多数情况下，在成功整合的植入物中没有韧带。在这种情况下，植入物可以将冲击力直接传递到骨骼中。为了补偿这种损失，在许多研究中已经表明使用例如某些复合材料、氧化锆等来制造植入物基牙是有效的。本发明的器械可用于辅助构造或制造和/或选择用于解剖结构、如植入物的材料。测量所述基牙材料对载荷的动态响应可用于此类目的，并且可用于在植入之前或修复之前预测修复材料对植入物的适合性。

例如，处理来自手持件100的输入的计算机可以进一步包括内存寄存器，以使得能够记录时间对敲击响应，例如在离散时间段内的数个点处从对象90反射的能量的量。在这样的实施例中，从对象90返回的能量可以作为时间的函数绘制在附接到计算机的显示器上。该配置允许用户查看和分析从对象90反射的能量的时间-能量分布图。

除了产生时间-能量分布图外，还可以对从感测机构111(例如压电力传感器)返回的信号进行其它分析。例如，与冲击相关的功的量可以通过相对于对象90的位移对施加到能量施加工具110(例如敲击杆)的力进行积分来评估。在能量施加工具110(例如敲击杆)与对象90撞击期间施加到能量施加工具110的力可以使用感测机构111(例如压电力传感器)来测量。在撞击之后，功的量部分地取决于对象90中存在的缺陷的数量。特别地，对象90中的缺陷会在能量施加工具110的敲击杆撞击对象90时耗散动能，从而减少了可用于返回到敲击杆的弹性能的量。

在一个实施例中，返回到敲击杆的弹性能的量和与冲击相关的总功的比较能够用于确定对象90中存在的结构缺陷的数量和性质。在另一实施例中，高斯分布峰值或其它数学导出的峰值可以被拟合到测得的敲击响应，例如能量、应力或力数据。残差或平均误差可用于确定测量数据代表无缺陷对象90的接近程度。

图10示出了时间形状相对于敲击响应的示例，例如在牙齿上产生的时间-能量分布图。如图所示，对于普通牙齿，会生成平滑的钟形曲线。如图所示，对于异常牙齿，生成具有各种形状、例如不对称轮廓或多峰轮廓的曲线。虽然所示的分布图是关于牙齿的，但这些分布图也可以概括为上述任何其它对象，无论是解剖学的、工业的还是物理的。

由于口腔加载是遇到的更危险的应力类型，因此在植入时使测试结果与实际响应相关联的能力是本发明的另一方面。通常，咬合紧闭导致相对低的应力，做功和/或不做功运动可能产生侧向加载，并且可以诱发在内表面处以及在牙骨质釉质边缘下方的最高的应力集中。由此，使用本发明的系统，可以辅助选择植入物或天然牙齿中或用于其的最佳材料或结构设计。这也可以应用于非解剖系统。另外，对结构的这种测试可以在结构的整个生命周期中持续进行，而无需任何随时间监视该部位的结构完整性的拆卸或破坏性处理。

可以以对牙齿结构类似的方式进行非解剖学物理的测试，例如对复合层压板中的粘结进行非破坏性测试。与其它连接方法相比，使用粘合剂将复合结构粘合在一起具有许多优点。这些优点包括将载荷分布在较大的粘合面积上、减轻的重量以及将异种材料连接在一起的能力、在粘合区域上具有较高的刚度和韧性，并且在许多情况下降低了制造成本。但是，使用粘合剂时的局限性之一是无法通过其它方法无损地确定组装的粘结接头是否满足结构要求，并且通常会导致采用保守的设计方法，并施加紧固件通过粘结以确保接头完整性。本发明的系统和方法具有非破坏性地检测粘合剂“契合”粘结的能力，其中由于粘合面上的污染或粘合剂的不正确处理、混合或固化，或者甚至由于成型面的不良表面处理，例如可能从制造过程中引入碳氟化合物、硅酮、增塑剂，粘合剂的剪切强度低。这些污染物倾向于减小粘合剂和粘合表面之间的接触角，从而导致剪切强度降低。结果，形成的粘结可能无法承受载荷，因为两个基板将实质上彼此“契合”。本发明提供非破坏性测试以检测复合结构中的缺陷。例如，本发明可用于比较两种复合层压板，其中一种层压板是根据不良的表面制备技术粘合的，而另一种则按照普通的标准实践进行粘合。在实际实验中，将两个305毫米x 305毫米x 1.59毫米(12英寸x 12英寸x 0.0625英寸)的预固化碳纤维/环氧树脂基层压板用121℃(250°F)固化支撑的环氧膜胶粘合在一起。一个样品在层压板中心的152毫米x 152毫米(6英寸x 6英寸)区域中施加有脱模剂，这模拟了“契合”粘结，而另一个粘结的层压体中未施加脱模剂。为确保脱模剂产生不良粘结，在粘合之前将其焙烧至层压板表面。使用能量施加工具110，例如敲击杆，图10a所示的结果示出了契合粘结(弱粘结)样品具有与良好粘结曲线不同的响应曲线。在粘合结构中，本发明也能够检测结合剂厚度的差异。由于粘合剂通常是粘弹性材料，因此粘合剂层越厚，阻尼越大，因此响应也就越不同。

如上所述，本发明提供了应用的简便性和速度，并且可以用于以无损的方式检测和评估微渗漏，总循环衰退，松动的杆/累积，杆空间的衰退，牙齿是否不可恢复，总体衰变，接近牙髓暴露，牙釉质和牙本质裂纹，内部合金断裂，甚至任何生物工程失配，在结构内产生运动的任何缺陷等等。上述的工业或物理结构也是如此。

尽管已经关于特定方面，实施例和其示例描述了本发明，但这些仅仅是说明性的，而不是对本发明的限制。这里对包括摘要和发明内容中的描述的本发明的说明性实施例的描述并非旨在穷尽或将本发明限制于本文公开的确切形式(并且特别是包括任何特定实施例，特征或在摘要或发明内容内的功能不旨在将本发明的范围限制到这样的实施例，特征或功能)。而是，描述旨在描述说明性实施例，特征和功能以便提供本领域普通技术人员理解本发明而不将本发明限制于任何具体描述的实施例，特征或功能，包括任何这样的实施例特征或摘要或发明内容中描述的功能。虽然本文仅出于说明性目的描述了本发明的具体实施例和示例，但是在本发明的精神和范围内，各种等同修改是可能的，如相关领域的技术人员将认识和理解的。如所指出的那样，可以根据本发明的示例性实施例的前述描述对本发明进行这些修改，并且将被包括在本发明的精神和范围内。因此，尽管已经参照本发明的特定实施例描述了本发明，但是在上述公开中意图修改，各种改变和替换的范围，并且将理解，在一些情况下，本发明的实施例的一些特征将是在不脱离所阐述的本发明的范围和精神的情况下在没有相应使用其它特征的情况下使用。因此，可以作出许多修改以使特定的情况或材料适应本发明的基本范围和精神。

贯穿本说明书对“一个实施例”，“实施例”或“特定实施例”或类似术语的引用意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性被包括在至少一个实施例中并不一定存在于所有实施例中。因此，贯穿本说明书各处出现的短语“在一个实施例中”，“在实施例中”或“在特定实施例中”或类似术语不一定指相同的实施例。此外，任何特定实施例的特定特征，结构或特性可以以任何合适的方式与一个或多个其它实施例组合。应该理解的是，根据本文的教导，在此描述和示出的实施例的其它变化和修改是可能的，并且将被认为是本发明的精神和范围的一部分。

在本文的描述中，提供了许多具体细节，诸如组件和/或方法的示例，以提供对本发明实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个特定细节的情况下或者利用其它设备，系统，组件，方法，部件，材料，部件，等等。在其它实例中，没有具体示出或详细描述公知的结构，组件，系统，材料或操作，以避免混淆本发明的实施例的方面。尽管可以通过使用特定实施例来说明本发明，但是这不是且也不将本发明限制为任何特定实施例，并且本领域普通技术人员将认识到，另外的实施例容易理解并且是本发明的一部分。

如本文所使用的，术语“包括”，“包含”，“含有”，“包含”，“具有”，“具有”或其任何其它变化旨在涵盖非排他性包含。例如，包括元素列表的过程，产品，物品或设备不必仅限于那些元素，而是可以包括没有明确列出或者这样的过程，过程，物品或设备固有的其它元素。

此外，除非另有说明，否则如本文所用的术语“或”通常旨在表示“和/或”。例如，满足以下任何一个条件A或B：A为真(或存在)，B为假(或不存在)，A为假(或不存在)，B为真(或存在)，以及A和B都是真实的(或存在)。如本文所使用的，包括随后的权利要求，除非明确指出，否则前面带有“一”或“一个”(以及当先前基础是“一”或“一个”时的“该”)的术语包括单数和复数这样的术语在另外的权利要求内(即，参考“一”或“一个”明确地仅指示单数或仅复数)。而且，如本文描述中所使用的，除非上下文另外明确指出，否则“在……中”的含义包括“在……中”和“在……上”。

Claims (57)

1.一种用于确定对象的结构特性的设备，包括：

壳体，具有开口前端和纵轴；

能量施加工具，安装在所述壳体内部，所述能量施加工具具有搁置配置和激活配置；

驱动机构，支撑在所述壳体内部，所述驱动机构适于在所述搁置配置和所述激活配置之间激活所述能量施加工具以在水平方向施加设定量的能量；以及

测斜仪，适于测量所示能量施加工具相对于水平的倾角，

其中，所述驱动机构基于所述倾角而改变施加的能量的量以在所述搁置配置和所述激活配置之间激活所述能量施加工具，以至少在水平以外的倾角处接近于所述设定量的能量。

2.根据权利要求1所述的设备，还包括：

套筒部，从所述壳体的所述开口前端突出一定距离，所述套筒部具有带有前端和后端的中空的内部以及在所述前端处的对象接触部，所述对象接触部适于使所述对象接触部的至少一部分搁置或按压所述对象的至少一部分；以及

接触特征件，布置在所述套筒部内部，适于在所述套筒部内沿着所述纵轴自由移动或滑动，所述接触特征件包括具有一定长度的本体以及基本封闭的前端，用于基本上封闭所述套筒部的开口前端，以最小化测量期间所述能量施加工具与所述对象之间的直接接触。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述接触特征件的所述封闭的前端包括可移动接触部或变形接触部。

4.根据权利要求2或3所述的设备，还包括一次性特征件，该一次性特征件包围所述设备的一部分，以最小化使用期间所述设备与所述对象之间的接触。

5.根据权利要求2或3所述的设备，还包括从所述套筒部与所述套筒部的所述对象接触面基本上垂直地伸出的翼片。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的设备，其中所述能量施加工具适于将机械能、电磁能或声能施加到对象。

7.根据权利要求2、3、4或5所述的设备，还包括传感器，适于当所述套筒部的对象接触部按压在所述对象上时感测接触力。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中

相对于所述水平方向的所述倾角在零度到约正/负45度的范围内。

9.根据权利要求2-8中任一项所述的设备，其中所述套筒部从所述壳体的所述开口前端沿与所述纵轴基本平行或基本垂直的方向突出。

10.一种用于确定对象的结构特性的设备，包括：

壳体，具有开口前端和纵轴；

能量施加工具，安装在所述壳体内部，所述能量施加工具具有搁置配置和激活配置；

驱动机构，支撑在所述壳体内部，所述驱动机构适于在所述搁置配置和激活配置之间激活所述能量施加工具以在水平方向施加设定量的能量；以及

测斜仪，适于测量所述设备相对于水平的倾角，

其中，所述驱动机构基于所述倾角而改变施加的能量的量以使所述能量施加工具在所述搁置配置和所述激活配置之间移动，以至少在水平以外的倾角处接近于所述设定量的能量。

11.根据权利要求10所述的设备，其中

所述测斜仪包括加速度计。

12.根据权利要求11所述的设备，其中

所述加速度计选自包括三轴加速度计、两轴加速度计和单轴加速度计的组。

13.根据权利要求10、11或12所述的设备，其中

所述驱动机构包括电磁线圈。

14.根据权利要求13所述的设备，其中

所述驱动机构响应于所述倾角的变化而改变提供给所述电磁线圈的功率的量。

15.根据权利要求13所述的设备，其中

所述驱动机构响应于所述倾角的变化而改变所述电磁线圈的通电时间。

16.根据权利要求13所述的设备，其中

所述驱动机构响应于所述倾角的变化而改变所述电磁线圈的通电次数。

17.根据权利要求13所述的设备，其中

所述驱动机构响应于所述倾角的变化而改变所述电磁线圈的多次通电之间的延迟。

18.根据权利要求10-17中任一项所述的设备，还包括布置在所述壳体内部的至少一个光源，以及从所述壳体延伸进入所述套筒部内以携带来自所述至少一个光源的光的至少一个光导管。

19.根据权利要求10-18中任一项所述的设备，其中

所述对象在测量期间为静止或移动的。

20.一种用于以非破坏性方式测量对象的结构特性的设备，包括：

壳体，具有中空的内部、纵轴和开口前端，来自能量施加工具的能量从所述开口前端穿过以到达要测量的对象，所述能量施加工具安装在所述壳体内部，用于向所述对象施加能量，并且所述能量施加工具具有搁置位置和激活位置；以及

驱动机构，支撑在所述壳体内部并且耦接到所述能量施加工具，所述驱动机构适于重复施加能量以用基本等量的力来冲击对象，无论设备的纵轴是处于基本水平的位置还是与水平位置成小于最大约+/-45度的角度。

21.根据权利要求20所述的设备，其中

所述角度小于约+/-30度。

22.根据权利要求20或21所述的设备，还包括：

套筒部，从所述壳体的所述前端延伸，所述套筒部具有位于其自由开口端处的对象接触部，并且适于使所述对象的至少一部分接触所述开口端的所述对象接触部的至少一部分。

23.根据权利要求22所述的设备，其中

其中所述套筒部从所述壳体的所述开口前端沿与所述纵轴基本平行或基本垂直的方向突出。

24.根据权利要求20-23中任一项所述的设备，其中

所述驱动机构包括线圈。

25.根据权利要求22所述的设备，还包括：

接触特征件，布置在所述套筒部内部，适于在所述套筒部内沿着所述套筒部的所述纵轴自由移动或滑动，所述接触特征件包括具有一定长度的本体以及基本封闭的前端，用于基本上封闭所述套筒部的开口前端，以最小化测量期间所述能量施加工具和所述对象之间的直接接触。

26.根据权利要求22、23、24或25所述的设备，还包括从所述套筒部与所述套筒部的所述对象接触面基本上垂直地伸出的翼片。

27.根据权利要求22所述的设备，还包括传感器，适于感测所述套筒部的所述对象接触部按压在所述对象上时的接触力。

28.根据权利要求27所述的设备，还包括可移动力传递类套筒状部件，朝向所述壳体的开口前端布置，用于将所述套筒部和所述对象之间的所述接触力传递给所述传感器。

29.根据权利要求22-28中任一项所述的设备，还包括布置在所述壳体中的至少一个光源，以及从所述壳体延伸到所述套筒部内以携带来自所述至少一个光源的光的至少一个光导管。

30.根据权利要求20-29中任一项所述的设备，其中

所述要测量的对象为静止或移动的。

31.根据权利要求20或21所述的设备，其中

所述力的量在约20牛顿至约30牛顿之间。

32.根据权利要求20-28中任一项所述的设备，还包括抗菌涂层。

33.一种用于确定对象的结构特性的设备，包括：

壳体，具有开口前端、纵轴和安装在所述壳体内部的能量施加工具，所述能量施加工具具有搁置位置和激活位置，所述能量施加工具适于在其激活位置以最小的冲击能量冲击所述对象，以生成来自所述对象的响应；

驱动机构，支撑在所述壳体内部，适于在所述搁置位置和激活位置之间激活所述能量施加工具以在水平方向施加设定量的能量；以及

测斜仪，适于测量所述能量施加工具相对于水平的倾角，

其中，所述驱动机构基于所述倾角而改变施加的能量的量以在所述搁置位置和所述激活位置之间激活所述能量施加工具，以至少在水平以外的倾角处接近于所述设定量的能量。

34.根据权利要求33所述的设备，其中

所述能量施加工具由重量轻的材料制成，能够以较慢的速度移动，并且其组合能够最小化对要测量的对象的冲击能量。

35.根据权利要求33或34所述的设备，其中

所述驱动机构适于减小能量施加工具的加速度，以最小化对要测量的对象的冲击能量。

36.根据权利要求33-35中任一项所述的设备，其中

所述要测量的对象为静止或移动的。

37.根据权利要求33-36中任一项所述的设备，还包括

套筒部，从所述壳体的所述开口前端延伸，用于以力接触所述要测量的对象的至少一部分，所述力被未物理耦合至所述能量施加工具的力传感器监控。

38.根据权利要求37所述的设备，其中

所述力传感器围绕所述能量施加工具。

39.根据权利要求37所述的设备，其中

所述力传感器被定位为离开所述壳体的所述开口前端。

40.一种用于测量对象的结构特性的系统，包括：

设备，包括：

壳体，具有中空的内部、纵轴和开口前部；

能量施加工具，安装在所述壳体内部，用于向所述对象施加能量，并且所述能量施加工具具有搁置位置和激活位置，并且施加能量通过所述壳体的所述开口前部以冲击要测量的所述对象；以及

驱动机构，支撑在所述壳体内部并且耦接到所述能量施加工具，所述驱动机构适于重复施加能量以用基本等量的力来冲击对象，无论设备的纵轴是处于基本水平的位置还是与水平位置成小于最大约+/-45度的角度，所述驱动机构包括感测系统或测量系统；以及

计算机，耦接到所述设备，用于控制所述能量施加工具并且用于分析由设备收集的任何数据。

41.根据权利要求39所述的系统，其中

所述系统在一定时间间隔内测量敲击响应，用于生成敲击响应对时间的分布图。

42.根据权利要求40所述的系统，其中

所述敲击响应包括作为施加能量的结果的能量施加工具的位移或从对象反射的能量。

43.根据权利要求40或41所述的系统，其中

正常牙齿的所述分布图不同于受损牙齿的分布图。

44.根据权利要求42所述的系统，其中

所述受损牙齿的不同分布图代表不同的缺陷种类、不同的缺陷位置、缺陷部位的数量及其组合。

45.一种用于确定对象的结构特性的设备，包括：

壳体，具有开口前端和纵轴；

接触部，适于接触对象；

能量施加工具，安装在所述壳体内部，所述能量施加工具具有搁置配置和激活配置；

至少一个力传递部件，适于沿着所述纵轴将外部接触力从所述接触部传递至另一部件，并且不直接耦接至所述能量施加工具；

驱动机构，支撑在所述壳体内部，所述驱动机构适于在所述搁置配置和激活配置之间激活所述能量施加工具以在水平方向施加设定量的能量；

测斜仪，适于测量所述设备相对于水平的倾角，

其中，所述驱动机构基于所述倾角而改变施加的能量的量以在所述搁置配置和所述激活配置之间移动所述能量施加工具，以至少在水平以外的倾角处接近于所述设定量的能量；以及

力传感器，适于测量通过所述至少一个力传递部件传递的所述外部接触力。

46.根据权利要求44所述的设备，其中

所述至少一个力传递部件刚性耦接到所述接触部。

47.根据权利要求44所述的设备，其中

所述至少一个力传递部件包括刚性耦接至所述驱动机构的力传递套筒。

48.根据权利要求44-46中任一项所述的设备，其中

所述力传感器沿着所述纵轴定位在所述至少一个力传递部件与所述壳体内的相对固定部件之间，使得所述外部接触力将所述力传感器推抵所述相对固定部件，所述相对固定部件未刚性耦接到所述至少一个力传递部件。

49.根据权利要求44-45中任一项所述的设备，其中

所述力传感器沿着所述纵轴定位在所述至少一个力传递部件与所述壳体内的相对固定部件之间，使得所述外部接触力将所述力传感器推抵所述相对固定部件，所述相对固定部件包括所述驱动机构。

50.根据权利要求44所述的设备，其中

所述力传感器选自包括一个应变仪、多个应变仪、压电传感器、力感测电阻器和线性位置传感器的组。

51.根据权利要求44所述的设备，还包括与所述力传感器分离的感测机构，所述感测机构适于测量来自所述能量施加工具的能量值。

52.根据权利要求44所述的设备，其中

所述接触部和所述至少一个力传递部件响应于所述外部接触力而沿所述纵轴相对于所述力传感器、所述壳体和所述能量施加工具平移，以传递至所述力传感器。

53.一种用于确定对象的结构特性的设备，包括：

壳体，具有开口前端和纵轴；

套筒部，从所述壳体的所述开口前端突出一定距离，所述套筒部具有带有前端和后端的中空的内部以及在所述前端处的对象接触部，所述对象接触部适于使所述对象接触部的至少一部分搁置或按压所述对象的至少一部分；

能量施加工具，安装在所述壳体内部，所述能量施加工具具有搁置配置和激活配置，所述激活配置适于冲击所述对象；

驱动机构，支撑在所述壳体内部，所述驱动机构适于通过调节能量施加过程以在测量期间模仿基本水平的位置而在所述搁置配置和激活配置之间激活所述能量施加工具；

感测或测量机构，耦合到所述能量施加工具，适于感测或测量冲击之后来自对象或能量施加工具的响应；以及

测斜仪，适于测量所述能量施加工具相对于水平的倾角，

其中，所述驱动机构在保持所述能量施加冲击到所述对象时的相同的初始速度的同时，在所述搁置配置和激活配置之间改变能量施加工具的行进距离。

54.根据权利要求52所述的设备，其中

所述行进距离在约2mm至约4mm之间的范围。

55.根据权利要求52或53所述的设备，还包括力传感器，适于测量所述套筒的所述对象接触部搁置或按压所述对象的至少一部分时的力。

56.根据权利要求54所述的设备，其中

当所述力在预定范围内时，所述力传感器适于激活所述驱动机构。

57.根据权利要求54所述的设备，其中

所述力传感器包括力敏电阻器、压电传感器、一个或多个应变仪。

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