Устройство для измерения опорных реакций

 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для измерения величин опорных реакций и их на правленности при биомеханических исследованиях Целью изобретения является повышение точности измерения путем полной регистрации величины и векторной направленности действия сил Устройство содержит опорную раму, опорную плиту, винты фиксации и регулировки, генератор сигналов возбуждения, однокомпонентные пьезодатчики, блок управления, содержащий тактовый генератор, электронные ключи, триггеры 42, 49 и 50, одновибраторы 47 и 48, коммутатор 30, аналоговое запоминающее устройство 31, аналого-цифровой преобразова тель 32, блок 34 памяти, цифропечатающее устройство 35, вычислитель 36, графопостроитель 37, ключ 38 разрешения измере ния 6 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 А 61 В 5 103

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4 192809/ 14 (22) 09.02.87 (46) 23.02.91. Бюл. № 7 (75) В. В. Барболин, H. Ф. Рожков, В. П. Волегов и В. В. Аксенов (53) 615.475 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 629940, кл. А 61 В 21/00, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ОПОРНЫХ РЕАКЦИЙ (57) Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для измерения величин опорных реакций и их направленности при биомеханических исследованиях. Целью изобретения является повы,.„SU„,, 1629032 А 1

2 шение точности измерения путем полной регистрации величины и векторной направленности действия сил. Устройство содержит опорную раму, опорную плиту, винты фиксации и регулировки, генератор сигналов возбуждения, однокомпонентные пьезодатчики, блок управления, содержащий тактовый генератор, электронные ключи, триггеры 42, 49 и 50, одновибраторы 47 и 48, коммутатор 30, аналоговое запоминающее устройство 31, аналого-цифровой преобразователь 32, блок 34 памяти, цифропечатающее устройство 35, вычислитель 36, графопостроитель 37, ключ 38 разрешения измерения. 6 ил.

1629032

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для определения опорных реакций при биомеханических исследованиях.

Цель изобретения повышение точности путем регистрации величины и направленности составляющих опорных реакций.

На фиг. 1 изображена платформа устройства для измерения опорных реакций; на фиг. 2 — узлы 1 и II на фиг. 1; на фиг. 3— конструкция пьезодатчика; на фиг. 4 структурная схема устройства; на фиг. 5— векторная диаграмма расчета действующих сил; на фиг. 6 — блок управления.

Устройство для измерения опорных реакций содержит опорную раму 1, выполненную в виде цилиндрического кольца, опорную плиту 2, направляющие 3, опоры 4, плоское кольцо 5, прокладки 6, винты 7 фиксации, винт 8 крепления, пьезодатчики 9 — 20, шаровые опоры 21, регулировочный винт 22, поршень 23 давления, пьезоэлемент 24, металлизированные контакты 25 возбуждения, генераторные контакты 26, корпус 27, отверстия 28, генератор 29 сигналов возмущения, коммутатор 30, аналоговое запоминак>щее устройство (АЗУ) 31, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 32, буферный регистр 33, блок 34 памяти, цифропечатающее устройство 35, вычислитель 36, графопостроитель 37, ключ 38 разрешения измерения, блок 39 управления, тактовый генератор 40, электронный ключ 41, триггер 42, счетчик 43, второй электронный ключ 44, второй 45 и третий 46 счетчики, одновибраторы 47 и 48, второй 49 и третий 50 триггеры.

Пьезоплатформа с электронным устройством для измерения опорных реакций функционирует следующим образом.

Обследуемого помещают на опорную плиту 2 (фиг. 1) пьезопомоста и заставляют выполнить какое-либо упражнение. Обследуемый перед непосредственным началом выполнения упражнения сам или за него оператор с помощью ключа 38 разрешения измерения (фиг. 4) запускает в работу измерительную часть устройства. С выхода генератора 29 сигналов возмущения сигнал поступает на металлизированные контакты 25 возбуждения (фиг. 3), заставляя пьезоэлемент механически колебаться с частотой. равной частоте генератора 29 сигналов возбуждения. Механические колебания через пьезоэлемент 24 передаются на генераторные контакты 26 датчиков ПД9 — ПД20, когорые через отверстия 28 с помощью проводов соединены с входами коммутатора 30.

При отсутствии возмущающей силы на опорную плиту 2 пьезоплатформы амплитуда сигналов возбуждения и амплитуда, снимаемая с генераторных контактов 26, одинаковы.

При воздействии возмущающей силы на опорную плиту 2, т. е. векторной силы воздействия, далее через шаровые опоры 21

10 !

55 и поршень 23 давления (фиг. 2 и 3) и"чал силы передается на пьезоэлемен- 2:. Беличина амплитуды сигнала воздейстRHÿ си.п, снимаем ая с генераторных конта ктов 26 пьезоэлемента 24, уменьшается пропорционально величине прило>кен ; силы Пр" запуске измерительнс и :«ст, ". ро:. т:-. -. сигнал с выхода ключа 38 ра ре цени;. (фиг. 4 и 5) поступает на;:ервый вход триггера 42 блока 39 управпенья и инвертир,. т его в состояние логической «1», кот<;рая поступает на вход электронно о ключа 41, ем самым разрешая и рохождение и м пу >ьсо:-. с выхода тактового генератора 40»а вход счетчика 43 блока 39 управления, с выхода которого сигнал поступает на входы коммутатора 3 и АЗУ 31, производя последовательное подключение датчиков ПД9 — ПД20.

Сигнал с датчи ка ПД9 подключается коммутатором 30 к входу АЗУ 31 и записывается в нем на время преобразования его на АЦП 32. Значение кода, пропорциональное сигналу с датчика ПД9, записывается в буферный регистр 33 и далее переписывается в первую ячейку блока 34 памяти. После окончания переписи сигнал с блока памяти поступает на вход триггера 49 блока 39 управления и инвертирует его в состояние логической «1». Сигнал с выхода триггера 49 поступает на вход электронного ключа 44 и разрешает прохождение сигналов с выхода тактового генератора 40 на вход счетчика 45, выход которого подключен к третьему входу

АЗУ 31. Сигналом с выхода счетчика 45, синхронно с работой коммутатора, производится очередное подключение выхода АЗУ 3! с входом АЦП 32.

Далее цикл повторяется, пока нс будут опрошены все 12 датчиков. После опроса последнего датчика и переписи его в блок 34 памяти, при условии заполнения vac.tåäíåé свободной ячейки памяти, сигналом с выхода блока 34 памяти через одновибратор 48 переключается триггер 50. Сигнал с выхода триггера 50 переключает три rrep 42, си гнал с выхода которого закрывает ключ 41, тем самым запрещая работу коммутатора 30 и устройства в целом в режиме измерения.

Абсолютные величины амплитуды, записанные в блоке 34 памяти, поступают на вход цифропечатающего устройства 35. После очередной регистрации с канала блока 34 памяти цифропечатающее устройство 35 выдает сигнал на вход счетчика 46, выходные сигналы которого ведут последуюгцее подключение каналов с блока 34 памяти на вход цифропечатающего устройства 35. Сигна.i с выхода блока 34 памяти, после опроса и регистрации информации с последнего датчика блоком 34 памяти, поступает на вход одновибратора 47 блока 39 управления, с выхода которого сигнал поступает на вход вычислителя 36, который, в свою очередь, по заданному алгоритму работы производит

1629032 опрос выходов каналов блока 34 памяти и проводит необходимые вычисления (в частности величин и направленности действия векторов сил) . Вычисленные вектора и их величины с выхода программируемого вычислительного устройства 36 поступают на вход графопостроителя 37 для их регистрации.

После каждого очередного цикла измерения и заполнения результатов в блоке 34 памяти полной информацией о проходящем процессе в данный момент времени вычислителем 36 проводятся следующие математические операции.

Суммирование абсолютных величин векторов сил, действующих на датчики BI u BV. расположенные на одной линии, проходящей через центр опорной плиты, т. е. б|

Суммирование абсолютных величин векторов сил, действующих на датчики BIII и BVII, расположенные на одной линии, проходящей через центр опорной плиты, т. е.

Суммирование абсолютных величин векторов сил, действующих на датчики BI I u

ВЧ1, расположенные на одной линии, проходящей через центр опорной плиты, а также датчики BIV и BVIII, т. е.

1 Б)л3у!1 1 — в ь 1

Суммирование абсолютных величин векторов сил, действующих на датчики AI, AII, AIII и AIV, расположенные симметрично относительно центра опорной плиты и измеряющие вертикальную составляющую, т. е.

,,». »,л»»»ч1=1)

Возводят в квадрат абсолютные величины векторов сил 7 (, »» в I ), (1 в» в » 1), (! barr ovr1) (1 » rrvr»1) — (1> г1)

Из Л ОВС (фиг. 6) определяют угол и

Ъ и 12. — направленность и величину вектора силы между осями  — В и В и — Bv>rr.в горизонтальной плоскости.

Из Л ОАМ вычисляют угол у и 1:Ь1 направленность и величину вектора силы между осями BII, BVI и BIII, BIV:

rz»

r r*7=

1>rrrrr, » rr1 (IX I ) - (IZrrIrr rnIr I ) - (1 1) 2

Для нахождения направленности и абсолютной величины вектора силы 1ХО1, которая является результирующей в горизонтальной плоскости, необходимо произвести

5 вычиспения, используя параллелограмм

ОСКМ (фиг. 6).

Находят уголь (=45 tgy — tga и угол

Q (/=45 tgó; вычисляют sin - и cosP

Из AO)iL находят CL=KL

10 (CL)2=(IÕ,1)2 sinЗ, Из Л0 1 находят OL=ML

OL= I Z > l сов .

Находят OL

OL = I Х.1+ IÃrj соф

15 Возводят OL в квадрат (ОУ ) =(jz I+ I I co@.

Из ЛОКК. находят,Хо, (lgo+1I)2=(KL ) +(OL ) =(1- 1) sin f+(l l+

+1х

1 1=

Определяют направленность вектора силы I ol — угол со

Далее к расчетам подключают вертикальную составляющую векторной силы и находят истинное положение вектора в пространстве и его абсолютную вепичину (j Qo1) +(й 1) =(1 j)

tgo=

1 1 — l ol

Таким образом производят расчет направленности векторов как общего, так и его составляющих в пространстве и их абсолютной величины.

Введение опорной рамы, выполненной в виде цилиндрического кольца, в которой крепится опорная плита круглой формы, ребер жесткости, служащих одновременно опорой для пьезодатчиков силы вертикаль45 ного направления, кольца прижима, уплотнителя, генератора сигналов возбуждения, однокомпактных пьезодатчиков силы, блока управления, коммутатора, АЗУ, АЦП, буферного регистра, блока памяти, цифропе50 чатающего устройства, программируемого вычислительного устройства, графопостроителя и ключа разрешения измерения дает возможность проводить измерение биомеханических параметров движения в динамике, определения абсолютных величин сил опорных реакций, определять векторную направленность действия сил, а также уменьшить погрешность измерения до о и увеличить порог чувствительности датчиков до 0,5 кГ.

1629032

Формула изобретения

Устройство для измерения опорных реакций, содержащее опорную плиту, установленную на опорах-датчиках вертикальной составляющей, расположенных симметрично относительно центра опорной плиты, аналого-цифровой преобразователь, усилитель и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности путем регистрации величины и направленности опорных реакций, введены опорная рама, выполненная в виде цилиндрического кольца, причем опорная плита снабжена датчиками горизонтальных составляющих, измеряемых опорные реакции, закрепленными с торца опорной рамы с помощью направляющих и винтов фиксации, проходящих через опорную раму, и расположенных на самоцентрирующих шаровых опорах, возбуждающие контакты всех датчиков подключены к выходу генератора сигнала возбуждения, а генераторные контакты датчиков через коммутатор подключены к входу аналогового запоминающего устройства, выход которого через аналого-цифровой преобразователь и буферный регистр соединен с входами блока памяти, выходы которого подключены к входу цифропечатаюшего устройства и вычислителя, ключ разрешения и блок управления, содержащий тактовый генератор, двухвходовый и трехвходовый ключи, два одновходовых и один двухвходовый счетчик, три триггера и два одновибратора, причем выход цифропечатающего устройства через первый одновходовый счетчик блока управления соединен с входом блока памяти, выходы которого подключены к входу первого триггера и через первый и второй одновибраторы — к выходу второго триггера и второму входу вычислителя, выход первого триггера подключен к одному нз входов трехвходового ключа, к двум другим входам которого подключены соответственно выходы тактового генератора и второго триггера, выход второго триггера подключен к входам третьего триггера и двухвходового счетчика, причем вторые входы второго и третьего триггеров подключены к выходу ключа разрешения измерения, выход третьего триггера подключен к первому входу двухвходового элект20 ронного ключа, второй вход которого соединен с выходом тактового генератора, а выход двухвходового ключа соединен с вторым входом двухвходового счетчика, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора и аналого-запоминающего уст25 ройства, к второму входу которого подключен выход второго одновходового счетчика, связанный также с управляющим входом буферного регистра.

/

7T;

Гб

, / . :

1 ?

1 -, 7()(; ? ?

Г б

Г =

I

Й./Г г

/7 Г- / Z7

16290о?

9Ц2. „1

Составитель Д. Николаев

Редактор А. Козориз ТехредА. Кравчук Корректор М. Шароши

Заказ 396 Тираж 440 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101