一种肌肉张力传感器的制作方法
专利名称：一种肌肉张力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及人体运动信息的检测装置，更具体地说是一种用于获取肌肉张力参数，判断肌肉紧张程度的检测装置。
背景技术：
肌肉张力是指肌肉在松弛状态下的机械紧张度，它描述了肌肉在收缩和舒张之间的恢复状况，可用于生理信息的检测对人体进行康复治疗的肌肉恢复状况进行评价，也可用于康复助力机器人关节控制的输入指标。目前获取检测肌肉张力参数的方法、途径有很多种触诊是传统的诊断方法，通过肉眼观察与人手触摸感知但带有很强的主观性，并不能客观地反映肌肉的功能状况。生物机械法测量肌肉张力，主要是测扭矩的方法及设备，由电机带动减速器、在减速器的输出轴上安装待测部位固定装置及扭矩检测仪组成，它是通过对扭矩的测量来推测被测部位肌张力的变化总趋势，是一种间接的测量，而对于不同类型的肌张力变化特点不能反应出来。因此对于肌张力定量的分析，仍是一个困难而未解决的问题。肌电图测试方法分为针电肌电和表面肌电获取。针电极检测将针电极插入到肌肉中，可能对人体产生损伤。表面肌电信号是从皮肤表面通过电极引导、记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号，它与肌肉的活动状态存在关联性，能反映神经肌肉的活动。但由于肌电信号的检测受表面电极放置位置、人体汗液皮、体温变化以及下脂肪厚度等不确定因素的影响，会影响信息获取的准确性。肌张力仪-美国迈腾(ΜΥ0Τ0Ν)无创肌肉检测系统能够通过检测生物机械力来提供振动频率、弹性、硬度等生物机械力学特性参数，真实客观地反映肌肉的功能状态，并且可对新陈代谢作用进程做出评估。但是目前价格十分价格昂贵、通用性差。中国专利(CN201642051U)介绍了一种将感应部件封装在硅胶套在手部的肌张力传感器，通过形变捕捉动作，并输出相应的电信号，用以医学手术中监测动作，它的特点是结构非常简单、临床易用、不受手术体位影响。但肌张力的定量分析也很困难。
实用新型内容本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种使用简便、结构简单、性能准确、价格低廉、可稳定获取肌肉张力参数的肌肉张力传感器。本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案本实用新型肌肉张力传感器的结构特点是由盒体和底部端盖构成一柱状壳体，在所述柱状壳体内，与盒体的顶板相贴的是一压力传感器，一“T”形探头以其顶部端面与所述压力传感器的底部端面相抵，所述“T”形探头上的凸柱自所述底部端盖的中央通孔中贯穿、 凸伸在所述柱状壳体的外部；在所述柱状壳体的外部，作为压敏器件的压电薄膜电阻与盒体的顶板相贴；在所述盒体的上方，另有一 “T”形顶盖以其凸柱的底部端面抵于所述压电薄膜电阻，压电薄膜电阻与设置在柱状壳体中的电路板以贯穿盒体的导线电连接；在所述顶盖的上方，以压板与所述顶盖形成夹板，绑带夹固在由压板与顶盖构成的夹板中。本实用新型肌肉张力传感器的结构特点也在于在所述顶盖上设置限位螺栓，所述限位螺栓的栓柱贯穿盒体的顶板上通孔，并在柱状壳体的内部以螺母压套复位簧，使所述限位螺栓在盒体的顶板上通孔中可轴向滑动。本实用新型肌肉张力传感器进行肌肉张力检测的方法是按如下步骤进行将肌肉张力传感器通过绑带绑定在人体上臂肱二头肌或者肱三头肌上，上臂作屈伸运动，根据压力传感器的检测信号冊与压电薄膜电阻的检测信号Ft，按式(1)计算获得肌肉张力参数S:
「πFb Ml - (Ft:tFb)2)§ = _FJ_+ 2
3 0 ⑴。压力传感器由差动电桥、检测放大滤波电路构成，全桥差动电路为四个应变片，两个受拉应变，两个受压应变，将应变片接入相对桥臂上，组成惠斯顿电桥。压力传感器标准量程为1. 5Lbf (力值750g)，最大负载不能超过IOLbf (4. 5kgf)，线性输出1-4V电压信号， 经标定后标记为Fb。压电薄膜电阻是将压力转化为电压信号的超薄压变电阻，可以选用f Iexiforce A201，B201等。由于压电薄膜电阻像纸一样薄的结构，可弯曲和测力特性可用来测两表面之间的压力，也便于减小肌肉张力传感器的体积。压电薄膜电阻传感器标准量程为ILbf，最大负载不能超过IOLbf，经检测放大电路和RC滤波电路后输出线性输出0-5V电压信号，经标定后标记为Ft。将绑带压住肌肉张力传感器并绑在上臂上，上臂作屈伸运动，用数据采集卡对肌肉张力传感器输出电压信号进行采集、标定，并将电压值转化为力值。检测过程中，压电薄膜电阻会受到来自绑带的压力，被检测出来的信号标记为Ft，“T”型探头上的凸柱嵌入到皮肤中，压力传感器会受到来自“T”型探头的压力，被检测出来的信号标记为冊。当肌肉张力变化时，肌肉紧张程度与i^b/Ft有很大的相关性，因此定义S = Fb/Ft为肌肉张力参数，该参数与邵氏A硬度计刻度对应。因为动态测量过程中传感器的参数冊、Ft均发生变化，S呈非线性，因些需要改进测量方法，将冊、Ft代入非线性补偿方法求得的公式
Ft-Fh . F b * Γ1 - C —-_ 2 1
S= ( ( Ft ) ) + 2使5呈线性。
3 0,与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在1、以本实用新型获取肌肉张力参数，测结果量精度高、重复性好；检测到的肌肉张力参数能准确反映肱二头肌、肱三头肌等肌肉张力信息，能充分反映人体运动意图，不仅可以作为类人机械手、人工假肢、助老助残机器人的控制输入信号，还可以用作生理信息的检测对人体进行康复治疗的肌肉恢复状况进行评价。2、本实用新型体积小、质量轻、方便配戴；
图1是本实用新型内部结构示意图；[0024]图加是本实用新型使用状态示意图；图2b为本实用新型使用状态下与人体相接触的状况；图3是本实用新型压力传感器检测电路原理图；图4是本实用新型压电薄膜电阻检测电路原理图；图中标号1压板；2螺钉；3为“T”形顶盖；4压力传感器；5压力薄膜电阻；6限位螺栓；7复位簧；8螺母；9盒体；10底部端盖；11为“T”型探头；12电路板；13绑带；14传感器；15 “T”型探头；16肌肉。
具体实施方式
参见图1、图加和图2b，本实施例是由盒体9和底部端盖10构成一柱状壳体，在柱状壳体内，与盒体9的顶板相贴的是一压力传感器4，一“T”形探头11以其顶部端面与压力传感器4的底部端面相抵，“T”形探头11上的凸柱自底部端盖10的中央通孔中贯穿、凸伸在柱状壳体的外部；在柱状壳体的外部，作为压敏器件的压力薄膜电阻5与盒体9的顶板相贴；在盒体9的上方，另有一“T”形顶盖3以其凸柱的底部端面抵于压力薄膜电阻5，压电薄膜电阻5与设置在柱状壳体中的电路板12以贯穿盒体9的导线电连接；在顶盖3的上方，以压板1与顶盖3形成夹板，绑带13夹固在由压板1与顶盖3构成的夹板中，并以螺钉 2紧固，绑带12采用尼龙粘扣带。具体实施中，在顶盖3上设置限位螺栓6，限位螺栓6的栓柱贯穿盒体9的顶板上通孔，并在柱状壳体的内部以螺母8压套复位簧7，使限位螺栓6在盒体9的顶板上通孔中可轴向滑动。检测方法将肌肉张力传感通过绑带绑在人体上臂肱二头肌上，上臂作屈伸运动，用数据采集卡获得压力传感器的检测信号1 与压电薄膜电压的检测信号Ft，按式(1)计算获得肌肉张力参数S
权利要求1.一种肌肉张力传感器，其特征是由盒体(9)和底部端盖(10)构成一柱状壳体，在所述柱状壳体内，与盒体(9)的顶板相贴的是一压力传感器，一“T”形探头(11)以其顶部端面与所述压力传感器(4)的底部端面相抵，所述“T”形探头上的凸柱自所述底部端盖 (10)的中央通孔中贯穿、凸伸在所述柱状壳体的外部；在所述柱状壳体的外部，作为压敏器件的压电薄膜电阻( 与盒体(9)的顶板相贴；在所述盒体(9)的上方，另有一“T”形顶盖(3)以其凸柱的底部端面抵于所述压电薄膜电阻(5)，压电薄膜电阻(5)与设置在柱状壳体中的电路板(12)以贯穿盒体(9)的导线电连接；在所述顶盖(3)的上方，以压板⑴与所述顶盖⑶形成夹板，绑带(13)夹固在由压板⑴与顶盖(3)构成的夹板中。
2.根据权利要求1所述的肌肉张力传感器，其特征是在所述顶盖C3)上设置限位螺栓 (6)，所述限位螺栓(6)的栓柱贯穿盒体(9)的顶板上通孔，并在柱状壳体的内部以螺母(8) 压套复位簧(7)，使所述限位螺栓(6)在盒体(9)的顶板上通孔中可轴向滑动。
专利摘要本实用新型公开了一种肌肉张力传感器，其特征是由盒体和底部端盖构成一柱状壳体，在柱状壳体内，与盒体的顶板相贴的是一压力传感器，一“T”形探头以其顶部端面与压力传感器的底部端面相抵，“T”形探头上的凸柱自底部端盖的中央通孔中贯穿、凸伸在柱状壳体的外部；在柱状壳体的外部，作为压敏器件的压电薄膜电阻与盒体的顶板相贴；在盒体的上方，另有一“T”形顶盖以其凸柱的底部端面抵于所述压电薄膜电阻，在顶盖的上方，以压板与顶盖形成夹板，绑带夹固在由压板与顶盖构成的夹板中。本实用新型可稳定地获取肌肉张力参数，用对人体进行康复治疗的肌肉恢复状况进行评价。
文档编号A61B5/22GK202086486SQ20112012314
公开日2011年12月28日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者向馗, 孙建, 宋全军, 李涛, 王金凤, 葛运建 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院
技术领域：
本实用新型涉及人体运动信息的检测装置，更具体地说是一种用于获取肌肉张力参数，判断肌肉紧张程度的检测装置。
背景技术：
肌肉张力是指肌肉在松弛状态下的机械紧张度，它描述了肌肉在收缩和舒张之间的恢复状况，可用于生理信息的检测对人体进行康复治疗的肌肉恢复状况进行评价，也可用于康复助力机器人关节控制的输入指标。目前获取检测肌肉张力参数的方法、途径有很多种触诊是传统的诊断方法，通过肉眼观察与人手触摸感知但带有很强的主观性，并不能客观地反映肌肉的功能状况。生物机械法测量肌肉张力，主要是测扭矩的方法及设备，由电机带动减速器、在减速器的输出轴上安装待测部位固定装置及扭矩检测仪组成，它是通过对扭矩的测量来推测被测部位肌张力的变化总趋势，是一种间接的测量，而对于不同类型的肌张力变化特点不能反应出来。因此对于肌张力定量的分析，仍是一个困难而未解决的问题。肌电图测试方法分为针电肌电和表面肌电获取。针电极检测将针电极插入到肌肉中，可能对人体产生损伤。表面肌电信号是从皮肤表面通过电极引导、记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号，它与肌肉的活动状态存在关联性，能反映神经肌肉的活动。但由于肌电信号的检测受表面电极放置位置、人体汗液皮、体温变化以及下脂肪厚度等不确定因素的影响，会影响信息获取的准确性。肌张力仪-美国迈腾(ΜΥ0Τ0Ν)无创肌肉检测系统能够通过检测生物机械力来提供振动频率、弹性、硬度等生物机械力学特性参数，真实客观地反映肌肉的功能状态，并且可对新陈代谢作用进程做出评估。但是目前价格十分价格昂贵、通用性差。中国专利(CN201642051U)介绍了一种将感应部件封装在硅胶套在手部的肌张力传感器，通过形变捕捉动作，并输出相应的电信号，用以医学手术中监测动作，它的特点是结构非常简单、临床易用、不受手术体位影响。但肌张力的定量分析也很困难。
实用新型内容本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种使用简便、结构简单、性能准确、价格低廉、可稳定获取肌肉张力参数的肌肉张力传感器。本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案本实用新型肌肉张力传感器的结构特点是由盒体和底部端盖构成一柱状壳体，在所述柱状壳体内，与盒体的顶板相贴的是一压力传感器，一“T”形探头以其顶部端面与所述压力传感器的底部端面相抵，所述“T”形探头上的凸柱自所述底部端盖的中央通孔中贯穿、 凸伸在所述柱状壳体的外部；在所述柱状壳体的外部，作为压敏器件的压电薄膜电阻与盒体的顶板相贴；在所述盒体的上方，另有一 “T”形顶盖以其凸柱的底部端面抵于所述压电薄膜电阻，压电薄膜电阻与设置在柱状壳体中的电路板以贯穿盒体的导线电连接；在所述顶盖的上方，以压板与所述顶盖形成夹板，绑带夹固在由压板与顶盖构成的夹板中。本实用新型肌肉张力传感器的结构特点也在于在所述顶盖上设置限位螺栓，所述限位螺栓的栓柱贯穿盒体的顶板上通孔，并在柱状壳体的内部以螺母压套复位簧，使所述限位螺栓在盒体的顶板上通孔中可轴向滑动。本实用新型肌肉张力传感器进行肌肉张力检测的方法是按如下步骤进行将肌肉张力传感器通过绑带绑定在人体上臂肱二头肌或者肱三头肌上，上臂作屈伸运动，根据压力传感器的检测信号冊与压电薄膜电阻的检测信号Ft，按式(1)计算获得肌肉张力参数S:
「πFb Ml - (Ft:tFb)2)§ = _FJ_+ 2
3 0 ⑴。压力传感器由差动电桥、检测放大滤波电路构成，全桥差动电路为四个应变片，两个受拉应变，两个受压应变，将应变片接入相对桥臂上，组成惠斯顿电桥。压力传感器标准量程为1. 5Lbf (力值750g)，最大负载不能超过IOLbf (4. 5kgf)，线性输出1-4V电压信号， 经标定后标记为Fb。压电薄膜电阻是将压力转化为电压信号的超薄压变电阻，可以选用f Iexiforce A201，B201等。由于压电薄膜电阻像纸一样薄的结构，可弯曲和测力特性可用来测两表面之间的压力，也便于减小肌肉张力传感器的体积。压电薄膜电阻传感器标准量程为ILbf，最大负载不能超过IOLbf，经检测放大电路和RC滤波电路后输出线性输出0-5V电压信号，经标定后标记为Ft。将绑带压住肌肉张力传感器并绑在上臂上，上臂作屈伸运动，用数据采集卡对肌肉张力传感器输出电压信号进行采集、标定，并将电压值转化为力值。检测过程中，压电薄膜电阻会受到来自绑带的压力，被检测出来的信号标记为Ft，“T”型探头上的凸柱嵌入到皮肤中，压力传感器会受到来自“T”型探头的压力，被检测出来的信号标记为冊。当肌肉张力变化时，肌肉紧张程度与i^b/Ft有很大的相关性，因此定义S = Fb/Ft为肌肉张力参数，该参数与邵氏A硬度计刻度对应。因为动态测量过程中传感器的参数冊、Ft均发生变化，S呈非线性，因些需要改进测量方法，将冊、Ft代入非线性补偿方法求得的公式
Ft-Fh . F b * Γ1 - C —-_ 2 1
S= ( ( Ft ) ) + 2使5呈线性。
3 0,与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在1、以本实用新型获取肌肉张力参数，测结果量精度高、重复性好；检测到的肌肉张力参数能准确反映肱二头肌、肱三头肌等肌肉张力信息，能充分反映人体运动意图，不仅可以作为类人机械手、人工假肢、助老助残机器人的控制输入信号，还可以用作生理信息的检测对人体进行康复治疗的肌肉恢复状况进行评价。2、本实用新型体积小、质量轻、方便配戴；
图1是本实用新型内部结构示意图；[0024]图加是本实用新型使用状态示意图；图2b为本实用新型使用状态下与人体相接触的状况；图3是本实用新型压力传感器检测电路原理图；图4是本实用新型压电薄膜电阻检测电路原理图；图中标号1压板；2螺钉；3为“T”形顶盖；4压力传感器；5压力薄膜电阻；6限位螺栓；7复位簧；8螺母；9盒体；10底部端盖；11为“T”型探头；12电路板；13绑带；14传感器；15 “T”型探头；16肌肉。
具体实施方式
参见图1、图加和图2b，本实施例是由盒体9和底部端盖10构成一柱状壳体，在柱状壳体内，与盒体9的顶板相贴的是一压力传感器4，一“T”形探头11以其顶部端面与压力传感器4的底部端面相抵，“T”形探头11上的凸柱自底部端盖10的中央通孔中贯穿、凸伸在柱状壳体的外部；在柱状壳体的外部，作为压敏器件的压力薄膜电阻5与盒体9的顶板相贴；在盒体9的上方，另有一“T”形顶盖3以其凸柱的底部端面抵于压力薄膜电阻5，压电薄膜电阻5与设置在柱状壳体中的电路板12以贯穿盒体9的导线电连接；在顶盖3的上方，以压板1与顶盖3形成夹板，绑带13夹固在由压板1与顶盖3构成的夹板中，并以螺钉 2紧固，绑带12采用尼龙粘扣带。具体实施中，在顶盖3上设置限位螺栓6，限位螺栓6的栓柱贯穿盒体9的顶板上通孔，并在柱状壳体的内部以螺母8压套复位簧7，使限位螺栓6在盒体9的顶板上通孔中可轴向滑动。检测方法将肌肉张力传感通过绑带绑在人体上臂肱二头肌上，上臂作屈伸运动，用数据采集卡获得压力传感器的检测信号1 与压电薄膜电压的检测信号Ft，按式(1)计算获得肌肉张力参数S
权利要求1.一种肌肉张力传感器，其特征是由盒体(9)和底部端盖(10)构成一柱状壳体，在所述柱状壳体内，与盒体(9)的顶板相贴的是一压力传感器，一“T”形探头(11)以其顶部端面与所述压力传感器(4)的底部端面相抵，所述“T”形探头上的凸柱自所述底部端盖 (10)的中央通孔中贯穿、凸伸在所述柱状壳体的外部；在所述柱状壳体的外部，作为压敏器件的压电薄膜电阻( 与盒体(9)的顶板相贴；在所述盒体(9)的上方，另有一“T”形顶盖(3)以其凸柱的底部端面抵于所述压电薄膜电阻(5)，压电薄膜电阻(5)与设置在柱状壳体中的电路板(12)以贯穿盒体(9)的导线电连接；在所述顶盖(3)的上方，以压板⑴与所述顶盖⑶形成夹板，绑带(13)夹固在由压板⑴与顶盖(3)构成的夹板中。
2.根据权利要求1所述的肌肉张力传感器，其特征是在所述顶盖C3)上设置限位螺栓 (6)，所述限位螺栓(6)的栓柱贯穿盒体(9)的顶板上通孔，并在柱状壳体的内部以螺母(8) 压套复位簧(7)，使所述限位螺栓(6)在盒体(9)的顶板上通孔中可轴向滑动。
专利摘要本实用新型公开了一种肌肉张力传感器，其特征是由盒体和底部端盖构成一柱状壳体，在柱状壳体内，与盒体的顶板相贴的是一压力传感器，一“T”形探头以其顶部端面与压力传感器的底部端面相抵，“T”形探头上的凸柱自底部端盖的中央通孔中贯穿、凸伸在柱状壳体的外部；在柱状壳体的外部，作为压敏器件的压电薄膜电阻与盒体的顶板相贴；在盒体的上方，另有一“T”形顶盖以其凸柱的底部端面抵于所述压电薄膜电阻，在顶盖的上方，以压板与顶盖形成夹板，绑带夹固在由压板与顶盖构成的夹板中。本实用新型可稳定地获取肌肉张力参数，用对人体进行康复治疗的肌肉恢复状况进行评价。
文档编号A61B5/22GK202086486SQ20112012314
公开日2011年12月28日 申请日期2011年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者向馗, 孙建, 宋全军, 李涛, 王金凤, 葛运建 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院
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