一種生物撞擊系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種生物撞擊系統(tǒng)，包括撞擊裝置及控制板，所述撞擊裝置的撞擊端設有壓力傳感器，所述壓力傳感器與控制板連接。本實用新型可精確描述生物撞擊過程的力學特征，利用精密力傳感器和單片機實時采集并記錄撞擊頭在撞擊過程中的力信號，為分析撞擊過程的撞擊力特征提供準確數據。且操作簡便、結構緊湊、成本低廉，具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，適合于各種生物撞擊實驗的驗證。
【專利說明】一種生物撞擊系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種生物撞擊系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]生物撞擊裝置是用來模擬外部撞擊引起的創(chuàng)傷的致傷裝置，主要用于臨床實驗研究。目前，市面上有多種撞擊器產品，包括美國生產的PinPoint?，第三軍醫(yī)大學研制的BIM-1型(自由落體式)生物撞擊機、BIM-1I型(氣動式)生物撞擊機和小型生物撞擊機，第四軍醫(yī)大學研究的多功能生物撞擊機和基于射釘槍的小型撞擊器。這些裝置除了第三軍醫(yī)大學研究的BIM-1型是自由落體式傳統(tǒng)的結構外，其余都是采用高壓氣動模式，驅使撞擊頭撞擊實驗對象。
[0003]由于撞擊頭是在氣壓或重力的作用下撞擊被測試的生物對象。氣壓越大或撞擊頭的高度越高，撞擊頭撞擊的速度越大，撞擊的力量也越大。因此，這些實驗裝置都是采用氣壓的大小(或撞擊頭高低)作為描述實驗撞擊結果的參數。但氣壓或撞擊頭的高度都無法精確描述撞擊頭撞擊 被測試生物對象的過程和力量特征。
[0004]根據碰撞理論，撞擊過程需要符合動量守恒定理:
[0005]FX At = XmX Δ υ
[0006]F:表示外部作用在物體上的力，是一個空間矢量；
[0007]At:表示外部作用力作用在物體上的時間；
[0008]m:表示物體的質量；
[0009]Δ υ:表示物體速度的變化量,是一個空間矢量。
[0010]當被測對象位置固定的時候，該動量守恒公式就變?yōu)?
[0011]FX At = mX Δ υ
[0012]m是撞擊過程中，撞擊被實驗對象的所有物體的質量總和，Δ υ是質量m的速度變化量。由于撞擊實驗完成后，撞擊被實驗對象的物體的速度為零，因此，△ u的大小等于發(fā)射速度。
[0013]F:是撞擊過程中的撞擊力。根據上述公式,該力的大小等于撞擊物體質量m和其速度的乘積除以作用時間的商。
[0014]由于每個實驗的撞擊作用時間受實驗對象軟組織的狀態(tài)等多方面因素影響，因此，現有的實驗裝置采用氣壓的大小(或撞擊頭高低)作為描述實驗撞擊結果的參數，其描述撞擊效果的方法不夠精準，無法精確描述撞擊頭撞擊被測試生物對象的過程和力量特征，對于創(chuàng)傷形成的機理研究還缺乏更有說服力的數據。
實用新型內容
[0015]本實用新型的目的是提供一種可準確記錄撞擊過程力學特征的生物撞擊系統(tǒng)。
[0016]為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0017]—種生物撞擊系統(tǒng)，包括撞擊裝置及控制板，所述撞擊裝置的撞擊端設有壓力傳感器，所述壓力傳感器與控制板連接。
[0018]進一步地，還包括與控制板連接的顯示裝置。
[0019]進一步地，所述控制板采用單片機或ARM處理器。
[0020]進一步地，所述ARM處理器采用ARM9處理器。
[0021]進一步地，所述撞擊裝置包括氣源、撞擊缸及支架，氣源與撞擊缸的輸入端連接，撞擊缸固定在支架上，所述壓力傳感器安裝在撞擊缸的推桿末端。
[0022]進一步地，所述氣源通過氣管及安裝在氣管上的閥門與撞擊缸的輸入端連接，所述控制板與閥門連接。
[0023]進一步地，還包括控制盒體，所述控制板安裝在控制盒體內，所述控制盒體上安裝有指令控件，所述指令控件與控制板連接。
[0024]進一步地，所述閥門設置在控制盒體內。
[0025]進一步地，所述氣源采用小型便攜式空壓機GA81/4X。
[0026]進一步地，所述支架包括可放置撞擊對象的水平底板及固定在水平底板上的倒L型的梁，所述撞擊缸豎直固定在梁上。
[0027]由于采用上述技術方案，本實用新型至少具有以下優(yōu)點:
[0028](I)本實用新型利用精密力傳感器和單片機實時采集并記錄撞擊頭在撞擊過程中的力信號，可精確描述生物撞擊過程的力學特征，為分析撞擊過程的撞擊力特征提供準確數據，彌補了傳統(tǒng)撞擊實驗裝置無法監(jiān)控撞擊過程的空白。
[0029](2)本實用新型操作簡便、結構緊湊、成本低廉，并且具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，適合于各種生物撞擊實驗的驗證。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]上述僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，以下結合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0031]圖1是本實用新型的生物撞擊系統(tǒng)原理圖。
[0032]圖2是本實用新型的生物撞擊系統(tǒng)結構示意圖。
[0033]圖3是控制盒結構示意圖。
[0034]圖4是控制盒內部連接示意圖。
[0035]圖5是支架和撞擊缸連接示意圖。
【具體實施方式】
[0036]如圖1所示，本實用新型的一種生物撞擊系統(tǒng)，包括撞擊裝置及控制板，所述撞擊裝置的撞擊端設有壓力傳感器，所述壓力傳感器與控制板連接。進一步地，還包括與控制板連接的顯示裝置。其中，控制板采用由單片機或ARM處理器構成的嵌入式系統(tǒng)，優(yōu)選ARM9處理器。
[0037]本實用新型的撞擊裝置優(yōu)選高壓氣動模式，上海硅萊實業(yè)有限公司生產的“小型便攜式空壓機GA81/4X”即屬此類。具體而言，撞擊裝置包括氣源、撞擊缸及支架；氣源通過氣管與撞擊缸的輸入端連接，氣管上安裝有閥門，與所述控制板連接，撞擊缸固定在支架上，撞擊缸端部的推桿即為實施撞擊行為的撞擊頭，所述壓力傳感器安裝在撞擊缸的推桿末端。
[0038]進一步地，控制板安裝在控制盒體內，所述控制盒體上安裝有指令控件，所述指令控件與控制板連接。所述閥門也可以設置在控制盒體內。
[0039]請配合參閱圖2所示，本實用新型的生物撞擊系統(tǒng)，包括氣源1、控制盒4、支架9、撞擊缸7、壓力傳感器8、輸出氣管5、輸入氣管3、信號線6和電源插頭2。撞擊缸7固定在支架9上，壓力傳感器8安裝在撞擊缸7的推桿末端，輸入氣管3連接氣源I的輸出端口和控制盒4的輸入端口，輸出氣管5連接控制盒4的輸出端口和撞擊缸7的輸入端口，電源插頭2連接220電源和控制盒4，信號線6連接壓力傳感器8和控制盒4。
[0040]如圖3、4所示，控制盒包括顯示裝置46、控件47、控制板48、閥門411、控制盒體412以及控制盒底座410。其中，控件47直接安裝在控制盒體412上，顯示裝置46通過螺釘安裝在控制盒體412上，閥門411和控制板48通過螺釘安裝在控制盒底座410上，利用控制線44分別將顯示裝置46、控件47、閥門411與控制板48連接起來，電源插頭43連接控制板48至外部的電源，控制板48將電源插頭43輸入的220V交流電轉變?yōu)?V直流電，為控制板的工作提供能源。
[0041]顯示裝置46和控件47通過數據線45連接到控制板48的指令數據輸入端的；控制線44連接控制板48的輸出端口和閥門411的控制端口 ；輸入氣管2—端連接閥門411的輸入端，一端連接氣源的輸出端；輸出氣管I 一端連接閥門11的輸出端，一端連接撞擊缸的輸入端；壓力信號線49 一端連接控制板48的信號輸入端，一端連接到壓力傳感器的信號輸出端；電源插頭43的接頭安裝在控制板48的電源接頭上。
[0042]如圖5所示，撞擊缸7豎直固定在支架9上，所述支架9具有可放置撞擊對象的水平底板90，水平底板90上固定有倒L型的梁，螺釘92、93穿過安裝塊91的安裝孔94、95，擰緊在L型梁上的螺孔96、97上，將撞擊缸7固定在支架9上。撞擊缸7的固定位置可根據實驗需要進行調節(jié)，以保持撞擊缸7和實驗對象的相對位置，控制撞擊缸7撞擊實驗對象的部位。在實驗過程中，實驗對象擺放在支架9的水平底板90上。氣源提供實驗需要的高壓空氣，驅動撞擊缸7的推桿71以一定的速度伸出，帶動壓力傳感器8撞擊實驗對象。
[0043]本實用新型在實驗過程中，輸入氣管連接氣源和閥門的輸入端，輸出氣管連接閥門的輸出端和撞擊缸的輸入端，形成了一個高壓氣路。閥門起著開關的作用?？刂瓢甯鶕丶目刂菩盘柨刂崎y門打開(或關閉)氣路，或者將采集的壓力信號、時間等參數顯示在顯示裝置上。
[0044]操作者可通過控件將初始化、實驗開始、實驗數據顯示等指令通過數據線傳遞給控制板?？刂瓢甯鶕噶?，初始化系統(tǒng)，打開閥門，控制氣源提供的高壓空氣流向撞擊缸，驅動撞擊缸的推桿及其末端的壓力傳感器，以一定的速度伸出，撞擊實驗對象。壓力傳感器實時采集壓力信號，并將信號經過信號線傳給控制板，控制板接受控件傳來的控制信號和壓力傳感器傳來的壓力信號，并以IOOkHz的頻率實時采集、記錄壓力傳感器的壓力信號，并根據指令將數據顯示在顯示裝置的屏幕上。
[0045]本實用新型可以作為計算機輔助骨科牽引復位系統(tǒng)應用于臨床醫(yī)學上，優(yōu)點在于:(1)調節(jié)氣源高壓空氣的壓力，可以控制撞擊實驗的速度和撞擊力大小。(2)利用壓力傳感器作為撞擊頭，可以實時記錄撞擊實驗過程中，撞擊頭撞擊實驗對象的撞擊力大小及其變化特征，為生物撞擊實驗分析，真實模擬外部撞擊引起的創(chuàng)傷，提供精確、全面的實驗數據，使實驗結果更具備科學性、準確性和可重復性。
[0046]為進一步說明本實用新型的技術方案，現將利用本實用新型進行牽引復位手術操作的過程簡單描述如下:
[0047]I)根據圖1所示，連接本實用新型的各個部分，將電源插頭連接到220V電源上，實驗對象擺放在支架的底座上，確保實驗撞擊缸的撞擊頭對準要實驗的部位；
[0048]2)打開氣源，并調節(jié)氣源的輸出氣壓到實驗需要的壓力；
[0049]3)通過控制盒的控件，對系統(tǒng)的各個參數進行初始化；
[0050]4)通過控制盒的控件，控制閥門打開氣源和撞擊缸之間的氣路，驅動撞擊缸的推桿伸出，帶動壓力傳感器撞擊實驗對象，同時記錄實驗過程中壓力傳感器的壓力信號。
[0051]5)通過控制盒的控件，將實驗過程記錄的壓力信號、撞擊過程的時間等參數顯示在顯示裝置上。
[0052]由于采用了以上技術方案，本實用新型的生物撞擊試驗系統(tǒng)借助計算機技術、機電控制技術、傳感器技術，輔助實驗人員，實現準確測量、控制生物撞擊實驗過程中撞擊力的大小及變化特征。本實用新型涉及機械學、單片機、氣動控制等多門學科，在傳統(tǒng)的生物撞擊實驗裝置基礎上，引入壓力傳感器和單片機技術，實時精確記錄撞擊過程中壓力及其變化特征的信息，輔助實驗人員實時采集、準確控制生物撞擊實驗過程，科學分析撞擊結果形成的原因和條件，提高生物撞擊實驗的準確性和可重復性，彌補了傳統(tǒng)撞擊實驗裝置無法監(jiān)控撞擊過程的空白。
[0053]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本實用新型的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種生物撞擊系統(tǒng)，其特征在于，包括撞擊裝置及控制板，所述撞擊裝置的撞擊端設有壓力傳感器，所述壓力傳感器與控制板連接。
2.根據權利要求1所述的生物撞擊系統(tǒng)，其特征在于，還包括與控制板連接的顯示裝置。
3.根據權利要求1或2所述的生物撞擊系統(tǒng)，其特征在于，所述控制板采用單片機或ARM處理器。
4.根據權利要求3所述的生物撞擊系統(tǒng)，其特征在于，所述ARM處理器采用ARM9處理器。
5.根據權利要求1或2所述的生物撞擊系統(tǒng)，其特征在于，所述撞擊裝置包括氣源、撞擊缸及支架，氣源與撞擊缸的輸入端連接，撞擊缸固定在支架上，所述壓力傳感器安裝在撞擊缸的推桿末端。
6.根據權利要求5所述的生物撞擊系統(tǒng)，其特征在于，所述氣源通過氣管及安裝在氣管上的閥門與撞擊缸的輸入端連接，所述控制板與閥門連接。
7.根據權利要求6所述的生物撞擊系統(tǒng)，其特征在于，還包括控制盒體，所述控制板安裝在控制盒體內，所述控制盒體上安裝有指令控件，所述指令控件與控制板連接。
8.根據權利要求7所述的生物撞擊系統(tǒng)，其特征在于，所述閥門設置在控制盒體內。
9.根據權利要求5所述的生物撞擊系統(tǒng)，其特征在于，所述氣源采用小型便攜式空壓機 GA81/4X。
10.根據權利要求5所述的生物撞擊系統(tǒng)，其特征在于，所述支架包括可放置撞擊對象的水平底板及固定在水平底板上的倒L型的梁，所述撞擊缸豎直固定在梁上。
【文檔編號】A61D1/00GK203736343SQ201420044675
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權日:2014年1月23日
【發(fā)明者】呂發(fā)勤, 唐杰, 羅渝昆, 寧艷婷, 高涵靜, 張春東 申請人:中國人民解放軍總醫(yī)院