CN112539868A - 经表面检测球体囊内压与表面切线张力方法与设备 - Google Patents

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    • A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis

Abstract

一种经表面检测囊体内压与表面切线张力的方法与设备，其特征是：采用带推拉变应传感器的钝刃形测量头，其检测的F力可以换算为来自钝刃两侧张力T，从而量化出某一方向张力；以两支撑足与测量头形成半径测量单元，以复位归零的步进电机推动测量头与球体表面逐渐接近，至接触时，推拉传感器产生输出信号，触发电脑同步采集步进电机累计步数与推拉传感器输出数值，根据步进电机累计步数和其他常数，计算出囊体曲面半径，步进电机继续推动检测头压向皮肤和球体表面，电脑同步采集步进电机新增累计步数与推拉传感器输出数值，结合计算的曲面半径，计算囊性球囊内压力，实现对人体皮肤和囊体表面切线张力与压力测量。

Description

经表面检测球体囊内压与表面切线张力方法与设备
技术领域
本发明系一种经表面检测囊体内压与表面切线张力的方法与设备，是在早先发明专利201210196575.6 便携式弹性软质囊体囊内压测定仪第一代产品基础上重新设计开发的第二代检测仪。
背景技术
发明人早前提出了201210196575.6 《便携式弹性软质囊体囊内压测定仪》的专利申请，已授权颁证。在仪器研制完成后进行的检测试验中发现，该方法不仅可检测出囊体内压，而且可检测出囊体表面切线张力，在大量实验数据分析基础上，提出了发明申请201410188759.7《经表面球体囊内压与表面切线张力检测方法》，系一种对囊体内压与切线张力检测的理论模型与实际数值转换的计算公式,由于在申请时错误的将该专利作为201210196575.6 《便携式弹性软质囊体囊内压测定仪》的分案申请提交，而新增内容未在原申请中提及,不符合专利法规定而被驳回。发明申请201410188759.7《经表面球体囊内压与表面切线张力检测方法》中列出的试验结果显示，201210196575.6 《便携式弹性软质囊体囊内压测定仪》检测出的位移值W与囊体压力P，囊体半径（R）线性关系很差，难以准确测量、圆形压帽也不能明确张力方向、需要额外囊体半径检测工具的配合等缺点，虽然该专利已经变更为本发明人与申请人的，但未能实现原型产品上市。
针对使用《便携式弹性软质囊体囊内压测定仪》检测的位移值（W）与囊体压力P，半径（R）的实际数据线性关系不佳，本发明人仔细分析了《经表面球体囊内压与表面切线张力检测方法》描述的数学模型W＝αF＝α(F1+F2)＝α(Tccosθ+Ps)＝Tαccosθ+Pαs＝PRα2πrcosθ/2+Pαπr2＝P(Rα2πrcosθ/2+απr2)中的各个参数的变异性，其中，W=αF，α为弹簧系数，F为压帽总受力， F=F1+F2；F1 为囊体表面切线张力T的分力，T=PR/2； F1=Tccosθ=PRccosθ/2，F2为囊内压P产生的力，F2=Ps；囊体半径R,压帽半径r，面积s=πr2，压帽周长c=2πr；发现夹角θ因为检测时弹簧不断被压缩而不断变化，cosθ是线性关系不佳的主要原因，该模型F1与F2混合计算复杂，也影响关系计算。
为此，本发明人进行了全新设计，采用带推拉变应传感器的钝刃形测量头，测量头面积s缩小到忽略不计，从而消除无法判别张力方向的F2=Ps因素，将无法判别方向的圆形压帽,代之以钝刃形测量头,其检测的张力T来自钝刃两侧，能够检测张力方向，取消弹簧,代之以应变片传感器,其形变可以忽略不计，也消除了α系数影响；以两支撑足与测量头形成半径测量单元，以复位归零的步进电机推动测量头与皮肤或球体表面逐渐接近，电脑同步采集步进电机累计步数,至测量头与囊体表面接触时，推拉传感器产生输出信号，触发电脑根据同步采集步进电机累计步数与其他常数，计算出球体曲面半径，步进电机继续推动测量头压向皮肤和球体表面，电脑同步采集步进电机新增累计步数与推拉传感器输出数值，取同等新增累计步数的推拉传感器输出数值，在测量角度θ相同的情况下，计算皮肤及囊性球体表面切线张力与囊内压力；最终数学模型简化如下：
F＝2TLCosθ＝PRlCosθ,其中，F为测量头测定的压力数值，F 为囊体表面切线张力T的分力，T=PR/2(单位N/米),L为钝刃测量头的刃长(单位为米)。
采用这种全新设计之后，可以直接测量出囊体表面切线张力,并自动测量计算出曲面半径，进而计算出球体囊内压，也可以用于测量人体皮肤张力，预判妊娠纹发生危险性。
发明内容
本发明系一种经表面检测囊体内压与表面切线张力的方法与设备，是早先第一代产品：专利号201210196575.6 便携式弹性软质囊体囊内压测定仪的换代检测仪。
下面结合附图与实施例对本发明进行详细说明。
图1为经表面检测囊体内压与表面切线张力的方法与设备结构示意图；
图1A为图1的A向剖视图；图1B为图1的B向剖视图；图1C为图1的局部剖视图；
图2为经表面检测囊体内压与表面切线张力的方法与设备的组件视图；
图3、图3A为经表面检测囊体内压与表面切线张力的方法与设备工作状态示意图；
图4为经表面检测囊体内压与表面切线张力的方法与设备的半径测量原理示意图；
图5为经表面检测囊体内压与表面切线张力的方法与设备的切线张力与囊体内压测量原理示意图；
图中 1 壳体 1.1 单片机室 1.2 步进电机室 1.3 步进电机固定槽 1.4步进电机固定孔 1.5 测量室 1.6 导轨固定槽 1.7 支撑足 2 测量组件 2.1 步进电机 2.2 丝杆2.3 滑块 2.4 导轨 2.5 近限位开关 2.6 远限位开关2.7 触臂 2.8 连杆 2.9 推拉力传感器 2.10 短臂 2.11 测量头 3 计算控制单元 3.1 单片机 3.2 显示屏 3.3 按钮 3.4电缆接口 3.5可充电电池 R 为囊体曲面半径(单位为米) H0 滑块零位时测量头（2.11）与两支撑足（1.7）连线垂直距离(单位为米) H1 测量头（2.11）自零位移动至与囊体曲面接触时的距离(单位为米) H 测量头（2.11）与囊体曲面接触点至两支撑足（1.7）连线垂直距离(单位为米) W 两支撑足（1.7）间距半宽(单位为米) H2 测量头（2.11）自与囊体曲面接触点继续向前移动距离 (单位为米) P 囊体内压力（单位为帕Pa） L 测量头钝刃刃长(单位为米) θ测量头钝刃压迫囊体表面后形成的夹角 T 囊体曲面切线张力(单位N/米) F 测量头检测的推力(单位N/米)。
图1、图1A、图1B、图1C、图2所示经表面球体囊内压与表面切线张力检测方法与设备，它包括壳体（1）、测量组件（2）与计算控制单元（3）。
图1、图1A、图1B、图1C、图2所示经表面球体囊内压与表面切线张力检测方法与设备，其壳体（1）上端呈圆柱形，下端为椭圆形；最上端为单片机室（1.1）、其下接步进电机室（1.2）、步进电机固定孔（1.3）与步进电机固定槽（1.4）；再向下为测量室（1.5）,其椭圆形侧壁上，设有导轨固定槽（1.6）；最下端为两支撑足（1.7）。
图1、图1A、图1B、图1C、图2所示经表面球体囊内压与表面切线张力检测方法与设备，其测量组件（2）的步进电机在壳体（1）的步进电机室(1.2)内卡入步进电机固定槽（1.4）中，并经步进电机固定孔（1.4）加固；步进电机（2.1）的丝杆（2.2）推动滑块（2.3）沿导轨（2.4）运动，近限位开关(2.5)与远限位开关滑块（2.6）安装于壳体（1）的测量室（1.5）的侧壁上,滑块（2.3）上的触臂（2.7）置于近限位开关(2.5)与远限位开关滑块（2.6）之间；自滑块（2.3）上向下伸出的连杆（2.8）末端与推拉力传感器（2.9）固定连接，推拉力传感器（2.9）的另一端通过短臂（2.10）接测量头（2.11）,测量头（2.11）呈钝刃形。
图1、图1A、图1B、图1C、图2所示经表面球体囊内压与表面切线张力检测方法与设备，其计算控制单元（3)的单片机（1.1）安置于壳体（1）的单片机室中，显示屏（3.2）与按钮（3.3）朝向上方；电缆接口（3.4）自侧壁上露出；可充电电池（3.5）则安置于壳体（1）适当空间内。
图3，图3A，图4所示经表面球体囊内压与表面切线张力检测方法与设备，使用时，打开电源，按启动键，程序驱动步进电机（2.1）反转，触臂（2.7）与近限位开关（2.5）接触，开关信号滑块（2.3）位置归零（图3），程序驱动步进电机（2.1）正转，并开始累计步进电机步数；滑块（2.3）推动测量头（2.11）向远位开关移动H1距离后与囊体表面接触（图3A），受囊体曲面切线张力T产生推拉力信号F，F值开始被单片机记录，并记录移动H1距离的步进电机步数累计值；H0为检测头处于零位时与两支撑足连线的垂直距离，W为两支撑足半宽度；图4所示，曲面半径R计算公式为：
R2=W2+(R-H)2
R2=W2+R2-2HR+H2
2HR=W2+H2
R=W2/2H+H/2
R=W2/2(H0-H1)+(H0-H1)/2。
图3，图3A，图5所示，滑块推动检测头与囊体表面接触，受囊体曲面切线张力T产生推拉力信号F后，步进电机继续推动检测头向前移动H2距离，H2与W之间产生夹角θ，切线张力T=RP/2，R为曲面半径，P为囊体内压，L为检测头钝刃长度，则：
F=2TLCosθ；F=RPLCosθ
T=F/2LCosθ；P=F/PLCosθ。

Claims (4)

1.一种经表面检测囊体内压与表面切线张力的方法与设备，其特征是：它包括壳体（1）、测量组件（2）与计算控制单元（3）；以壳体（1）两支撑足（1.7）与复位归零的测量头（2.11）形成半径测量单元，当步进电机(2.1)推动测量头(2.11)自零位向球体表面逐渐接近时，电脑同步采集步进电机累计步数与推拉传感器输出数值，至测量头(2.11)与囊体表面接触时，推拉力传感器产生输出信号，触发单片机根据步进电机累计步数和其他常数，计算出测量点球体曲面半径R=W2/2(H0-H1)+(H0-H1)/2；其中， H0为滑块零位时测量头（2.11）与两支撑足（1.7）连线垂直距离(单位为米)，H1为测量头（2.11）自零位移动至与囊体曲面接触时的距离(单位为米) ，W为两支撑足（1.7）间距半宽(单位为米)；步进电机则继续推动检测头压向球体表面，电脑同步采集步进电机新增累计步数与推拉传感器输出数值，推拉力传感器(2.9)测得的测量头受力F (单位N/米)，F＝2TLCosθ＝PRlCosθ,其中，T=PR/2(单位N/米), T为囊体曲面切线张力(单位N/米)，L为钝刃测量头的刃长(单位为米) ，P为囊体内压力（单位为帕Pa），θ为测量头钝刃压迫囊体表面后形成的夹角；转换计算T＝F/2LCosθ,张力T方向与钝刃垂直；P=F/PLCosθ；可以用于测量囊体与人体皮肤切线张力与内部压力。
2.权利要求1所述一种经表面检测囊体内压与表面切线张力的方法与设备，其特征是：其壳体（1）上端呈圆柱形，下端为椭圆形；最上端为单片机室（1.1）、其下接步进电机室（1.2）、步进电机固定孔（1.3）与步进电机固定槽（1.4）；再向下为测量室（1.5）,其椭圆形侧壁上，设有导轨固定槽（1.6）；最下端为两支撑足（1.7）。
3.权利要求1所述一种经表面检测囊体内压与表面切线张力的方法与设备，其特征是：其测量组件（2）的步进电机在壳体（1）的步进电机室(1.2)内卡入步进电机固定槽（1.4）中，并经步进电机固定孔（1.4）加固；步进电机（2.1）的丝杆（2.2）推动滑块（2.3）沿导轨（2.4）运动，近限位开关(2.5)与远限位开关滑块（2.6）安装于壳体（1）的测量室（1.5）的侧壁上,滑块（2.3）上的触臂（2.7）置于近限位开关(2.5)与远限位开关滑块（2.6）之间；自滑块（2.3）上向下伸出的连杆（2.8）末端与推拉力传感器（2.9）固定连接，推拉力传感器（2.9）的另一端通过短臂（2.10）接测量头（2.11）,测量头（2.11）呈钝刃形。
4.权利要求1所述一种经表面检测囊体内压与表面切线张力的方法与设备，其特征是：其计算控制单元（3)的单片机（1.1）安置于壳体（1）的单片机室中，显示屏（3.2）与按钮（3.3）朝向上方； 电缆接口（3.4）自侧壁上露出；可充电电池（3.5）则安置于壳体（1）适当空间内 。
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