RU2247337C1

RU2247337C1 - Device for weighing

Info

Publication number: RU2247337C1
Application number: RU2003121700/28A
Authority: RU
Inventors: И.С. Лебеденко (RU); И.С. Лебеденко; Ю.И. Лебеденко (RU); Ю.И. Лебеденко; А.Ю. Лукашин (RU); А.Ю. Лукашин
Original assignee: Тульский государственный университет (ТулГУ)
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2005-02-27
Also published as: RU2003121700A

Abstract

FIELD: medicine engineering.

SUBSTANCE: device has a platform provided with at least three weighing devices having sensors of the patient bearing surfaces. The outputs of the weighing devices are connected with a device for the calculation of the total weight of the patient and position of the center of gravity and bearing surfaces of the patient on the platform. The data are indicated on the screen of a monitor.

EFFECT: expanded functional capabilities.

3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам измерения распределения веса тела человека по опорным поверхностям (зонам) стоп, рук, седалища для проведения диагностики (исследования) расстройств опорно-двигательного аппарата, снижением мышечного тонуса, нарушением вертикальной устойчивости и т.д.The invention relates to medical equipment, in particular to devices for measuring the distribution of a person’s body weight on the supporting surfaces (zones) of the feet, hands, and seat to diagnose (study) disorders of the musculoskeletal system, decrease muscle tone, impair vertical stability, etc.

Известны весы переносные напольные, содержащие горизонтальные рычаги, тягу, зубчатую рейку, соединенную с трибком с поворотным индикатором, отличающиеся тем, что они снабжены кронштейном с ограничителем, жестко соединенным с тягой, и стержнем с пружиной на одном конце, зубчатая рейка выполнена П-образной, расположена внутри кронштейна и соединена с кронштейном с одной стороны пружиной, с другой - ограничителем. [А.с. СССР №528455, кл. G 01 G 19/14, опубликовано 15.09.76, бюл. №34].Known portable floor scales, containing horizontal levers, a rod, a gear rack connected to a tube with a rotary indicator, characterized in that they are equipped with an arm with a limiter rigidly connected to the rod and a rod with a spring at one end, the gear rack is made U-shaped , is located inside the bracket and connected to the bracket on one side by a spring, on the other - a limiter. [A.S. USSR No. 528455, cl. G 01 G 19/14, published 09/15/76, bull. No. 34].

Недостатком данного устройства является малая точность определения опорной поверхности человека и распределения веса по этим опорным поверхностям.The disadvantage of this device is the low accuracy of determining the supporting surface of a person and the distribution of weight on these supporting surfaces.

Прототипом настоящего изобретения является известное взвешивающее устройство для измерения распределения веса тела человека по основным опорным зонам стопы, содержащее грузоподъемный узел с датчиками веса, отличающееся тем, что с целью измерения распределения веса по опорным точкам взвешиваемого тела блок обработки информации выполнен в виде усилителей, подключенных к информационным входам мультиплексора, соединенного через узел выборки - запоминания и АЦП с входом микро-ЭВМ, выход которой связан с управляющим входом мультиплексора, а датчики веса расположены в точках опоры взвешиваемого тела и подключены к соответствующим усилителям. [А.с. СССР №1744506 А1, МКИ⁵ G 01 G 19/44, опубл. 30.06.92, бюл. №24].A prototype of the present invention is a known weighing device for measuring the distribution of the body weight of a person over the main supporting zones of the foot, comprising a lifting unit with weight sensors, characterized in that for the purpose of measuring the distribution of weight over the reference points of the weighed body, the information processing unit is made in the form of amplifiers connected to information inputs of a multiplexer connected through a sampling node - storing and ADC with the input of a microcomputer, the output of which is connected to the control input of the multiplexer and the weight sensors are located at the support points of the weighed body and are connected to the respective amplifiers. [A.S. USSR No. 1744506 A1, MKI ⁵ G 01 G 19/44, publ. 06/30/92, bull. No. 24].

Данное устройство позволяет приблизительно определить распределение веса по приближенно определенным поверхностям человека, так как точность определения опорных поверхностей в данном устройстве зависит от числа датчиков, установленных на устройстве.This device allows you to approximately determine the distribution of weight on approximately certain surfaces of a person, since the accuracy of determining the supporting surfaces in this device depends on the number of sensors installed on the device.

Основным недостатком устройства является невозможность правильного диагностирования плоскостопия обследуемого.The main disadvantage of the device is the inability to correctly diagnose the flat feet of the subject.

Задачей настоящего изобретения является определение поверхности касания опорной поверхности стоп на предмет диагностики плоскостопия, касающихся ровной плоскости, и положения центра тяжести взвешиваемого человека относительно опорных поверхностей на предмет диагностики опорно-двигательного аппарата.The present invention is to determine the contact surface of the supporting surface of the feet for the diagnosis of flat feet, touching a flat plane, and the position of the center of gravity of the person being weighed relative to the supporting surfaces for the diagnosis of musculoskeletal system.

Поставленная задача решается тем, что грузоподъемный узел с датчиками веса, подключенными к блоку обработки информации, отличающийся тем, что датчики веса снабжены пружинными опорами с емкостными датчиками перемещения, включенными в обратную связь генераторов переменной частоты. Выходы генераторов переменной частоты через триггеры соединены с входами регистров с последовательным входом, управляемые калиброванными по времени стробирующими импульсами. Выходы регистров соединены с входами мультиплексора, устанавливающего последовательность опроса, выход мультиплексора присоединен к входу цифровой измерительно-вычислительной системы, производящей вычисление положения центра тяжести.The problem is solved in that the load-bearing unit with weight sensors connected to the information processing unit, characterized in that the weight sensors are equipped with spring supports with capacitive displacement sensors included in the feedback of the variable frequency generators. The outputs of the variable frequency generators through the triggers are connected to the inputs of the registers with a serial input, controlled by time-calibrated gating pulses. The outputs of the registers are connected to the inputs of the multiplexer that sets the polling sequence, the output of the multiplexer is connected to the input of a digital measuring and computing system that calculates the position of the center of gravity.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2, 3, 4, 5.The invention is illustrated in figures 1, 2, 3, 4, 5.

На фиг.1 и 2 приведены общие виды устройств для взвешивания и определения распределения веса тела человека по опорным зонам (поверхностям).Figures 1 and 2 show general views of devices for weighing and determining the distribution of a person’s body weight over reference zones (surfaces).

На фиг.3 приведена принципиальная схема датчиков веса с емкостным датчиком перемещения в виде двух телескопических цилиндров, входящих один в другой.Figure 3 shows a schematic diagram of a weight sensor with a capacitive displacement sensor in the form of two telescopic cylinders that enter one into the other.

На фиг.4 приведен датчик веса с емкостным датчиком в виде двух изогнутых, изолированных пластин, соединенных вогнутыми сторонами.Figure 4 shows the weight sensor with a capacitive sensor in the form of two curved, insulated plates connected by concave sides.

На фиг.5 приведен емкостной датчик перемещения, выполненный из одной изогнутой пластины, согнутой вдвое, и одной плоской пластины.Figure 5 shows a capacitive displacement sensor made of one curved plate, double bent, and one flat plate.

Устройство для взвешивания и определения распределения веса тела человека по опорным зонам (поверхностям) состоит из (фиг.1, 2) грузоприемной платформы 1 с тремя весовыми опорами 2, 3, 4, устанавливаемыми на пол. Верхняя поверхность грузоподъемной платформы снабжена датчиком опорной поверхности тела человека (например, ступней) 5. На фиг.1 этот датчик выполнен в виде бумажного листа 6 с координатной сеткой 7, который покрывается листом копировальной бумаги 8.A device for weighing and determining the distribution of the weight of a person’s body along the supporting zones (surfaces) consists of (Fig. 1, 2) a load receiving platform 1 with three weight supports 2, 3, 4, mounted on the floor. The upper surface of the lifting platform is equipped with a sensor of the supporting surface of the human body (for example, the foot) 5. In figure 1, this sensor is made in the form of a paper sheet 6 with a coordinate grid 7, which is covered with a sheet of carbon paper 8.

На фиг.2 датчик опорной поверхности тела человека 5 выполнен в виде толстой стеклянной плиты 9, установленной в жесткой раме в виде параллелепипеда, внутрь которого вставляется цветной текстовый сканер 10, который прижимается к стеклянной плите поролоновой подушкой 11.In Fig.2, the sensor of the supporting surface of the human body 5 is made in the form of a thick glass plate 9 mounted in a rigid frame in the form of a parallelepiped, into which a color text scanner 10 is inserted, which is pressed against the glass plate by a foam pad 11.

На фиг.3 приведен датчик веса с емкостным датчиком перемещения в виде двух телескопических цилиндров, входящих один в другой. Он содержит цилиндрический корпус 12 и 3 диэлектрика и прикреплен к грузоподъемной платформе 13. В его центре расположен диэлектрический шток 14 с поршнем 15, ход которого ограничивается крышкой 16. На шток надета калиброванная пружина 17. В цилиндрическую часть корпуса 12 жестко установлен неподвижный цилиндрический электрод датчика 18, а на поршень 15 надет подвижный цилиндрический электрод 19. Электроды соединены с генератором переменной частоты проводами 20.Figure 3 shows the weight sensor with a capacitive displacement sensor in the form of two telescopic cylinders, one in the other. It contains a cylindrical dielectric housing 12 and 3 and is attached to the lifting platform 13. A dielectric rod 14 with a piston 15 is located in its center, the stroke of which is limited by the cover 16. A calibrated spring 17 is put on the rod. A fixed cylindrical cylindrical electrode is fixed to the cylindrical part of the housing 12 18, and a movable cylindrical electrode 19 is put on the piston 15. The electrodes are connected to the variable frequency generator by wires 20.

На фиг.4 приведен датчик веса в виде упругого эллипса 21, на короткой оси которого установлены диэлектрические втулки, соединенные с пластинами емкостного датчика перемещения 24, 25. Концы пластин разделены диэлектрическими прокладками 26, 27 и скреплены втулками 28, 29. Электроды соединяются с генератором переменной частоты проводами 30.Figure 4 shows the weight sensor in the form of an elastic ellipse 21, on the short axis of which there are dielectric bushings connected to the plates of the capacitive displacement sensor 24, 25. The ends of the plates are separated by dielectric spacers 26, 27 and fastened by bushings 28, 29. The electrodes are connected to the generator variable frequency wires 30.

На фиг.5 приведен емкостной датчик перемещения в виде вогнутой пластины, сложенной вдвое, и одной плоской пластины 32, расположенной между двумя изогнутыми 31. В месте скрепления пластины разделены диэлектрическими прокладками 33, 34 и соединены винтом 35, который не касается средней пластины 32. Соединение пластин емкости с генератором осуществляется проводами 36.Figure 5 shows a capacitive displacement sensor in the form of a concave plate folded in half and one flat plate 32 located between two curved 31. At the point of attachment, the plates are separated by dielectric spacers 33, 34 and connected by a screw 35, which does not touch the middle plate 32. The connection of the plates of the tank with the generator is carried out by wires 36.

Каждый датчик веса выполнен в виде прикрепленного торцом к нижней стороне грузоподъемной платформы цилиндра, внутри которого расположен регулировочный винт с осевым отверстием для штока, контактирующего нижним концом с датчиком перемещения, а на верхнем конце штока закреплен поршень, между нижним торцом которого и регулировочным установлена калибровочная пружина.Each weight sensor is made in the form of a cylinder attached to the lower side of the lifting platform, inside of which there is an adjustment screw with an axial hole for the rod in contact with the lower end of the displacement sensor, and a piston is fixed at the upper end of the rod, a calibration spring is installed between its lower end and the adjustment .

Емкостной датчик перемещения выполнен в виде двух телескопических цилиндров, входящих один в другой и изолированных электрически.The capacitive displacement sensor is made in the form of two telescopic cylinders that enter one another and are electrically isolated.

Емкостной датчик перемещения выполнен в виде двух изогнутых, изолированных пластин, соединенных вогнутыми сторонами.The capacitive displacement sensor is made in the form of two curved, insulated plates connected by concave sides.

Емкостной датчик перемещения выполнен в виде одной прямой промежуточной пластины и двух изогнутых пластин, соединенных вместе.The capacitive displacement sensor is made in the form of one straight intermediate plate and two curved plates connected together.

Датчик положения опорных поверхностей тела на грузоприемном узле выполнен в виде гладкой горизонтальной поверхности с фиксаторами положения бумаги, на которую укладывается лист координатной бумаги, а затем лист копировальной бумаги (пачкающим слоем вниз).The position sensor of the supporting surfaces of the body on the load-receiving unit is made in the form of a smooth horizontal surface with paper position fixers, on which a sheet of coordinate paper is laid, and then a sheet of carbon paper (soiling layer down).

Датчик положения опорных поверхностей тела человека выполнен в виде рамы из толстого стекла, под которую ставится текстовый цветной сканер.The position sensor of the supporting surfaces of the human body is made in the form of a thick glass frame, under which a text color scanner is placed.

Работает устройство следующим образом. На грузоподъемную площадку устройства (фиг.1) накладывается бумага с координатной сеткой, поверх которой накладывается копировальная бумага 7. На верх копировальной бумаги становится пациент. В местах контакта стопы с грузоподъемной площадкой копировальная бумага прижимается к координатной бумаге и оставляет след. Вес тела пациента распределяется между датчиками веса, которые прогибаются пропорционально нагрузке. На фиг.3 приведена принципиальная схема датчика веса с емкостным датчиком перемещения в виде двух телескопических цилиндров, входящих один в другой. При прогибе спиральной калибровочной пружины 17 на фиг.3 поршень 15 с подвижным цилиндрическим электродом 13 смещается вверх относительно неподвижного цилиндрического электрода 18. В результате емкость обратной связи генератора увеличивается, и частота генератора уменьшается. Возможна другая установка цилиндров, когда при сжатии пружины подвижный цилиндр будет выходить из неподвижного, и частота колебаний генератора будет увеличиваться. Триггеры преобразуют нелинейные колебания генераторов в прямоугольные колебания и передают их на регистры с последовательными входами, которые управляются калиброванными по времени импульсами, и записывают пропорциональное частоте поступающего сигнала число импульсов, которое считывается с их выходов по окончании импульса, и устанавливаются нули. Мультиплексор поочередно считывает получаемую информацию и вводит в цифровое вычислительное устройство, где производится вычисление центра тяжести по показаниям датчиков, и его координаты выводятся на дисплей или монитор. Полученные координаты оператор наносит на координационную бумагу пациента. Таким образом, мы получаем документ в виде отпечатка стоп с указанием координат центра тяжести и веса.The device operates as follows. A paper with a coordinate grid is superimposed on the loading platform of the device (FIG. 1), on top of which carbon paper 7. The patient is placed on top of the carbon paper. At the contact points of the foot with the lifting platform, the copy paper is pressed against the coordinate paper and leaves a mark. The patient's body weight is distributed between the weight sensors, which bend in proportion to the load. Figure 3 shows a schematic diagram of a weight sensor with a capacitive displacement sensor in the form of two telescopic cylinders entering one into the other. When the spiral calibration spring 17 in FIG. 3 is deflected, the piston 15 with the movable cylindrical electrode 13 shifts upward relative to the stationary cylindrical electrode 18. As a result, the generator feedback capacitance increases and the generator frequency decreases. Another installation of the cylinders is possible when, when the spring is compressed, the movable cylinder will leave the stationary cylinder and the oscillation frequency of the generator will increase. Triggers convert nonlinear oscillations of generators into rectangular oscillations and transfer them to the registers with serial inputs, which are controlled by time-calibrated pulses, and record the number of pulses proportional to the frequency of the incoming signal, which is read from their outputs at the end of the pulse, and zeros are set. The multiplexer alternately reads the received information and enters it into a digital computing device, where the center of gravity is calculated according to the readings of the sensors, and its coordinates are displayed on a display or monitor. The operator applies the obtained coordinates to the coordination paper of the patient. Thus, we get a document in the form of a footprint indicating the coordinates of the center of gravity and weight.

Для автоматического получения документа применяется устройство, приведенное на фиг.2, снабженное датчиком положения опорных поверхностей тела человека в виде цветного текстового сканера, располагаемого под прочной стеклянной грузоподъемной площадкой. При нагружении грузоподъемной площадки 9 исследуемым человеком опоры 2, 3, 4 прогибаются и расстояние между диэлектрическими втулками 22 и 23 уменьшается. Электроды емкостного датчика 24 и 25 сближаются. В результате изменяется частота генератора. Возможно применение емкостного датчика перемещения в виде вогнутой пластины, сложенной вдвое, 31 и одной плоской пластины. Такой датчик обладает большей емкостью благодаря удвоенной перемещающейся поверхности. Работает такое устройство в сочетании с ПК, на мониторе которого мы получаем цветное изображение стоп обследуемого человека с координатами центра тяжести и веса обследуемого. Обработка данных осуществляется как и в первом случае, но данные выводятся на мониторе на изображении стоп пациента, полученного на сканере. Кроме того, данное устройство позволяет определить распределение веса и на других опорных поверхностях человеческого тела, например кисти рук и седалища.To automatically receive a document, the device shown in FIG. 2 is used, equipped with a position sensor of the supporting surfaces of the human body in the form of a color text scanner located under a strong glass load-lifting platform. When loading the lifting platform 9 by the person under study, the supports 2, 3, 4 bend and the distance between the dielectric bushings 22 and 23 decreases. The electrodes of the capacitive sensor 24 and 25 approach each other. As a result, the frequency of the generator changes. It is possible to use a capacitive displacement sensor in the form of a concave plate folded in half 31 and one flat plate. Such a sensor has a larger capacity due to a doubled moving surface. Such a device works in combination with a PC, on the monitor of which we get a color image of the feet of the person being examined with the coordinates of the center of gravity and weight of the person being examined. Data processing is carried out as in the first case, but the data is displayed on the monitor on the image of the feet of the patient received on the scanner. In addition, this device allows you to determine the distribution of weight on other supporting surfaces of the human body, such as the hands and seat.

Внедрение изобретения расширяет диагностические и исследовательские возможности медицинской техники, ускоряет обследование пациентов, дает возможность реализовать базу данных и автоматически выделять группу лиц с отклонениями. Весьма полезным будет применение предлагаемого устройства при первичных осмотрах, например при проф. осмотре или военных комиссиях.The implementation of the invention expands the diagnostic and research capabilities of medical equipment, accelerates the examination of patients, makes it possible to implement a database and automatically select a group of people with disabilities. It will be very useful to use the proposed device during initial examinations, for example, with prof. inspection or military commissions.

Claims

1. The device for weighing and determining the distribution of the weight of the human body on the supporting surfaces, comprising a lifting unit with spring weight sensors connected to an information processing unit, characterized in that the lifting unit is equipped with a sensor of the supporting surfaces of the human body, while the weight sensors are made in the form of capacitive sensors displacements included in the feedback of variable frequency generators through triggers are connected to the inputs of registers or counters with serial inputs and controlled by time-gated pulses, the outputs of the registers are connected to the inputs of the multiplexer that sets the polling sequence, the output of the multiplexer is connected to the input of the measuring and computing system that measures the position of the center of gravity.

2. The device according to claim 1, characterized in that the capacitive displacement sensor included in the spring weight sensor is made in the form of two telescopic cylinders that enter one another and are electrically isolated.

3. The device according to claim 1, characterized in that the capacitive displacement sensor included in the spring weight sensor is made in the form of two bent opposite each other insulated electrically plates connected to the ends.

4. The device according to claim 1, characterized in that the capacitive displacement sensor included in the spring weight sensor is made in the form of a straight plate, which is surrounded on two sides by another plate, folded twice in concave sides and isolated electrically from a straight plate.