盤狀指針式拉力傳感器的研制與應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、目的 為實現(xiàn)夾板局部外固定治療骨折的定量化，我們研制了盤狀指針式拉力傳感器以便實時監(jiān)控夾板固定帶約束力。其基本構(gòu)造由主體結(jié)構(gòu)和拉力彈簧組成，其中拉力彈簧是傳感器的動力來源，主體結(jié)構(gòu)采用非線性工作原理設(shè)計，使傳感器在固定帶約束力固定最有效的范圍內(nèi)變化最為靈敏。針對這一專題，我們進行應(yīng)用基礎(chǔ)性研究。 方法 本項課題應(yīng)用生物力學(xué)的原理與實驗方法，1.說明盤狀指針式拉力傳感器的設(shè)計原理、基本結(jié)構(gòu)與工作原理；2.針對臨床需要，我們對拉

2、力彈簧進行拉伸實驗、標定實驗與耐久試驗研究；3.根據(jù)我們的設(shè)計與構(gòu)思，盤狀指針式拉力傳感器采用非線性設(shè)計，針對這一技術(shù)關(guān)鍵，我們對傳感器進行了整體的標定試驗研究，以確定其在治療學(xué)當中的生物力學(xué)敏感參數(shù)；4.為了確保該傳感裝置應(yīng)用于臨床實踐中的安全性與有效性，為此進行了有針對性的模擬實驗研究。 結(jié)果 1.盤狀指針式拉力傳感器由主體框架、指針、拉桿、拉簧、透明刻度盤、底托、固定帶組成。 2.彈簧在拉伸載荷的作用下載荷-變形

3、關(guān)系呈現(xiàn)線性上升，符合虎克定律。彈性強度為19.57N，儀器整體位移為13.85mm。最大強度值為41.23N，位移為56.76mm，屬于可以在小負荷大變形的元件。標定加載與卸載實驗數(shù)據(jù)接近，在0～200g范圍內(nèi)，彈簧拉伸約為0.1mm，位移變化平緩。在加載800克拉力下其彈簧變形為8.745±0.005mm；卸載至800克拉力下，彈簧變形為8.755±0.011mm。在加載1400克拉力下其彈簧變形為11.223±0.007mm；卸載

4、至1400克拉力下，彈簧變形為11.24±0.015mm。兩組比較并無統(tǒng)計學(xué)差異，說明彈簧力學(xué)性能非常穩(wěn)定。該拉簧在加載0～1500g區(qū)間，耐久試驗表現(xiàn)出良好的彈性變形，加載至2000g時，出現(xiàn)明顯的塑性變形。提示我們該拉簧符合臨床實際應(yīng)用范圍。 3.以整體標定試驗而言，不同拉力下傳感器的加載-角度、卸載-角度兩種圖像變化規(guī)律均符合余切函數(shù)圖形，前后對比無統(tǒng)計學(xué)差異。在受力200～400g區(qū)間，其角度由42.25±2.71°轉(zhuǎn)至

5、53.00±3.02°，增長幅度為7～9°。受力600～800g區(qū)間，其角度由80.88±1.96°轉(zhuǎn)至112.38±1.60°，其增長幅度為27～32°。受力1000～1200g區(qū)間，其角度由131.75±2.05。轉(zhuǎn)至145.50±1.51°，其增長幅度為19～14°。在臨床實際應(yīng)用中，固定帶約束力在700～900g時，傳感器最為靈敏。 4.由臨床生物力學(xué)模擬測試數(shù)據(jù)可見，在功能鍛煉的狀態(tài)下，隨手部力量的增加位移基本呈現(xiàn)上升

6、遞增趨勢，Marker1+Marker2位移變化由0.1013±0.0198mm升至1.9509±0.0386mm，固定帶約束力值相對增加了426g。Marker3+Marker4位移變化由0.1196±0.0198mm升至1.9981±0.0642mm，固定帶約束力值相對增加了429g。Marker5+Marker6位移變化由0.0949±0.016mm升至1.9366±0.0553mm，固定帶約束力值相對增加了423g。對于橈骨下端

7、骨折夾板固定3條固定帶約束力，在盤狀指針式拉力傳感器的監(jiān)控下，可以有效地控制為800g左右。 結(jié)論 1.盤狀指針式拉力傳感器由主體框架、指針、拉桿、拉簧、透明刻度盤、底托、固定帶組成。具有簡便實用、工藝簡單、造價低廉、便于監(jiān)控特點。 2.彈簧在拉伸載荷的作用下載荷-變形關(guān)系呈現(xiàn)線性上升，符合虎克定律，屬于可以在小負荷下能夠產(chǎn)生大變形的元件。標定加載與卸載實驗數(shù)據(jù)接近，說明彈簧力學(xué)性能非常穩(wěn)定。耐久試驗表明符合臨床實際應(yīng)

8、用范圍。 3.以整體標定試驗而言，不同拉力下傳感器的加載-角度、卸載-角度兩種圖像變化規(guī)律均符合余切函數(shù)圖形，在臨床實際應(yīng)用中，固定帶約束力在700至900g時，傳感器最為靈敏。 4.對于橈骨下端骨折夾板固定帶約束力，在盤狀指針式拉力傳感器的監(jiān)控下，可以有效地控制為800g左右。在功能鍛煉的狀態(tài)下，固定帶約束力值相對增加了400g左右。 5.該傳感器適合對固定帶約束力進行監(jiān)控，功能鍛煉狀態(tài)下的夾板固定為一彈性固定