CN2102511U - 生物材料力学特性测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一生物材料力学特性测试装置，主 要由机体、横梁、垂臂、动力及其传动系统、张力传感 及位移数显系统和相应的夹持具等构成。垂臂和传 力杆可垂于液中，从而使试样在给定溶液中受试。动 力及其传动系统使横梁上下运行，使夹持在两夹持具 间的试样发生长度和张力变化。后者分别通过位移 数显和力传感系统转为电信号输入记录系统。本实 用新型分I、II两型，可用于动物和人类软组织力学 特性测定。

Description

本实用新型涉及一种动物及人类软组织力学特性测试装置。适用于肌肉组织（如骨骼肌、心肌、胃肠壁及血管壁等）、肌腱、韧带、筋膜及皮肤等软组织以及某些人工仿生材料的力学特性测定。

目前国内外的材料试验机不能使试样在溶液中受试，因而不适用于生物材料的力学测试。

本实用新型的目的在于设计一种能使试样处于用户所给溶液中受试的力学测试装置，以适应于生物软材料及仿生材料在模拟生理及病理环境中的力学特性测定，并力图结构简单、造价低廉、方便实用。

本实用新型包括Ⅰ、Ⅱ两型  主要由箱体1、支架3及上帽3A、动力及其传动系统、张  力传感系统、形变（位移）监测系统及控制系统等组成。以下分述之：

Ⅰ型：如图1所示，该型装置的支架3与上帽3A构成一高约40～250cm、宽30～100cm的“门”形结构。3的下端与箱体1两侧壁结合形成主机体。箱体1为一铸件，其上面前部为一斜面，供安装控制面板2用；内部装有电机、动力传动系统及电气系统。控制面板2上面设有主机电源开关33及指示灯34、上升键35、下降键36及升降指示灯37、清零键38、暂停键39、变速钮40、位移显示器13A、B及位移信号输出和加荷自控信号输入插口41、42。支架3为一宽10～16cm、深5～10cm的槽状结构，左右槽内各容一金属丝杆4于其中；4的上端装于3A，下端装于箱底，两端均装在轴承内。横梁5为一宽5～15cm、厚3～15cm、长度与两丝杠间距相适应的长方体形结构。其两端各有一丝杠螺母与4咬合。5的中部有一传力杆孔6以容传力杆9通过。5上还装有垂臂7，7的下端装有下夹持具固定器10B，以安装下夹持具12用。张力传感器8（已有技术）装在上帽3A上。传力杆9为一直径0.1～1.0cm的金属杆，穿过传力杆孔6悬挂于8上，其长度可达到水浴液面；9的下端装有上夹持具固定器10A，以安装上夹持具11。箱体的上面罩一盖，称载物台14，以放置溶液容器。借助于垂臂7和传力杆9及其下端的夹持具即可使试样置于溶液中受试。

图2示箱体及其中的动力及其传动系统。箱体1内有两壁式轴座25（A、B）和两涡杆座24。Ⅰ轴18上装有涡轮17、主动齿轮19和通光盘23。Ⅱ轴21上装有从动齿轮20。18和21的两端均通过相应的轴承装于25的孔内。涡杆16与涡轮17咬合。16的两端载轴承装于两涡杆座24内，其近电机端与电机的轴交接。Ⅱ轴21的两端在其伸过25（A、B）外的部分各装一伞齿轮32（A、B）。两丝杠4的下端也各装一与此相咬合的伞齿轮22（A、B）。通光盘23上有一圈通光孔，盘两侧分别设有光源26和光敏元件27。当电机转动时，通过涡杆涡轮带动18及23转动，又通过主动和从动齿轮19、20带动Ⅱ轴21及其两端的伞齿轮32（A、B）转动，后者分别带动伞齿轮22（A、B）及丝杠4（A、B）转动，进而带动横梁5做上下运动。5运动的距离就等于试样一维形变，它与通光盘23所转过的孔数间有一定关系。因而通过26和27将23转过的孔数计数，并将其代表的长度值显示在位移显示器上和／或同步输入到记录系统，便可监测试样的形变。

电气系统：由直流或交流电机（已有技术）提供动力。电路主要包括整流（用直流电机时）、稳压、稳速、转向、变速、快制动、位移计数、加荷自控及行程安全保险等部分。行程安全保险装置设在支架3内，14后部设有保险管座。转向控制包括手动和遥控两种方式。遥控器装在记录仪上。位移计数采用光电数显电路。位移量既可由显示器直接显示，也可同时将光电信号输入记录装置记录。当接通电源，开启33时，34亮；13A、B设初值为零。按下降键36时，横梁5开始下行，如在两夹持具间夹持试样，后者即被拉长，13A开始计数（延长量）；经任一时间后，再按上升键35，5便转而上行，试样转而缩短，13A停止计数而13B开始计数（缩短量）。如欲机器停止运行，则按暂停键39。这时电机停转，横梁停运，两显示器分别保留显示升、降位移量。若要重复运行，按压38使显示器清零再重复上述操作。

该实用新型设有加荷自动遥控系统，遥控器装在记录装置上，其功能是自动控制电机反转时间－亦即试样的最大受试张力，提高操作的自动化程度。

Ⅱ型：其外形如图3所示，其内部结构如图4、5所示。它只有一根丝杠4，另有一导向轴25，见图4、5。横梁5中部有一丝杠螺母以容许4旋转通过；5的另一端有一导向孔，容25通过以使的运行方向垂直。丝杠4两端分别安装在箱体1中轴承座28内的轴承29和上帽3A上相应孔内的轴承31中。横梁5安装在丝杠4和导向轴25上；其另一端水平伸向载物台14的中部上方，该端装有垂臂7。涡轮17装在丝杠4的下端。涡杆16两端分别安装在蜗杆座19、20中的轴承21、22内。16在19一端的伸长部分通过一连接装置18与电机15的轴相交接。这样，电机15的转动便带动涡杆16转动，16带动涡轮17及丝杠4转动，4带动横梁5沿25做上下运行。其位移可通过由通光盘23、光电系统26、27及位移 显示器等组成的形变监测系统反映出来。垂臂、传力杆、夹持具的安装、工作方式及试样夹持和受试过程及原理均同Ⅰ型。

Ⅱ型的电气部分和控制面板的设置同Ⅰ型。

夹持具：有两种，一种是钩式，如图6所示，适应于环状试样的夹持；安装时，将上、下钩分别安入上、下夹持具固定器10A、10B内，两钩尖端平行。另一种呈夹式，如图7、8所示，适应于条状试样的夹持。安装时将下夹具的固定柄固定于10B内，上夹具悬挂到夹在10A的钩上。

使用时，先将一升降台（已有技术）平放在载物台14上，上面再放一恒温电磁搅拌器（已有技术），将盛有所需溶液的水浴杯安放在该搅拌器上，按需要进行定温搅拌、加热。将传感器8的输出端与记录装置的输入端相连，并供给8所需电压。将加荷自控器安装于记录仪上，将其输出端插入加荷自控信号输入插口。安装所需夹持具。待水浴温度满意时，即可测试。由于垂臂和传力杆可垂于水浴杯中，从而可使试样处在用户所提供的任意溶液中受试，这是本实用新型能够适合生物力学特性测试的关键。上夹持具安装在与传感器相连的传力杆下端，其位置在测试过程中不变；下夹持具安装在垂臂下端，电机的转动可使横梁上下运行，两夹持具间距随之变化，这就使夹持在两夹持具上的试样发生长度及张力变化，后者通过传感器将张力信号转变为电信号输入到记录仪或计算机上。试样的延长和缩短可分别通过两个位移显示器显示出来，并可同时输入到上述记录装置与张力信号同步记录，以便分析。本实用新型是生物、医学界进行生物力学研究的必要设备。

附图1为本实用新型之Ⅰ型外观示意图。其中1－箱体、2－控制面板、3－支架、3A－支架上帽、4A－左旋丝杠、4B－右旋丝杠、5－横梁、6－传力杆孔、7－垂臂、8－张力传感器、9－传力杆、10A－上夹持具固定器、10B－下夹持具固定器、11－上夹持具、12－下夹持具、13A－上位移显示器、13B－下位移显示器、14－载物台、33－主机电源开关、34－主机电源指示灯、35及36－上升及下降键、37－升降指示灯、38－显示器清零键、39－暂停键、变速钮。

附图2为Ⅰ型箱体及其内部结构示意图。其中15－电机、16－涡杆、17－涡轮、18－Ⅰ轴、19－主动齿轮、20－从动齿轮、21－Ⅱ轴、22（A、B）－伞齿轮、23－通光盘、24－涡杆座、25（A、B）－轴座、26－光源、27－光敏元件、32（A、B）－伞齿轮。

附图3为本实用新型之Ⅱ型外观示意图。

附图4、5为Ⅱ型内部结构示意图。其中1－17所代表的与Ⅰ型者相同。18－连接装置、19和20－涡杆座、21、22、29、31－轴承、25－导向轴、26－光源、27－光敏元件、28－丝杠轴承座。

附图6为本实用新型之钩式夹持具示意图。

附图7为本实用新型之夹式夹持具的上夹持具示意图。

附图8为本实用新型之夹式夹持具的下夹持具示意图。

Claims (5)

1、一种由箱体、支架、动力系统、控制系统、张力传感系统和形变监测系统等组成的生物材料力学特性测试装置，其特征在于该装置设有支架3，3上装有上帽3A，3内装有丝杠4，4上端入3A，下端装于箱体1底部，有一横梁5通过其两端的丝杠螺母安装在两丝杠上，或通过丝杠螺母和导向孔安装在丝杠和导向结构上；箱体上设有载物台14用以装载容器，容器内盛有溶液。

2、根据权利要求1所述的生物材料力学特性测试装置，其特征在于该装置的横梁5中部设有传力杆孔6和垂臂7，7下端装有夹持具固定器及相应夹持具；上帽3A上装有传感器8，8上悬挂传力杆9，后者穿过传力杆孔6下垂，其下端装有上夹持具固定器及上夹持具。垂臂及传力杆下端垂于载物台上容器中的溶液中。

3、根据权利要求1所述的生物材料力学特性测试装置，其特征在于该装置上装有位移监测系统，它包括位移显示器、通光盘、光敏元件、光源及位移信号输出系统。

4、根据权利要求1所述的生物材料力学特性测试装置，其特征在于该装置设有加荷自动遥控系统。

5、根据权力要求1和2所述的生物材料力学特性测试装置，其特征在于该装置的夹持具有钩式和夹式。

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