RU2135081C1

RU2135081C1 - Dynamometer

Info

Publication number: RU2135081C1
Application number: RU98101535A
Authority: RU
Inventors: Г.В. Смирнов; В.Д. Вешуткин; Т.В. Буйлова; Е.В. Донченко
Original assignee: Нижегородский государственный научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 1999-08-27

Abstract

FIELD: medical equipment, in particular, devices for measurement of muscular force. SUBSTANCE: dynamometer has a supporting member and a flexible member with resistance strain gauges secured on it, combined in a semibridge systems. The flexible member is made up of two beams, having beads at the ends for screws, and in the middle - for attachment of the supporting member, fastened to which is the tie with a cardan joint. EFFECT: enhanced accuracy of measurement of quickly changing parameters of muscles. 1 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам для измерения мускульной силы. The present invention relates to medical equipment, in particular to devices for measuring muscle strength.

Известны различные типы динамометров, используемых в медицине и физиологии труда. Это тензометрические динамометры и механодинамометры. (А.С. N 1688846 Лобзин В. С., Жулев Н.М., Пустозеров В.Г. Устройство для измерения мышечной силы; А.С. N 1222244 Земляков В.В с соавт. Реверсивный динамометр; А. С. N 1715363 Ястребцев И.Б. Ручной динамометр; А.С. N 1426540 Сигал М.А., Кораблев В. Г. , Толмачев К.В. Устройство для измерения силы и выносливости мышц; Edwards G. Isometric force measuring device, Palo Alto, Galif., Assignor to Greenleaf Medical Systems inc. Ser. N 581482). There are various types of dynamometers used in medicine and physiology of work. These are strain gauge dynamometers and mechanodynamometers. (A.S. N 1688846 Lobzin V.S., Zhulev N.M., Pustozerov V.G. Device for measuring muscle strength; A.S. N 1222244 Zemlyakov V.V et al. Reversing dynamometer; A. S. N 1715363 Yastrebtsev I.B. Manual dynamometer; A.S. N 1426540 Sigal M.A., Korablev V.G., Tolmachev K.V. Device for measuring muscle strength and endurance; Edwards G. Isometric force measuring device, Palo Alto, Galif., Assignor to Greenleaf Medical Systems inc. Ser. N 581482).

Применение механодинамометров ограничивается лишь регистрацией максимальной мускульной силы. Нет возможности изучения процесса мышечного сокращения во временном аспекте. Кроме того, механодинамометры имеют низкую точность. The use of mechanodynamometers is limited only by recording maximum muscle strength. There is no way to study the process of muscle contraction in the temporal aspect. In addition, mechanodynamometers have low accuracy.

Использование тензометрических динамометров позволяет изучать процесс мышечного сокращения во временном аспекте, однако, тензометрические динамометры имеют низкие частоты собственных колебаний и поэтому при регистрации быстроизменяющихся усилий возможны значительные ошибки. The use of tensometric dynamometers allows us to study the process of muscle contraction in the temporal aspect, however, tensometric dynamometers have low natural vibration frequencies and therefore significant errors are possible when registering rapidly changing forces.

За прототип нами выбран тензометрический динамометр (Букин И.В., Якобсон Я.С. "Приборы для измерения силы схвата и момента ротации кисти" //Протезирование и протезостроение - Сб. трудов. - вып. 43М. - 1977 - с. 91-96.)
Динамометр состоит из упругого и опорного элементов и измерительной системы. Упругий элемент выполнен в виде стальной пластины толщиной 0,8 мм, с обеих сторон которой наклеены четыре проволочных тензорезистора, собранных по схеме полумоста. Измеряемое усилие воспринимается опорным элементом, представляющим собой пластину двумя штоками, способными свободно перемещаться вдоль направляющих отверстий и через шарик передается на упругий элемент.For the prototype we chose a strain gauge dynamometer (Bukin I.V., Yakobson Ya.S. "Instruments for measuring grip force and torque of rotation of the hand" // Prosthetics and prosthetics - Sat collection. - Issue 43M. - 1977 - p. 91 -96.)
The dynamometer consists of an elastic and supporting elements and a measuring system. The elastic element is made in the form of a steel plate with a thickness of 0.8 mm, four wire strain gauges assembled according to the half-bridge scheme are glued on both sides of it. The measured force is perceived by the supporting element, which is a plate with two rods, able to move freely along the guide holes and transmitted through the ball to the elastic element.

Однако, известное устройство конструкционно не обеспечивает возможность изучения быстро изменяющихся параметров мускульной силы. Кроме того, динамометр выполнен таким образом, что опорный элемент поджат к пластине с тензорезисторами с некоторым усилием с целью направления силы схвата вдоль осевой линии и уменьшения погрешности измерения. Несмотря на это, наличие постоянного фонового сигнала с тензорезисторов, а в конечном итоге и необратимая деформация опорного элемента, возникающая от постоянного одностороннего силового воздействия, а также включение в передающую усилие систему шарика, играющего демпфирующую роль, обуславливает значительную величину ошибки измерения, что может привести к неправильному толкованию результатов динамометрических исследований в ортопедической практике. However, the known device structurally does not provide the opportunity to study rapidly changing parameters of muscular strength. In addition, the dynamometer is designed so that the support element is pressed against the plate with strain gauges with some effort in order to direct the gripping force along the center line and reduce the measurement error. Despite this, the presence of a constant background signal from the strain gages, and ultimately the irreversible deformation of the support element arising from constant unilateral force, as well as the inclusion of a ball playing a damping role in the transmitting force, causes a significant measurement error, which can lead to to the misinterpretation of the results of dynamometric studies in orthopedic practice.

Задача предлагаемого технического решения - повышение точности регистрации быстро изменяющихся силовых параметров мышц. The objective of the proposed technical solution is to increase the accuracy of registration of rapidly changing muscle strength parameters.

Поставленная задача выполняется за счет того, что в динамометре, включающем опорный элемент и упругий элемент, с закрепленными на нем тензорезисторами, объединенными в полумостовую схему, упругий элемент выполнен в виде двух балок, имеющих утолщения на концах под винты и в середине для крепления опорного элемента, к которому прикреплена тяга с карданным узлом. The task is carried out due to the fact that in the dynamometer, including the support element and the elastic element, with strain gauges fixed on it, combined in a half-bridge circuit, the elastic element is made in the form of two beams having thickenings at the ends for screws and in the middle for fastening the support element to which a rod with a gimbal assembly is attached.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, где изображен динамометр. The essence of the proposed technical solution is illustrated by the drawing, which shows the dynamometer.

Динамометр состоит из упругого элемента 1, выполненного в виде двух плоских балок, имеющих утолщения на концах и в середине. Концевые утолщения 2 служат для соединения двух балок с помощью винтов 3, а средние утолщения 4 служат для крепления опорного элемента в виде ручки 5 и тяги 6 с карданным, узлом 7. На упругий элемент 1 наклеены тензорезисторы 8. Тензорезисторы 8 объединены в мостовую измерительную схему таким образом, что электрический сигнал с нее, пропорциональный деформации упругого элемента 1, соответствует только измеряемой силе, приложенной к ручке (5) и тяге (6). Для защиты тензорезисторов и электрического монтажа от механических повреждений упругий элемент заключен в коробчатый корпус (на чертеже не показан). The dynamometer consists of an elastic element 1 made in the form of two flat beams having thickenings at the ends and in the middle. End thickenings 2 are used to connect two beams using screws 3, and medium thickenings 4 are used to fasten the support element in the form of a handle 5 and rod 6 with a universal joint, node 7. Strain gages 8 are glued to the elastic element 1. Strain gages 8 are combined into a bridge measuring circuit so that the electric signal from it, proportional to the deformation of the elastic element 1, corresponds only to the measured force applied to the handle (5) and the thrust (6). To protect the strain gauges and electrical installation from mechanical damage, the elastic element is enclosed in a box-shaped case (not shown in the drawing).

Динамометр используют следующим образом. Тягу 6 укрепляют к неподвижному массивному основанию. Пациент тянет кистью ручку 5, при этом в упругом элементе возникают изгибные упругие деформации, преобразуемые при помощи тензорезисторов 8 и мостовой схемы в электрический сигнал. Электрический сигнал пропорционален деформации упругого элемента и, следовательно, пропорционален действующему усилию. Электрический сигнал регистрируют регистратором-самописцем, вольтметром. The dynamometer is used as follows. Link 6 is strengthened to a fixed massive base. The patient pulls the handle 5 with a brush, while bending elastic deformations occur in the elastic element, which are transformed with the help of strain gauges 8 and a bridge circuit into an electrical signal. The electrical signal is proportional to the deformation of the elastic element and, therefore, proportional to the acting force. An electrical signal is recorded by a recorder, recorder, voltmeter.

Повышение точности регистрации мускульной силы достигается за счет местных ослаблений в виде тонких частей упругого элемента. Наличие тяги с корданным узлом позволяет избежать крутильных деформаций упругого элемента, что также повышает точность измерения силы. Improving the accuracy of registration of muscular strength is achieved through local weaknesses in the form of thin parts of the elastic element. The presence of traction with a cord node allows avoiding torsional deformations of the elastic element, which also increases the accuracy of force measurement.

Предлагаемое устройство позволяет регистрировать быстро изменяющиеся силовые параметры во временном аспекте, что имеет первостепенное значение при оценке функционального состояния опорно-двигательной системы человека, а также при оценке эффективности реабилитационных мероприятий. The proposed device allows you to record rapidly changing power parameters in the temporal aspect, which is of paramount importance in assessing the functional state of the musculoskeletal system of a person, as well as in assessing the effectiveness of rehabilitation measures.

Claims

A dynamometer including a support element and an elastic element with strain gauges fixed to it, combined in a half-bridge circuit, characterized in that the elastic element is made in the form of two beams having thickenings at the ends of the screws and in the middle for attaching the support element to which the rod is attached with gimbal assembly.