ES2340232B1 - DEVICE FOR THE DETERMINATION OF ONE OR VARIOUS LOADS OF SUPPORT AND PROCEDURE FOR OBTAINING SUCH LOADS. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para la determinación de una o varias cargas de apoyo y procedimiento de obtención de dichas cargas.Device for the determination of one or several support charges and procedure for obtaining said loads
La presente invención consiste en un dispositivo para la determinación de cargas de apoyo, bien sean estáticas, bien sean dinámicas. Es también objeto de la invención el conjunto de etapas que permiten obtener las cargas a partir de dicho dispositivo. El dispositivo hace uso de una plataforma de lectura de la carga por medio de la detección del campo de desplazamientos provocado por el apoyo. A partir de estos desplazamientos se obtienen las cargas que los provocan. El dispositivo tiene especial interés en la evaluación de cargas de módulo pequeño, por ejemplo provenientes de la pisada de un roedor, dado que es un tipo de carga para la que no existen dispositivos con la suficiente resolución espacial y respuesta temporal para determinar la distribución de presiones.The present invention consists of a device for the determination of support loads, either static, or Be dynamic. Also the object of the invention is the set of stages that allow to obtain the loads from said device. The device makes use of a reading platform of the load by means of the detection of the field of displacements caused by support. From these displacements, they get the charges that cause them. The device has special interest in the evaluation of small module loads, for example coming from the tread of a rodent, since it is a type of load for which there are no devices with sufficient resolution spatial and temporal response to determine the distribution of pressures
Description
Dispositivo para la determinación de una o varias cargas de apoyo y procedimiento de obtención de dichas cargas.Device for the determination of one or several support charges and procedure for obtaining said loads
La presente invención consiste en un dispositivo para la determinación de cargas de apoyo, bien sean estáticas, bien sean dinámicas.The present invention consists of a device for the determination of support loads, either static, or Be dynamic.
Es también objeto de la invención el conjunto de etapas que permiten obtener las cargas a partir de dicho dispositivo.Also the object of the invention is the set of stages that allow to obtain the loads from said device.
El dispositivo hace uso de una plataforma de lectura de la carga por medio de la detección del campo de desplazamientos provocado por el apoyo. El dispositivo tiene especial interés en la evaluación de cargas de módulo pequeño, por ejemplo provenientes de la pisada de un roedor, dado que es un tipo de carga para la que no existen dispositivos con la suficiente resolución espacial y respuesta temporal para determinar la distribución de presiones.The device makes use of a platform of load reading by detecting the field of displacements caused by support. The device has special interest in the evaluation of small module loads, for example from the tread of a rodent, since it is a type charging for which there are no devices with enough spatial resolution and temporal response to determine the pressure distribution.
A partir del campo de desplazamientos en la plataforma es posible determinar la fuerza o fuerzas que la origina, datos muy relevantes por ejemplo para el estudio de animales con posibles patologías que afectan a sus movimientos.From the field of displacements in the platform is possible to determine the force or forces that originates it, very relevant data for example for the study of animals with possible pathologies that affect your movements.
La plataforma dispone de un conjunto de componentes para el registro de imágenes de interferometría correspondientes a la deformación de una placa. Las imágenes son procesadas posteriormente para determinar las cargas que originan las deformaciones de la placa.The platform has a set of components for recording interferometry images corresponding to the deformation of a plate. The images are subsequently processed to determine the charges that originate The deformations of the plate.
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Existen diversos medios para medir cargas dependiendo de los valores de la carga y el modo en el que son aplicadas.There are various means to measure loads depending on the load values and the way in which they are Applied
Las galgas extensométricas permiten medir deformaciones longitudinales. Seria preciso manejar una malla de bandas extensométricas que diera información del campo de deformaciones, el cual una vez integrado nos informarla del campo de desplazamientos, a partir del cual se podrían deducir las cargas. Existe también la limitación de que poseen unas dimensiones excesivamente elevadas para aplicaciones en las que es necesario obtener medidas con alta resolución espacial.The strain gauges allow measuring longitudinal deformations It would be necessary to handle a mesh of strain gauges that gave information on the field of deformations, which once integrated inform us of the field of displacements, from which charges could be deducted. There is also the limitation that they have dimensions excessively high for applications where it is necessary Obtain measurements with high spatial resolution.
Si bien la invención está orientada a la determinación de cargas independientemente de su origen, tiene especial interés el ámbito de análisis de pequeños animales que tienen una pisada del orden de la decena de gramo. La carga tan reducida y las dimensiones de la pisada imponen resoluciones muy elevadas que suponen un reto que no es resuelto por cualquier medio de determinación de cargas.While the invention is oriented to the load determination regardless of origin, has special interest the field of analysis of small animals that They have a tread of the order of the tenth of a gram. The load so reduced and the dimensions of the tread impose resolutions very high that pose a challenge that is not solved by any means of load determination.
Se conoce la patente con número de publicación US6715444 en el que se describe un método y dispositivo para la medida de frecuencias asociadas a un determinado comportamiento de un animal.The patent with publication number is known US6715444 describing a method and device for the measurement of frequencies associated with a certain behavior of an animal.
En esta patente también se considera el análisis de un roedor capaz por ejemplo de arañar. El roedor se sitúa sobre una jaula de cría y con un conjunto de detectores se analiza la frecuencia de las solicitaciones ejercidas por el roedor sobre la jaula. El análisis de estas señales permite estudiar el comportamiento del roedor comparando la señal con diversos patrones.This patent also considers the analysis from a rodent capable of scratching, for example. The rodent sits on a breeding cage and with a set of detectors the frequency of requests made by the rodent on the cage. The analysis of these signals allows to study the rodent behavior comparing the signal with various patterns.
En este dispositivo no es posible determinar la fuerza del apoyo del roedor sobre la jaula sino que las medidas recogen resultantes globales independientes por ejemplo del número de apoyos simultáneos.In this device it is not possible to determine the rodent support force on the cage but measures collect independent global results for example the number of simultaneous supports.
Para conseguir determinar la distribución de presiones resultante de una pisada, de la cual por integración se puede conocer la fuerza ejercida, se conoce la patente con número de publicación ES2120860 en la que se propone como solución técnica el uso de sensores piezoresistivos configurando una matriz capaz de dar una resolución elevada reduciendo el tamaño de dichos sensores.To determine the distribution of pressures resulting from a tread, of which by integration you can know the force exerted, the patent with number of publication ES2120860 in which the technical solution is proposed as use of piezoresistive sensors configuring a matrix capable of giving a high resolution reducing the size of said sensors.
Esta matriz está destinada a detectar posibles patologías de sobrecarga por hiperapoyo de los metatarsianos de un ser humano. El nivel de carga por lo tanto es del orden de varias decenas de kilogramos y la resolución, si bien es adecuada para un pie humano por establecerse en 0'25 cm^{2}, es muy grande para determinar la distribución de presiones de la pata de un roedor. Es tan grande como que una sola lectura corresponde aproximadamente al área total de la pisada de dicho roedor.This matrix is intended to detect possible pathologies of hypersupport overload of metatarsals of a human being. The charge level is therefore of the order of several tens of kilograms and the resolution, although it is suitable for a human foot to be set at 0.25 cm2, it is very large for determine the pressure distribution of a rodent's leg. Is as large as a single reading corresponds approximately to total area of the tread of said rodent.
Una alternativa para medir las cargas de una pisada es definir una plataforma de apoyo con sensores de carga. Esta es la estrategia definida en la patente con número de publicación US4398429 donde se configura una plataforma constituida por dos placas relacionadas mediante cuatro columnas de esquina. La deformación de la placa da lugar a la deformación de los pilares de esquina. El uso de piezas adecuadas con sensores de carga permiten determinar la resultante de las fuerzas aplicadas pero nunca el valor individual de cada una de ellas.An alternative to measure the loads of a tread is to define a support platform with load sensors. This is the strategy defined in the patent with number of publication US4398429 where a constituted platform is configured by two related plates by four corner columns. The deformation of the plate results in deformation of the pillars of corner. The use of suitable parts with load sensors allow determine the resultant of the applied forces but never the individual value of each of them.
A la hora de establecer la deformación de una superficie se conocen técnicas como la de interferometría de moteado con desplazamiento espacial de la fase. Se utilizan dos haces de iluminación: uno principal que incide sobre la superficie y otro secundario de referencia que se mezcla en el sensor con la luz difundida por la superficie, produciendo un moteograma. La comparación de dos moteogramas permite obtener la deformación sufrida por la superficie entre los dos registros. La publicación [Digital Speckle Pattern Interferometry and related techniques. John Wiley Sons 2001, P.K. Rastogi] describe los principios de la medida de desplazamientos mediante interferometría de moteado.When establishing the deformation of a surface, techniques such as speckle interferometry with spatial phase displacement are known. Two lighting beams are used: a main one that hits the surface and a secondary one that mixes in the sensor with the light diffused by the surface, producing a moteogram. The comparison of two moteograms allows obtaining the deformation suffered by the surface between the two registers. The publication [ Digital Speckle Pattern Interferometry and related techniques. John Wiley Sons 2001, PK Rastogi ] describes the principles of displacement measurement by mottling interferometry.
La presente invención consiste en un dispositivo para la determinación de cargas de apoyo de tal modo que es posible por ejemplo la determinación de cargas de valor muy reducido y con resoluciones muy elevadas.The present invention consists of a device for the determination of support loads in such a way that it is possible for example the determination of loads of very reduced value and with very high resolutions.
Este dispositivo está constituido principalmente por una plataforma que está especialmente concebida para su uso en la determinación de patologías en animales de reducido peso y área de pisada donde este tipo de cargas exige un nivel de resolución muy elevado.This device is mainly constituted by a platform that is specially designed for use in the determination of pathologies in animals of reduced weight and area tread where this type of load requires a very high resolution level high.
La plataforma comprende esencialmente una placa deformable sobre la que se ejercerán las cargas. La deformación de la placa es la que determinará a través de su correcta interpretación el valor de las cargas y sus puntos de aplicación.The platform essentially comprises a plate deformable on which loads will be exerted. Deformation of the plate is the one that will determine through its correct interpretation of the value of the charges and their points of application.
La placa será capaz no solo de detectar cargas puntuales aisladas sino la aplicación de más de una carga simultáneamente.The board will be able not only to detect loads isolated points but the application of more than one load simultaneously.
Es de gran interés establecer principalmente las cargas normales a la superficie a través de la medida de las deformaciones según la dirección normal.It is of great interest to establish mainly the normal charges to the surface through the measurement of deformations according to the normal direction.
La lectura de la deformación se lleva a cabo haciendo uso de técnicas de interferometría de moteado. El objetivo es el de obtener el valor del desplazamiento en un conjunto de puntos que formarán una red discreta de valores. Estos valores son los que se utilizarán mediante técnicas de cálculo numérico para determinar valores de fuerza.The deformation reading is carried out using speckle interferometry techniques. The objective is to obtain the value of the displacement in a set of points that will form a discrete network of values. These values are those that will be used through numerical calculation techniques to Determine strength values.
En esencia, los componentes que permiten la obtención de una imagen de interferometría son:In essence, the components that allow the Obtaining an interferometry image are:
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- Una placa deformable; A deformable plate;
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- Una fuente de emisión láser; A source of emission To be;
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- Medios de separación del haz que proviene de la fuente láser en dos: un haz principal y un haz secundario de referencia. El haz secundario de referencia tiene un porcentaje mucho menor de energía respecto al principal, típicamente del orden del 5%; Beam separation means which comes from the laser source in two: a main beam and a beam secondary reference. The secondary reference beam has a much lower percentage of energy compared to the main one, typically of the order of 5%;
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- Un sensor digital de imagen (típicamente de matriz CCD) para la captura de imágenes; A digital image sensor (typically CCD matrix) for image capture;
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- Medios de iluminación consistentes preferentemente en lentes para iluminar con el haz primario del láser el área de observación, en este caso la placa deformable; Lighting means preferably consisting of lenses to illuminate with the beam Primary laser observation area, in this case the plate deformable;
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- Medios para formar la imagen consistentes preferentemente en lentes, para formar la imagen de la placa sobre el sensor digital de imagen; Means to form the image preferably consisting of lenses, to form the image of the plate on the digital image sensor;
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- Medios para combinar el haz de referencia o secundario con el haz principal del láser sobre el sensor digital de imagen; Means to combine the beam of reference or secondary with the main laser beam on the digital image sensor;
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- Medios de guiado de los distintos haces de luz. Means of guiding the Different beams of light.
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A partir de la fuente de emisión láser mediante un divisor se obtiene un haz principal y un haz secundario. El haz principal o de iluminación se expande con una lente hasta proyectarse incidiendo interiormente en la plataforma.From the source of laser emission by A splitter gets a main beam and a secondary beam. The beam main or lighting expands with a lens until project inside the platform.
Para conseguir reducir las dimensiones del dispositivo es posible hacer uso de espejos y fibra óptica.To reduce the dimensions of the device is possible to make use of mirrors and fiber optics.
La luz difundida retorna hasta alcanzar una cámara o sensor de imagen. Éste es el llamado haz objeto. El haz de referencia se envía directamente al sensor y debe provenir del mismo láser.The diffused light returns until reaching a Camera or image sensor. This is the so-called object beam. The beam of reference is sent directly to the sensor and must come from it To be.
También es posible llevar a cabo un ajuste entre el porcentaje de energía transportado por el haz objeto y el haz de referencia. Un modo particular de llevar a cabo este ajuste es mediante una pareja de polarizadores.It is also possible to perform an adjustment between the percentage of energy transported by the object beam and the beam of reference. A particular way of carrying out this adjustment is through a pair of polarizers.
El haz de referencia divergente incide directamente sobre el sensor de imagen combinando este haz con el haz objeto. Es importante que el origen del haz de referencia divergente esté a la misma distancia del sensor de imagen que la definida por la apertura del objetivo fotográfico.The divergent reference beam affects directly on the image sensor combining this beam with the object It is important that the origin of the reference beam divergent be at the same distance from the image sensor as the defined by the opening of the photographic objective.
Del sensor de imagen se transfieren los datos, la imagen o moteograma, a una unidad de proceso que evalúa la imagen determinando el campo de desplazamientos de la placa deformable. Este campo de desplazamientos es evaluado calculando la diferencia respecto a una imagen de referencia tomada de la placa deformable sin estar bajo carga. El resultado es un mapa de fases, transformable en un campo de desplazamientos.Data is transferred from the image sensor, the image or moteogram, to a process unit that evaluates the image determining the field of displacements of the deformable plate. This field of displacements is evaluated by calculating the difference with respect to a reference image taken from the deformable plate Without being under load. The result is a phase map, Transformable in a field of displacements.
El dispositivo contiene una segunda unidad de proceso que a partir del campo de desplazamientos como datos de entrada permite la determinación de las cargas que generan dicho campo.The device contains a second unit of process that from the field of displacements as data of input allows the determination of the loads that generate said countryside.
La unidad de proceso primera y segunda pueden estar físicamente formadas por la misma máquina, si está dedicada a llevar a cabo las dos labores.The first and second process unit can be physically formed by the same machine, if it is dedicated to carry out both tasks.
Respecto del procedimiento de determinación del campo de desplazamientos, la invención comprende las siguientes etapas haciendo uso de la plataforma descrita:Regarding the procedure for determining the field of displacements, the invention comprises the following stages using the platform described:
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- Se toma un moteograma obtenido con la placa de la plataforma sin ninguna carga. Este moteograma constituye un patrón de referencia para comparar con los moteogramas obtenidos de las imágenes obtenidas con carga. A obtained moteogram is taken With the platform plate without any load. This moteogram it constitutes a reference pattern to compare with moteograms obtained from images obtained with load.
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- Se toma el moteograma que corresponde a la aplicación de la carga. The moteogram is taken that corresponds to the application of the load.
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- Se calcula la diferencia entre las intensidades de las imágenes obtenidas bajo carga y la imagen sin carga tomada de referencia dando lugar a una imagen denominada interferograma que muestra cualitativamente el campo de desplazamientos. The difference between the intensities of the images obtained under load and the image no load taken as reference giving rise to an image called interferogram that qualitatively shows the field of displacements
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La aplicación de un método de transformada de Fourier al análisis de los moteogramas permite determinar la fase del haz objeto. De la diferencia entre la fase del haz objeto correspondiente al moteograma con carga y al patrón de referencia y teniendo en cuenta los distintos parámetros del dispositivo se obtiene una imagen denominada mapa de fases, que muestra cuantitativamente el campo de desplazamientos, con su signo.The application of a transform method of Fourier to the analysis of the moteograms allows to determine the phase of the object beam. Of the difference between the phase of the object beam corresponding to the loaded moteogram and the reference standard and taking into account the different parameters of the device gets an image called phase map, which shows quantitatively the field of displacements, with its sign.
Estas etapas son seguidas de una etapa de tratamiento de datos para la obtención de la distribución de cargas causante de la deformación.These stages are followed by a stage of data processing for obtaining load distribution causing the deformation.
- \bullet?
- A partir del mapa de fases se establece una relación entre la imagen y el valor del desplazamiento evaluado en una red de puntos discretos, tan fina como se desee, donde intervienen algunos parámetros como la longitud de onda de la fuente láser y el ángulo entre el haz principal y la dirección de observación. From the phase map you establishes a relationship between the image and the offset value evaluated in a network of discrete points, as fine as desired, where some parameters such as the wavelength of the laser source and the angle between the main beam and the direction of observation.
- \bullet?
- Se determina la fuerza o fuerzas actuantes minimizando el error entre los desplazamientos medidos, y los generados, bien mediante técnicas analíticas o bien mediante técnicas numéricas, por ejemplo por elementos finitos, por una o varias fuerzas, de módulo desconocido y punto de aplicación también desconocido. Para ello es conveniente saber cuántas fuerzas están actuando simultáneamente en la plataforma. A este objeto se puede disponer de un dispositivo CCD adicional, que permita grabar el movimiento del ratón. Se dice que es conveniente saber cuántas fuerzas están actuando porque es parte de la invención estimar este valor. The force or acting forces minimizing the error between displacements measured, and those generated, either by analytical techniques or by numerical techniques, for example by finite elements, by one or more forces, of unknown module and point of application also unknown. For this it is convenient to know how many forces They are acting simultaneously on the platform. For this purpose You can have an additional CCD device that allows you to record mouse movement It is said that it is convenient to know how many forces are acting because it is part of the invention to estimate this value.
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- Finalmente los datos de las fuerzas y sus puntos de aplicación son presentados convenientemente al usuario. Finally the data of the forces and their points of application are conveniently presented to user.
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La obtención de más de una fuerza actuando simultáneamente en la plataforma es muy útil en el estudio de muchas patologías. Tanto en la descripción como en la exposición de los ejemplos de la invención se describe un dispositivo y unos métodos asociados especialmente adecuados a cargas tan reducidas como la producida por la pisada de un roedor. No obstante, una vez superados los retos que supone esta solución técnica, la invención no queda limitada a su uso y aplicación en roedores sino que también puede ser utilizado en el estudio de patologías en humanos u otros casos con menores requerimientos de resolución espacial. Individuos con trastornos en la deambulación tienen dificultades en pisar con un único pie en las plataformas de fuerza habituales ya que éstas son incapaces de determinar más de una pisada.Obtaining more than one force acting simultaneously on the platform is very useful in the study of many pathologies Both in the description and in the presentation of the Examples of the invention describe a device and methods associated especially suitable for loads as small as produced by the tread of a rodent. However, once overcome the challenges of this technical solution, the invention does not remain limited to its use and application in rodents but it can also be used in the study of pathologies in humans or other cases with lower spatial resolution requirements. Individuals with walking disorders have difficulty stepping on with a only foot in the usual force platforms since these are unable to determine more than one step.
En los ejemplos de realización se describen modos particulares de obtención de la o las fuerzas actuantes sobre la placa deformable a partir del campo de desplazamientos.The embodiments are described particular ways of obtaining the acting force or forces on the deformable plate from the displacement field.
En la exposición detallada de la invención mediante el uso de ejemplos se incorpora la descripción de detalles pertinentes para la construcción del dispositivo y para la aplicación del método de obtención de cargas.In the detailed statement of the invention through the use of examples the description of details is incorporated relevant for the construction of the device and for the application of the method of obtaining charges.
Dado que la luz es una onda electromagnética que verifica el principio de superposición, es posible llevar a cabo más de una lectura simultánea. Dado que una fuerza está determinada por tres variables, por ejemplo tres componentes espaciales, con tres lecturas se puede determinar el módulo y dirección de la fuerza aplicada sobre la placa deformable. Esta estrategia está basada en la multiplexación.Since light is an electromagnetic wave that Verify the principle of superposition, it is possible to carry out more of a simultaneous reading. Since a force is determined by three variables, for example three spatial components, with three readings you can determine the modulus and direction of the force applied on the deformable plate. This strategy is based on multiplexing
En este caso, bastaría con llevar a cabo tres lecturas simultáneas para leer cada una de las componentes. Los haces de referencia deben ser incoherentes entre sí por lo que hacen falta dos fuentes láser adicionales. Los dos haces adicionales permiten medir también las deformaciones en el plano (dos componentes adicionales más la normal).In this case, it would be enough to carry out three simultaneous readings to read each of the components. The reference beams should be inconsistent with each other for what they do Two additional laser sources are missing. The two additional beams also allow to measure the deformations in the plane (two additional components plus normal).
Aunque la descripción detallada se basa en la lectura de la componente normal, la descripción es válida para la lectura simultánea de tres. Con una lectura de la normal es suficiente para múltiples aplicaciones, por ejemplo el estudio de muchas patologías de animales tales como roedores donde la enfermedad produce un debilitamiento en el que las componentes de la fuerza en la dirección del plano son casi despreciables.Although the detailed description is based on the reading of the normal component, the description is valid for the simultaneous reading of three. With a normal reading is enough for multiple applications, for example the study of many pathologies of animals such as rodents where the disease causes a weakening in which the components of the Force in the direction of the plane are almost negligible.
El estudio en tiempo real de una carga dinámica consiste en la repetición de la obtención de datos un número determinado de veces por segundo. Los datos obtenidos permiten el análisis de la evolución de la carga y de los valores que se relacionen con ésta en posteriores estudios.The real-time study of a dynamic load consists in the repetition of data collection a number determined times per second. The data obtained allow the analysis of the evolution of the load and the values that are relate to it in later studies.
Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de planos, ilustrativos del ejemplo preferente y nunca limitativos de la invención.This descriptive report is complemented, with a set of drawings, illustrative of the preferred example and never Limitations of the invention.
La figura 1 es un esquema de funcionamiento según un primer ejemplo de realización del dispositivo de determinación de la carga haciendo uso de una placa deformable.Figure 1 is an operating scheme according to a first embodiment of the device load determination using a deformable plate.
La figura 2 es un esquema de funcionamiento según un segundo ejemplo de realización del dispositivo de determinación de la carga en una placa deformable haciendo uso de un divisor de haces.Figure 2 is an operating scheme according to a second embodiment of the device load determination on a deformable plate using a beam splitter
La figura 3 es un esquema de funcionamiento según un tercer ejemplo de realización del dispositivo de determinación de la carga en donde se ha evitado el uso de fibra en el haz objeto.Figure 3 is an operating scheme according to a third embodiment of the device determination of the load where the use of fiber has been avoided in the object beam
La figura 4 es un esquema de funcionamiento según un cuarto ejemplo de realización del dispositivo en donde se hace uso de tres hologramas multiplexados para la determinación de las tres componentes de las variables vectoriales medidas, al menos, desplazamientos y cargas.Figure 4 is an operating scheme according to a fourth embodiment of the device where makes use of three multiplexed holograms for the determination of the three components of the measured vector variables at least displacements and loads.
La figura 5 es un alzado de la jaula donde se encuentra un ratón como ejemplo de objeto dinámico de reducido peso sobre el que se quieren medir cargas de apoyo sobre el piso.Figure 5 is an elevation of the cage where find a mouse as an example of a dynamic object of reduced weight on which you want to measure support loads on the floor.
La figura 6 es un esquema de representación de la placa deformable con curvas de nivel correspondientes a los valores de la deformación medida sobre la que se superpone una malla de discretización en la que se determinan valores discretos que servirán de cálculo de las cargas.Figure 6 is a schematic representation of the deformable plate with contours corresponding to the measured deformation values on which a mesh is superimposed of discretization in which discrete values are determined that They will be used to calculate the charges.
La figura 7 es un esquema que representa el conjunto de etapas que se encuentran involucradas en el procedimiento para la obtención de las cargas haciendo uso del dispositivo de la invención.Figure 7 is a scheme representing the set of stages that are involved in the procedure for obtaining charges using the device of the invention.
En la figura 1 se muestra un esquema de un primer ejemplo de realización de la invención en el que se representan los diversos componentes del dispositivo para la determinación de cargas. En este ejemplo de realización, el dispositivo se va a utilizar para analizar la pisada de un roedor (18) con el propósito de determinar posibles patologías.Figure 1 shows a diagram of a first embodiment of the invention in which represent the various components of the device for the load determination. In this exemplary embodiment, the device will be used to analyze a rodent's footprint (18) with the purpose of determining possible pathologies.
El dominio de medida se encuentra acotado por una jaula (9) para evitar que el roedor (18) se salga. Para permitir ver al roedor (18) que se mueve en la jaula, en este ejemplo de realización de la invención se ha hecho uso de metacrilato transparente.The measure domain is bounded by a cage (9) to prevent the rodent (18) from getting out. To allow see the rodent (18) that moves in the cage, in this example of embodiment of the invention has been made use of methacrylate transparent.
La jaula (9) se ha configurado con dos paredes (9.1, 9.3) internas que definen un pasillo (9.2) central. Dichas paredes pueden ser eliminadas o desplazadas dependiendo del tamaño del animal estudiado.The cage (9) has been configured with two walls (9.1, 9.3) internal that define a central aisle (9.2). These walls can be removed or displaced depending on size of the animal studied.
En la parte central del pasillo (9.2) central se sitúa una placa (11) deformable que en este ejemplo es rectangular dispuesta cubriendo parte del piso.In the central part of the central aisle (9.2), place a deformable plate (11) which in this example is rectangular arranged covering part of the floor.
Esta placa (11) deformable es la que es pisada por el roedor (18) con una o más patas cuando circula por el pasillo (9.2) central.This deformable plate (11) is the one that is stepped on through the rodent (18) with one or more legs when traveling through the aisle (9.2) central.
La placa (11) deformable admite diversos materiales si bien es importante que el material admita una rápida recuperación elástica sin mantener deformaciones permanentes.The deformable plate (11) admits various materials although it is important that the material supports a rapid elastic recovery without maintaining permanent deformations.
En este ejemplo de realización, con el objetivo de conseguir una distribución de los componentes que ocupe menor espacio, se han dispuesto todos ellos en un plano sobre un soporte de tal modo que los cambios de dirección en los distintos haces de luz se consiguen con guías o bien con espejos.In this embodiment, with the objective to get a smaller distribution of the components space, all of them have been arranged in a plane on a support in such a way that changes of direction in the different beams of Light is achieved with guides or mirrors.
Bajo la jaula (9) se ha dispuesto un espejo (10) que permite iluminar inferiormente la placa (11) deformable desde un lateral.A mirror (10) has been arranged under the cage (9) which allows the deformable plate (11) to be illuminated inferiorly from a side.
La iluminación proviene originalmente de una fuente (1) láser continua que se divide a su vez en dos haces mediante un divisor (2). Un primer haz que transporta aproximadamente el 95% de la energía lumínica y el haz secundario o de referencia que transporta el 5% restante.The lighting originally comes from a source (1) continuous laser which is divided into two beams by means of a divider (2). A first beam that carries approximately 95% of the light energy and the secondary beam or of reference that carries the remaining 5%.
Uno y otro haz son recogidos en unos receptores (3, 4) de guiado que los encauzan mediante fibra (16, 17) óptica hasta el punto de proyección deseado. Los receptores (3, 4) de guiado empleados en este ejemplo son acopladores láser-fibra.Both beams are collected in receivers (3, 4) of guidance that channel them by means of fiber (16, 17) optics to the desired projection point. The receptors (3, 4) of guided employees in this example are couplers fiber laser
Este guiado puede llevarse a cabo mediante espejos; sin embargo, este modo de realización facilita el guiado hasta el punto que se desea.This guidance can be carried out by Mirrors; however, this embodiment facilitates guiding to the point that is desired.
El haz primario del láser, que sale divergiendo desde la salida (5) primera de la fibra, se colima mediante una lente (6) colimadora que define lo que denominaremos el haz (15) de iluminación. Este haz (15) de iluminación es el que incide sobre la placa (11) deformable de la plataforma.The primary beam of the laser, which diverges from the first exit (5) of the fiber, it is collimated by a lens (6) collimator that defines what we will call the beam (15) of illumination. This beam (15) of illumination is the one that affects the deformable plate (11) of the platform.
En este modo de realización la iluminación inferior de la placa (11) deformable de la plataforma se lleva a cabo a través de un espejo (10) adecuadamente orientado en el espacio.In this embodiment the lighting The bottom of the deformable plate (11) of the platform is carried to out through a mirror (10) properly oriented in the space.
La luz que incide sobre la placa (11) deformable se refleja recorriendo un camino de regreso según un eje (13) geométrico que muestra un ángulo (\alpha) de 6º con la dirección de propagación del haz (15) de iluminación.The light that strikes the deformable plate (11) it is reflected traveling a path back along an axis (13) geometric showing an angle (?) of 6º with the direction of propagation of the lighting beam (15).
El haber fijado en este ejemplo un ángulo (\alpha) de 6º implica que cada franja de interferometría corresponderá a 0.27 micras de desplazamiento perpendicular a la placa.Having set an angle in this example (α) of 6th implies that each strip of interferometry will correspond to 0.27 microns of displacement perpendicular to the license plate.
La luz reflejada la recoge una lente (14) segunda para formar una imagen de la placa (11) deformable sobre el sensor (8) CCD situada en el eje (13) geométrico del haz reflejado. La luz que recibe el sensor (8) CCD es lo que constituye el haz objeto.The reflected light is collected by a lens (14) second to form an image of the deformable plate (11) on the CCD sensor (8) located on the geometric axis (13) of the reflected beam. The light received by the sensor (8) CCD is what constitutes the beam object.
Por otro lado, el haz (12) láser secundario o de referencia es también guiado mediante fibra (16) óptica, saliendo divergente de la salida (20) segunda de la fibra. Un conjunto (19) de dos polarizadores lineales fija la polarización y permite ajustar la intensidad de este haz. Este haz (12) láser de referencia se proyecta en el sensor (8) CCD combinando dicho haz (12) láser de referencia con el haz objeto mediante un divisor(7) de haz.On the other hand, the secondary (or) laser beam (12) reference is also guided by fiber optic (16), leaving divergent output (20) second of the fiber. A set (19) of two linear polarizers sets the polarization and allows adjustment The intensity of this beam. This reference laser beam (12) is projects on the sensor (8) CCD combining said laser beam (12) of reference to the object beam by means of a divider (7) of make.
El resultado es una imagen o moteograma cuyas motas interferenciales se ven modificadas cuando la placa (11) deformable se deforma por la acción de una carga. En este caso, tal y como se observa en la figura 5, un roedor (18) circulando por la jaula (9) pisa sobre la placa (11) deformable ejerciendo una carga que es la que se quiere determinar.The result is an image or moteogram whose interference spots are modified when the plate (11) deformable is deformed by the action of a load. In this case, such and as seen in figure 5, a rodent (18) circulating on the cage (9) step on the deformable plate (11) exerting a load Which is what you want to determine.
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La figura 2 muestra un segundo ejemplo del dispositivo de la invención coincidente en todos sus componentes al ejemplo primero salvo que en la salida del haz láser que parte de la fuerte (1) láser, tras un receptor (3) de guiado que establece el acoplamiento láser-fibra se sitúa un acoplador (21) de fibras que es el responsable de dividir el haz principal en dos.Figure 2 shows a second example of device of the invention coinciding in all its components by first example except that at the laser beam output that part of the strong (1) laser, following a guiding receiver (3) that establishes the laser-fiber coupling is placed a coupler (21) of fibers that is responsible for dividing the main beam into two.
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En un tercer ejemplo de realización del dispositivo según la invención, la fuerte (1) láser se dispone en la orientación adecuada para incidir en la lente (6) colimadora y dar lugar al haz (15) de iluminación. En este caso no es necesario incorporar fibra para su transporte y guiado.In a third example of realization of device according to the invention, the strong (1) laser is arranged in the suitable orientation to influence the lens (6) collimator and give place to the lighting beam (15). In this case it is not necessary incorporate fiber for transport and guidance.
La figura muestra cómo tras la fuente (1) láser se sitúa el divisor (2) del que se obtiene el haz (12) de referencia. La salida de este haz (12) de referencia pasa primero por el conjunto (19) de dos polarizadores tras el cual alcanza el receptor (3) de guiado que permite el acoplamiento láser-fibra. La fibra (16) óptica guía el haz hasta alcanzar la salida (20) segunda de la fibra tras el cual se proyecta en el divisor (7) de haz para ser combinado con el haz objeto.The figure shows how after the source (1) laser the divider (2) from which the beam (12) of reference. The output of this reference beam (12) passes first by the set (19) of two polarizers after which it reaches the guiding receiver (3) that allows coupling fiber laser The fiber optic (16) guides the beam to reach the second exit (20) of the fiber after which it is projected in the beam splitter (7) to be combined with the object beam.
Por su parte, el haz (15) de iluminación supera una lente (22) expansora antes de alcanzar la lente (6) colimadora.For its part, the lighting beam (15) exceeds an expander lens (22) before reaching the lens (6) collimator
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En este cuarto ejemplo de realización de la invención se hace uso de tres lecturas simultáneas de la deformación de la placa (11) deformable para leer cada una de las componentes. Estas tres lecturas se llevan a cabo mediante tres fuentes (1) láser donde en cada una de ellas se lleva a cabo una división del haz mediante un acoplador (21) de fibras.In this fourth example of realization of the invention makes use of three simultaneous deformation readings of the deformable plate (11) to read each of the components. These three readings are carried out by means of three (1) laser sources where in each of them a division of the beam is carried out by means of a fiber coupler (21).
Los haces de referencia deben ser incoherentes entre si de ahí que las fuentes (1) láser sean independientes. Los dos haces adicionales permiten medir también las deformaciones en el plano (dos componentes adicionales más la normal).Reference beams must be inconsistent each other hence the sources (1) laser are independent. The two additional beams also allow to measure the deformations in the flat (two additional components plus the normal one).
En este ejemplo los tres haces de referencia convergen en una salida (23) para tres fibras que proyecta el haz en el divisor (7) de haz pasando previamente por el conjunto (19) de dos polarizadores.In this example the three reference beams converge in an exit (23) for three fibers that the beam projects in the beam splitter (7) previously passing through the assembly (19) of Two polarizers
Respecto de los haces (15) de iluminación, éstos inciden con direcciones distintas donde los nuevos haces objeto no están en el mismo plano de tal modo que el ángulo \alpha y \beta verifican:Regarding the lighting beams (15), these they affect different directions where new beams are not they are in the same plane such that the angle α and β verify:
\alpha\cong 0;\ alpha \ cong 0;
\beta >> \alpha\ beta >> α
siendo el ángulo \beta el ángulo con el eje de la proyección en el plano y también aproximadamente el ángulo con el plano.the angle \ beta being the angle with the axis of the projection in the plane and also approximately the angle with the flat.
Un polarizador (24) lineal fija la polarización de la luz que llega al sensor (8) CCD, asegurando una óptima formación de los tres hologramas multiplexados.A linear polarizer (24) sets the polarization of the light that reaches the sensor (8) CCD, ensuring optimum formation of the three multiplexed holograms.
El polarizador (24) es un elemento que se podría poner también en los montajes correspondientes a los otros ejemplos de la invención pero es mas importante en este ya que hay tres direcciones de iluminación diferentes y la luz difundida por la superficie puede tener distintas direcciones de polarización.The polarizer (24) is an element that could be also put in the assemblies corresponding to the other examples of the invention but it is more important in this since there are three different lighting directions and the light diffused by the surface can have different polarization directions.
En la interferencia de cada haz objeto con su haz de referencia correspondiente para formar un holograma, sólo interfiere la parte que tiene la misma dirección de polarización. El polarizador (24) ayuda a maximizar esta interferencia, optimizando el aprovechamiento de la luz que se está registrando.In the interference of each object beam with its corresponding reference beam to form a hologram, only the part that has the same polarization direction interferes. He polarizer (24) helps maximize this interference, optimizing the use of the light that is being registered.
Si no estuviera el polarizador (24), podría ocurrir que la polarización del haz objeto y del haz de referencia fueran perpendiculares (caso más desfavorable) y entonces no se formarla el holograma a pesar de tener una relación entre la intensidad del haz objeto y del haz de referencia adecuada, y por consiguiente, no se obtendría mapa de fases.If there was no polarizer (24), it could occur that the polarization of the object beam and the reference beam were perpendicular (most unfavorable case) and then I don't know form the hologram despite having a relationship between the intensity of the object beam and the appropriate reference beam, and by consequently, no phase map would be obtained.
La salida (5) de las fibras se puede girar hasta que la luz que llegue al sensor (8) con la polarización que marca el polarizador (24) (misma polarización que la que marca el conjunto (19) de polarizadores para la referencia) sea máxima. Esto es importante sobre todo para los dos haces nuevos que no están en el plano horizontal. Cuando tenemos un único haz, el problema es menor pues esta todo en un plano y es mas fácil ajustar la polarización del haz objeto.The exit (5) of the fibers can be rotated until that the light that reaches the sensor (8) with the polarization that marks the polarizer (24) (same polarization as that set by the set (19) of polarizers for reference) be maximum. This is important especially for the two new beams that are not in the horizontal plane. When we have a single beam, the problem is minor it is all in one plane and it is easier to adjust the polarization of the object beam.
La multiplexación permite la lectura simultánea de la deformación normal y las dos componentes tangentes en la plataforma (11) deformable.Multiplexing allows simultaneous reading of the normal deformation and the two tangent components in the deformable platform (11).
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El procedimiento de obtención de la carga parte de una primera etapa de lectura del moteograma u holograma haciendo uso del dispositivo (A) de la plataforma descrito. Este holograma es la imagen (I1) registrada por el sensor (8) CCD con carga sobre la placa (11) deformable.The procedure for obtaining the cargo starts of a first stage of reading the moteogram or hologram doing use of the device (A) of the described platform. This hologram is the image (I1) registered by the sensor (8) CCD with load on the deformable plate (11).
Una vez que la imagen (I1) es recogida por el sensor (8) CCD es enviada a una unidad (B) de proceso primera para ser comparada con una segunda (I2) imagen. Esta segunda (I2) imagen es la imagen (I2) de referencia tomada cuando la plataforma no tiene carga. La diferencia de intensidades de una (I1) y otra (I2) imagen da lugar a un interferograma (I3).Once the image (I1) is collected by the sensor (8) CCD is sent to a first process unit (B) for be compared with a second (I2) image. This second (I2) image is the reference image (I2) taken when the platform does not have load. The difference in intensities of one (I1) and another (I2) image gives rise to an interferogram (I3).
Este interferograma (I3) permite visualizar la deformación de la placa (11) deformable de la plataforma producida por el peso de las patas del roedor (18). Con el interferograma (I3) y los parámetros indicados se puede conocer mediante una tercera etapa (C) el desplazamiento (I4) con una precisión de 100 nanómetros (un tercio de franja). Sin embargo, las mismas imágenes se pueden opcionalmente analizar a posteriori con un proceso más elaborado que utiliza un método de Fourier (D). Este método comprende:This interferogram (I3) makes it possible to visualize the deformation of the deformable plate (11) of the platform produced by the weight of the rodent's legs (18). With the interferogram (I3) and the indicated parameters, the displacement (I4) can be known by a third stage (C) with an accuracy of 100 nanometers (one third of a strip). However, the same images can optionally be analyzed afterwards with a more elaborate process using a Fourier (D) method. This method comprises:
- \bullet?
- Cálculo de la FFT (transformada rápida de Fourier) de la imagen obtenida bajo carga. FFT calculation (transformed Fast Fourier) of the image obtained under load.
- \bullet?
- Selección de un cierto rango de frecuencias en el dominio frecuencial de Fourier. Selection of a certain range of frequencies in the Fourier frequency domain.
- \bullet?
- Cálculo de la FFT inversa (transformada rápida de Fourier inversa). Inverse FFT calculation (fast reverse Fourier transform).
- \bullet?
- Calculada la transformada inversa de la imagen de referencia tomada sin carga, se compara con la transformada inversa de la imagen tomada con carga. Esta comparación es una resta de las fases de las funciones complejas de una y otra imagen. Calculated the transformed Inverse of the reference image taken without load, it is compared with the inverse transform of the image taken with load. This comparison is a subtraction of the phases of the complex functions of over and over image
Aunque se indica el uso de la FFT (transformada rápida de Fourier) el método consiste en la aplicación de la transformada de Fourier. El uso de la transformada rápida se entiende que es la vía más apropiada dada su alta eficiencia numérica.Although the use of FFT is indicated (transformed Fast Fourier) the method involves the application of the Fourier transform. The use of the fast transform is understand that it is the most appropriate route given its high efficiency numerical
Tras este análisis se obtiene un mapa (I5) de fases que muestra más nítidamente la deformación incluyendo su signo. Este mapa de fases contiene valores contenidos entre 0 y 2\pi. La aplicación de un proceso de filtrado del mapa (I5) de fases y de detección de los saltos de fase permite conocer el valor absoluto de la fase y da lugar a una imagen con la deformación en cada pixel (resolución espacial) con una precisión de 10 nm (1/30 franjas).After this analysis, a map (I5) of phases that more clearly shows the deformation including its sign. This phase map contains values contained between 0 and 2 \ pi. The application of a map filtering process (I5) of phases and phase skip detection allows to know the value phase absolute and results in an image with deformation in each pixel (spatial resolution) with an accuracy of 10 nm (1/30 stripes).
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Se tiene como dato el campo (I4) de desplazamientos de la placa (11) deformable, determinado previamente tal y como ha sido descrito. La determinación de la carga se lleva a cabo mediante un método de minimización de cierto funcional. En este ejemplo de realización de la invención, el funcional se define a partir del cuadrado del error entre el valor del desplazamiento medido, de un punto considerado (x,y), cuando está actuando de manera ideal o teórica en otro punto, de coordenadas (\xi,\eta), una fuerza de módulo F. Sobre la discretización definida por medio de una retícula de puntos de la placa (11) deformable se extiende un sumatorio del cuadrado de dicho error a todos los puntos dando lugar al funcional a minimizar.The field (I4) of displacements of the deformable plate (11), determined previously as described. The determination of the load takes to carried out by a method of minimizing certain functional. In this exemplary embodiment of the invention, the functional is defined as from the square of the error between the offset value measured, of a point considered (x, y), when acting as ideal or theoretical way in another point, of coordinates (\ xi, \ eta), a modulus force F. On discretization defined by means from a grid of points of the deformable plate (11) extends a sum of the square of said error to all points giving rise to the functional to minimize.
El procedimiento de minimización del funcional se lleva a cabo variando el punto de aplicación (\xi,\eta) de la fuerza y su módulo F.The functional minimization procedure it is carried out by varying the application point (\ xi, \ eta) of the force and its module F.
Para la construcción de este funcional queda por lo tanto definir el valor del desplazamiento medido en un punto cualquiera por la aplicación de una fuerza de valor conocido bajo las condiciones de contorno coincidentes con las que rigen el comportamiento de la placa (11) deformable.For the construction of this functional remains by therefore define the value of the displacement measured at one point anyone by applying a force of known value under the boundary conditions coinciding with those governing the deformable plate behavior (11).
Este valor se puede obtener o bien teóricamente o bien numéricamente.This value can be obtained either theoretically or numerically.
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Es preciso conocer una función teórica del campo de desplazamientos que una fuerza, con un determinado módulo y punto de aplicación, producirla sobre la placa (11) deformable considerada. Dado que el problema es lineal, la suma de tales desplazamientos teóricos con varias fuerzas actuantes en diversos puntos es el campo de desplazamientos que se producirla justamente como consecuencia de la aplicación simultánea de dichas cargas.It is necessary to know a theoretical function of the field of displacements that a force, with a certain module and point If applicable, produce it on the deformable plate (11) considered. Since the problem is linear, the sum of such theoretical displacements with various forces acting in various points is the field of displacements that will occur just as a consequence of the simultaneous application of said charges.
Una posible solución teórica de la teoría de flexión de placas (simplemente apoyadas) propuesta en la literatura se debe a Timoshenko [Teoría de placas y láminas. Ediciones Urmo 1975, S. Timoshenko y S. Woinowsky-Krieger, traducido por F. J. Medina Salanova]. El campo de desplazamientos en función de las cargas actuantes queda expresada en forma de series, las cuales convergen rápidamente. En la práctica se ha observado que con un número pequeño de términos, del orden de diez, se obtiene una cota del error inferior al requerido para que el procedimiento de minimización opere en valores por encima del error introducido en la truncación.A possible theoretical solution of the theory of plate bending (simply supported) proposed in the literature It is due to Tymoshenko [Theory of plates and plates. Urmo editions 1975, S. Timoshenko and S. Woinowsky-Krieger, translated by F. J. Medina Salanova]. The field of displacements in function of the acting loads is expressed as a series, which converge quickly. In practice it has been observed that with a small number of terms, of the order of ten, you get a error level less than required for the procedure to minimization operate in values above the error introduced in the truncation
Este tipo de series muestra un comportamiento discontinuo y hace uso de funciones hiperbólicas que incurren en un coste computacional muy elevado al estar definidas a partir de funciones exponenciales. Por ese motivo se ha hecho uso de una aproximación más útil para su implementación donde la expresión del funcional "f" es de la forma:This type of series shows a behavior discontinuous and makes use of hyperbolic functions that incur a very high computational cost when defined from exponential functions. For that reason, use has been made of a most useful approach to its implementation where the expression of Functional "f" is of the form:
donde x,y son las coordenadas del punto donde se desea calcular el desplazamiento normal al plano de la placa (11) deformable, \xi,\eta son las coordenadas del punto de aplicación de la carga, F es el valor del módulo de la carga normal al plano de la placa (11) deformable, d es la rigidez de la placa, definida en la referencia bibliográfica de Timoshenko, y a y b las dimensiones de la placa (11) deformable.where x, y are the coordinates of point where you want to calculate the normal displacement to the plane of the deformable plate (11), \ xi, \ eta are the coordinates of the point of load application, F is the value of the load module normal to the plane of the deformable plate (11), d is the stiffness of the plaque, defined in the bibliographical reference of Tymoshenko, and a and b plate dimensions (11) deformable
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Es preciso determinar, para cualquiera de los puntos de la placa (11) deformable, el valor del desplazamiento que ocasionarla una carga puntual aplicada en cualquier punto de la citada placa (11) deformable.It is necessary to determine, for any of the deformable plate points (11), the displacement value that cause a point load applied at any point of the said deformable plate (11).
El método numérico establece el problema elástico de la placa (11) deformable bajo las condiciones de contorno adecuadas. La placa (11) deformable es discretizada así como las ecuaciones que gobiernan el comportamiento de la placa (11) deformable.The numerical method sets the problem elastic plate (11) deformable under the conditions of suitable contour. The deformable plate (11) is thus discretized as the equations that govern the behavior of the plate (11) deformable
La resolución del problema numérico bajo la carga de hipótesis da como resultado el valor del desplazamiento en cada nodo de la discretización. Mediante técnicas de interpolación es posible obtener el valor del desplazamiento en cualquier punto.The resolution of the numerical problem under the hypothesis load results in the value of displacement in Each node of discretization. Through interpolation techniques it is possible to obtain the offset value at any point.
En este ejemplo particular se utiliza el método de los elementos finitos. En concreto, se ha simulado una placa de un material elástico lineal isótropo, de módulo de Young de 81438 MPa y un coeficiente de Poisson de 0'208, de un espesor de 0,3 mm, y unas dimensiones de 30x40 mm, empotrada en todo su contorno. Así pues, si se conoce la matriz de rigidez del sistema, su inversión permite determinar el vector de desplazamientos de cada uno de los nodos, y a través del uso de las funciones de interpolación se pueden determinar también los desplazamientos de todos los puntos en el interior de cada elemento. Ésta es la forma de determinar el desplazamiento de todos los puntos de la placa ante la actuación de una carga de un determinado valor en módulo, actuante en un punto cualquiera de la misma.In this particular example the method is used of the finite elements. Specifically, a plate has been simulated an isotropic linear elastic material, Young's modulus of 81438 MPa and a Poisson coefficient of 0.208, of a thickness of 0.3 mm, and dimensions of 30x40 mm, embedded throughout its contour. So Well, if the system's rigidity matrix is known, its investment allows to determine the displacement vector of each of the nodes, and through the use of interpolation functions it they can also determine the displacements of all points in The interior of each element. This is the way to determine the displacement of all points of the plate before the performance of a load of a certain value in module, acting at a point any of it.
El siguiente paso consiste pues en suponer una o varias cargas, de módulos y posiciones arbitrarias (se trata de semillas), y determinar el error cuadrático medio de los desplazamientos obtenidos de esta forma, comparados con los desplazamientos medidos. A continuación se minimiza el citado error, variando para ello el valor del módulo y los puntos de aplicación de las cargas actuantes. Dicha minimización determina los valores buscados de magnitudes de las cargas y sus puntos de aplicación.The next step is therefore to assume one or several loads, of modules and arbitrary positions (it is about seeds), and determine the mean square error of the displacements obtained in this way, compared to measured displacements The aforementioned error is minimized, by varying the value of the module and the application points of the acting loads. This minimization determines the values Wanted magnitudes of loads and their points of application.
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En la descripción de la invención se ha indicado que el uso de una cámara adicional permite mediante observación conocer cuantas cargas están siendo aplicadas sobre la placa (11) deformable. Si el objeto de estudio es un roedor (18) es posible saber si está apoyando una, dos, tres, las cuatro patas o incluso si la cola también está apoyada.In the description of the invention it has been indicated that the use of an additional camera allows by observation know how many loads are being applied to the plate (11) deformable If the object of study is a rodent (18) it is possible know if you are supporting one, two, three, all four legs or even if The tail is also supported.
En este caso, el procedimiento de minimización del error se lleva a cabo variando cada una de las coordenadas asociadas a cada carga y el valor de dicha carga. En este caso particular 3 variables por carga.In this case, the minimization procedure The error is carried out by varying each of the coordinates associated with each load and the value of said load. In this case Particular 3 variables per load.
Es parte de la invención el obtener a partir de los datos recuperados en el campo (I4) de desplazamientos el número de cargas que actúan sobre la placa (11) deformable.It is part of the invention to obtain from the data recovered in the field (I4) of displacements the number of loads acting on the deformable plate (11).
En esta situación donde no se conoce el número de fuerzas actuantes sobre la placa (11) deformable se supone un número máximo de posibles fuerzas que pueden concurrir en la placa (11) deformable, por ejemplo cinco en el caso de un ratón (18) (las cuatro patas más la cola). Así pues, se empieza considerando que hay una fuerza actuante, y se registra el valor del error mínimo obtenido. A continuación, se supone que son dos las fuerzas actuantes, calculándose su valor y sus puntos de aplicación, registrándose igualmente el error mínimo obtenido en este caso, y así sucesivamente, hasta agotar el número máximo de fuerzas supuestas.In this situation where the number is unknown of acting forces on the deformable plate (11) a maximum number of possible forces that can concur in the plate (11) deformable, for example five in the case of a mouse (18) (the four legs plus the tail). So, you start considering that there are an acting force, and the minimum error value is recorded obtained. Next, there are supposed to be two forces acting, calculating its value and its points of application, also registering the minimum error obtained in this case, and so on, until the maximum number of forces is exhausted supposed.
Llegados a este punto, al objeto de eliminar posibles soluciones espurias, para cada uno de los casos contemplados se calcula la distancia dos a dos de cada una de las fuerzas obtenidas, y si es menor a una distancia de referencia (el tamaño de la pata del ratón (18), para el ejemplo propuesto), se refunden en una única carga cuyo punto de aplicación es el promedio de ambos puntos, y su modulo la suma de los módulos.At this point, in order to eliminate possible spurious solutions, for each case contemplated the distance is calculated two to two of each of the forces obtained, and if less than a reference distance (the Mouse leg size (18), for the proposed example), is rebound in a single load whose point of application is the average of both points, and its module the sum of the modules.
Por último, se obtiene como solución final aquella que haya dado menor error para todas las supuestas, si bien el número de fuerzas actuantes se altera según se ha descrito, si existen, en el caso solución, fuerzas muy próximas.Finally, it is obtained as a final solution one that has given less error for all the assumptions, although the number of acting forces is altered as described, if there are, in the case solution, very close forces.
Claims (35)
- \bullet?
- una placa (11) deformable; a plate (11) deformable;
- \bullet?
- una fuente (1) de emisión láser, a source (1) of emission To be,
- \bullet?
- medios de separación del haz que proviene de la fuente láser en dos: un haz principal y un haz secundario; beam separation means which comes from the laser source in two: a main beam and a beam secondary;
- \bullet?
- un sensor (8) digital de imagen; a digital sensor (8) of image;
- \bullet?
- medios de iluminación de la placa (11) deformable con el haz primario del láser; lighting means of the deformable plate (11) with the primary beam of the laser;
- \bullet?
- medios para combinar el haz de referencia o secundario con el haz principal del láser sobre el sensor digital de imagen; means to combine the beam of reference or secondary with the main laser beam on the digital image sensor;
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- \bullet?
- obtención de un moteograma o imagen (I2) de la placa (11) deformable sin aplicación de carga para constituir un patrón de referencia; obtain a moteogram or Image (I2) of the deformable plate (11) without load application for constitute a reference standard;
- \bullet?
- obtención de uno o más moteogramas o imágenes (I1) de la placa (11) deformable con la carga aplicada; obtaining one or more moteograms or images (I1) of the plate (11) deformable with the load applied;
- \bullet?
- cálculo de la diferencia entre las intensidades de las imágenes obtenidas bajo carga (I1) y la imagen (I2) sin carga de referencia obteniendo un interferograma (I3) calculation of the difference between the intensities of the images obtained under load (I1) and the image (I2) without reference load obtaining an interferogram (I3)
- \bullet?
- Obtención del campo (I4) de desplazamientos, a partir del interferograma (I3), teniendo en cuenta los parámetros de trabajo del dispositivo con la placa (11) deformable Obtaining the field (I4) of displacements, from the interferogram (I3), taking into count the working parameters of the device with the plate (11) deformable
- \bullet?
- Determinación de las cargas a partir del campo (I4) de desplazamientos, mediante un procedimiento de minimización de un funcional definido a partir del desplazamiento medido y de valores que provienen de una solución obtenida bien sea analíticamente bien sea obtenida mediante técnicas numéricas. Determination of loads a from the field (I4) of displacements, by a procedure minimization of a functional defined from the displacement measured and from values that come from a solution obtained either analytically well obtained by techniques Numerical
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- \bullet?
- cálculo de la transformada de Fourier de la imagen obtenida bajo carga; calculation of the transform of Fourier of the image obtained under load;
- \bullet?
- selección de un cierto rango de frecuencias en el dominio frecuencial de Fourier; selection of a certain range of frequencies in the Fourier frequency domain;
- \bullet?
- cálculo de la transformada inversa; transform calculation inverse;
- \bullet?
- calculada la transformada inversa de la imagen de referencia tomada sin carga, se compara con la transformada inversa de la imagen tomada con carga, siendo esta comparación la resta de ambas en sus fases de las funciones complejas en una y otra imagen. calculated the transformed Inverse of the reference image taken without load, it is compared with the inverse transform of the image taken with load, this being comparison the subtraction of both in their phases of functions complex in one and another image.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200700038A ES2340232B1 (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | DEVICE FOR THE DETERMINATION OF ONE OR VARIOUS LOADS OF SUPPORT AND PROCEDURE FOR OBTAINING SUCH LOADS. |
| PCT/ES2007/000725 WO2008081058A1 (en) | 2006-12-27 | 2007-12-12 | Device for determining one or more support loads and method for obtaining said loads |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| ES200700038A ES2340232B1 (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | DEVICE FOR THE DETERMINATION OF ONE OR VARIOUS LOADS OF SUPPORT AND PROCEDURE FOR OBTAINING SUCH LOADS. |
Publications (2)
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Family
ID=39588178
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| US7086350B2 (en) * | 2002-07-25 | 2006-08-08 | The Regents Of The University Of California | Animal cage behavior system |
| WO2005103610A1 (en) * | 2004-04-22 | 2005-11-03 | The University Of Electro-Communications | Small displacement measuring method and instrument |
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2006
- 2006-12-27 ES ES200700038A patent/ES2340232B1/en active Active
-
2007
- 2007-12-12 WO PCT/ES2007/000725 patent/WO2008081058A1/en active Application Filing
Non-Patent Citations (2)
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|---|
| OPTICS AND LASER TECHNOLOGY, Vol. 34, N$^{o}$ 1, páginas 81-92 "{}General model to predict and correct errors in phase map interpretation and measurement for out-of-plane ESPI interferometers"{}. (PUGA et al.) 01.02.2002 * |
| OPTICS COMMUNICATIONS, Vol. 262, N$^{o}$ 1, páginas 8-16. "{}Electronic speckle pattern interferometer design to get maximum sensitivity on the measurement of displacement vector fields"{} (MARTÍNEZ et al.) 01.06.2006 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2340232A1 (en) | 2010-05-31 |
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