SU1718906A1 - Устройство дл оценки вакуумного креплени протеза бедра - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к медицине, в частности к протезированию и протезостроению , и может быть использовано дл  оценки вакуумного креплени  протеза бедраГ(

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и расширение области измере- ни  в динамике пррцесса ходьбы в соответствии с фазами шага.

На фиг.1 приведен преобразователь- элемент, общий вид; на фиг.2 - схема выполнени  упругого элемента в составе с трансформатором давлени ; на фиг.З - схема преобразовательного элемента с транс- Форматором силы; на фиг.4 - электрическа  схема преобразовательного элемента; на фиг.5 - схема нагружени  на изгмб предлагаемого упругого элемента; на фиг.6-схема нагружени  упругого элемента силой F.

Устройство содержит заглушку, котора  с помощью резьбового соединени  и уплот- нительной шайбы установлена в гнезде под

клапан вакуумного креплени  в гильзе бедра . Преобразовательный элемент 1 содержит консольно закрепленный в держателе 2 упругий элемент 3, выполненный из двух пластин 4 и 5. На верхней поверхности пластины 4 расположены тензодатчики 6, а на нижней поверхности пластины 5-тензодатчики 7. Упругий элемент 3 выполнен из неэлектропроводного материала, например из стекла или ситала и т.д., причем тензодатчи- i ки 6 и 7, пластины 4 и 5 имеют одинаковый коэффициент линейного расширени .

Перед сборкой упругого элементе Зчв неразъемную конструкцию кажда  гластй- на 4 (5) с предварительно закрепленными (нанесенными) тензорезистивными сло ми тензодатчиков 6 и 7 и элементами 8-10 жесткости селективно подбираетс  в пары по номинальному сопротивлению и коэффициенту тензочувствительности.

Х|

00 Ч) О О

Кажда  пластина 4 (5) в отдельности  вл етс  активным плечом мостовой электрической схемы RI или Ra преобразовательного элемента. При объединении двух пластин 4 и $ в упругий эле-; мент 3 подобраныне ранее параметры (номинальное сопротивление тензодатчиков б и 7, коэффициент тензочувствительно- сти) плеч мостовой схемы практически не мен ютс .

Кажда  из пластин 4 и 5 упругого элемента 3 снабжена элементами 8-10 жесткости в виде неразъемно соединенных пр моугольных накладок, закрепленных со стороны тензодатчиков 6 и 7. Дл  обеспечени  креплени  упругого элемента 3 в держа- те.ле 2 используютс  промежуточные прокладки 11, расположенные под элементами 8-10. Толщина прокладок 11 выбираетс  равной толщине тензодатчиков.

Пр моугольные элементы 10 жесткости предназначены дл  дополнительного креплени  концов тензодатчиков 6 и 7 к поверхности пластин 4 и 5 упругого элемента 3, а также служат дл  обеспечени  вывода из зоны деформации электрических выводов 12 тензодатчков 6 и 7. Элементы 8-10 выполнены из электроизол ционного материала , например стекла, обладающего высокими электроизол ционными свойствами , т.е. вы полн   ют также роль изол торов в месте заделки упругого элемента в держатель . Это обеспечивает высокую электробезопасность конструкции. Элементы 8-10, а также прокладки 11 имеют такой же коэффициент линейного расширени , как держатель 2, упругий элемент 3, тензодатчики 6 и 7.

При пр мом изгибе упругого элемента 3 во внешних волокнах возникают наибольшие продольные деформации. В предлагаемой конструкции внешними волокнами  вл ютс  закрепленные тензодатчики, которые претерпевают наибольшую продоль ную деформацию сжати  или раст жени . Дл  увеличени  надежности креплени  тен- зодатчиков в конструкцию введены элементы 8-10, которые дополнительно закрепл ют концы тензодатчиков. Это конструктивное решение увеличивает общую площадь креплени  тензодатчиков в местах наибольшей деформации сжати  или раст жени , чем снижаетс  остаточна  деформаци  (гистерезис), увеличиваетс  надежность работы упругого элемента в знакопеременных нагрузках.

. Преобразовательный элемент датчиков содержит также промежуточный передатчик 13 силы перемещени , выполненный в виде стержн  с шарниром с внутренним

трением, жестко соединенного соответственно с подвижным концом упругого элемента 3 и трансформатором 24 силы, корпус 14 преобразовательного элемента, плату 15

креплени  гермовыводов. Гермовывод 16 (показан только один из трех гермовыводов) служит дл  подсоединени  электрических выводов 12 упругого элемента 3 с элементами настройки мостовой схемы.

0 Верхний ограничительный упор 17 ограничивает ход упругого элемента при перегрузках положительного давлени  перемещени , нижний ограничительный упор 18ограничиваетходупругогоэлемента

5 при перегрузках отрицательного давлени  перемещени , элемент настройки мостовой схемы 19, содержащий сопротивлени  R/J.RS.RP.RH.RZ. Кронштейн 20 креплени  соедин ет все детали преобразовател , За0 щитный колпачок 21 предохран ет преобразователь от механических воздействий и служит экраном электрической схемы . Планка 22 креплени  кабел , выходной кабель 23 служат дл  питани  электриче5 ской схемы преобразовател  и съема выходного сигнала. Упруга  мембрана 24 рассматриваетс  как пример возможного применени  преобразовательного элемента . Мен   эффективную площадь мембраны,

0 ее толщину, модуль упругости и т.д., возможно построение на основе предлагаемого преобразовательного элемента р да датчиков давлени . Корпус 25 трансформатора силы служит дл  креплени  мембраны 24, сочленени  с преобразователем и выполн ет роль штуцера, через который подаетс  Измер емое давление.

Электрическа  схема преобразовательного элемента представл ет собой мост Уинстона с двум  активными тензорези- стивными сло ми в смежных плечах и двум  пассивными намотанными стабильными со0 противлени ми в двух других плечах.

Сущность изобретени  состоит в следующем .

Под воздействием измер емого перемещени  силы передатчика 13 силы упругий

5 элемент 3 (фиг.З) подвергаетс  пр мому изгибу , т.е. изгибу относительно главной оси инерции поперечного сечени  упругого элемента 3 (фиг.5). В соответствии с законами теории упругости продольна  деформаци 

0 любого волокна с вертикальным рассто нием t от главной оси инерции выражаетс  формулой

Mj

Ј

«,

1-Е где t-экваториальный мо-.

мент инерции площади поперечного сечени , отнесенный к главной оси инерции;

е- деформаци , относительное изменение длины;

Mb - изгибающий момент;

Е - модуль Юнга.

Следовательно, продольна  деформаци  во внешнем волокне с {макс  вл етс  наибольшей, причем главна  ось инерции соответствует недеформированному (средн   плоскость) волокну. Продольна  деформаци  по вл етс  выше или ниже деформированного волокна (в зависимости от знака ф как раст жение или сжатие. Эти положени  использованы в конструкции упругого элемента 3, что позволило выполнить упругий элемент из двух пластин 4 и 5,

Выполнение упругого элемента 3 из двух пластин 4 и 5 обеспечивает возможность после нанесени  или закреплени  тензодатчиков на пластины 4 и 5 проводить селективный подбор двух активных плеч мостовой схемы преобразовательного элемента Ri, R2). По номинальному сопротивлению и коэффициенту тензочувствительности обеспечивают идентичность электрических, параметров, Подбор выполн етс  на уровне идентичности электрических параметров ±0,5%. Подобранные по электрическим параметрам .пластины собираютс  по средней плоскости с помощью неразъемного соединени  (фиг.5). Сборка упругого элемента 3 и крепление его в держатель 2 может осуществл тьс  с помощью синтетической св зки, а также легкоплавкими силикатными стеклами и стеклоцементами (подобранными по коэффициенту линейных расширений). Поскольку в конструкции тензорезистивные датчики 6 и 7 расположены на упругом элементе 3 в продольном направлении (фиг.5), то между изгибающим моментом и изменением величины сопротивлени  тензорези- стивных датчиков получаетс  следующа 

A RA R зависимость:-г5- Ке+ (-р-)емп.

R

AR R

„.5 , ( ARv Е ТГ Гемп-.

AR „ ,; ARV -R- KI I.E. +Нг гемп;

где R-электрическое сопротивление тензо- резистивных датчиков;

К - коэффициент тензочувствительности;

б - изменение, завис щее от температуры;:

Ri; R2 - полупроводниковые тензослои (тензометры);

R3: Ri - резисторы проволочные мотанные (с помощью R3 и RA осуществл етс  балансировка моста);

Rp - резистор дл  температурной компенсации чувствительности; 5RZ - резистор проволочный мотанный.

Вторые тензорезистивные датчики, размещенные на нижней пластине упругого элемента 3, т.е. противоположно первым, подвержены тем же температурным воздей- 0 стви м. В них (при условии симметричного сечени ) наблюдаютс  следующие изменени  сопротивлени :

AR у ./ AR4

пг- к-ГЕ-K-R-)1

5 Таким образом, получают полную температурную компенсацию полумостовой электрической схемы (фиг.4) с одновременным увеличением коэффициента чувствительности . Приведенные зависимости

0 выполн ютс  при условии как расположени  тензорезистивных датчиков, так и их идентичности номинальных сопротивлений и коэффициента тензочувствительности на уровне идентичности электрических па5 раметров ±0,5%. Следствием этого  вл етс  воспроизводимость метрологических характеристик с заданными параметрами в серийном производстве. Передатчик 13 силы обеспечивает передачу силы перемеще0 ни  дл  деформации упругого элемента 3. При воздействии полезной силы на конец упругого элемента 3 последний получает перемещение с угловым поворотом. Дл  этого в конструкцию введен передатчик 13 силы

5 перемещени , выполн ющий роль шарнира с внутренним трением. Передатчик 13 силы перемещени  выполнен в виде стержн , геометрические размеры которого рассчитаны на устойчивость стержн . При этом

0 расчет ведетс  таким образом, что при преобразовании поступательного движени  мембраны 24 (при воздействии давлени  Р) во вращательно-поступательное движение конца упругого элемента 5 были минималь5 ные энергетические затраты на изгиб стержн  передатчика 13 силы. Последний обеспечивает передачу силы дл  деформации упругого элемента 3, не тер   своей устойчивости. Жесткое крепление передат0 чикасилы к упругому элементу 3 и мембране 24 (трансформатору силы) обеспечивает работу элемента в знакопеременном режиме, что позвол ет проводить измерени  как из- бьпочного давлени  тж и вакуумметричесмого. При пе5 рэгрузочных значени х избыточного давлени  упругий элемент Зупираетв гермоеывод 16 передатчик 13 сипы (стержень тер ет устойчивость, чем предохран ет упругий элемент от разрушени ). Введение в устройство конструктивного решени  передатчика 13 силы перемещени  позвол ет повысить чувствительность и метрологические характеристики линейноти предлагаемого устройства. Одновреенно можно обезопасить конструкцию при положительных значени х перегрузки от разрушени .,

Преобразовательный элемент датчика 5 работает следующим образом.

Под воздействием силы давлени  Р, поаваемого от объекта измерени  (например, избыточное давление из внутренней полости манжетки дл  аппарата автоматическо- 10 го измерени  артериального давлени ), упруга  мембрана 24 (фиг.З) получает поступательное перемещение ее центра жестко закрепленного с передатчиком 13 силы,ко- торый поступательное перемещение мемб- 15 раны преобразует во вращатель- но-поступательное движение подвижного конца консольно закрепленного упругого элемента 3. Под воздействием измер емого перемещени  силы тензорези- 20 стивные датчики 6 и 7 упругого элемента 3 подвергаютс  деформации сжати  и раст жени  иизмен ютсвоесопротивление. Приэтомсизме- рительной диагонали мостовой схемы снимаетс  выходное напр жение, которое 25 пр мо пропорционально прогибу упругого элемента 3 и подаетс  на вторичный измерительный канал прибора.

Предлагаемое устройство позвол ет использовать единую кинематическую схему 30

построени  датчиков, единый метод преобразовани  - резистивный, при этом эффективно решаетс  проблема унификации.

. Формул а-изо-брете ки 

Claims (2)

1. Устройство дл  оценки вакуумного креплени  протеза бедра, содержащее заглушку со штуцером, чувствительный элемент , тензодатчики и преобразователь давлени , о тличающеес   тем, что, с целью повышени  точности и расширени  области измерени  в динамике процесса ходьбы в соответствии с фазами шага, в него введен стержень с шарниром, чувствительный элемент выполнен из двух неразъемных пластин, кажда  из которых снабжена элементами жесткости в виде соединенных пр моугольных накладок, закрепленных в держателе со стороны тензодатчиков, расположенных на поверхности упругого элемента , причем с подвижным концом упругого элемента одним концом жестко соединен стержень, вторым концом соединенный с преобразователем давлени .

1

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю ще е- с   тем, что упругий элемент выполнен из неэлектропроводного материала с коэффициентом линейного расширени , равным коэффициентам линейного расширени  материала держател  и тензодатчиков.

22

18

20

Шг.1

гч

$иг.2

  Г

ФигМ

U

ni

aфиг . 6

f

/

ho

/M

V