Многозвенный электрогониометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХс(цамиюиаеиРЕСПУБЛИК А Эа) А 61 В 5/10 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13 БМй;0 ,",ф Н АВТОБУСНОМУ СВИДЕТВъСтВУ лень ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Центральный ордена ТрудовогоКрасного Знамени научно-исследовательский институт протезирования ипротеэостроения,В 8/9, р. 421-425,(54) (57) МНОГОЗВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОГОНИОМЕТР с шарнирным соединением звеньев,содержащий потенциометрические датчики, установленные в его узлах, источник опорного. напряжения и операционный усилитель, неинвертирующий входкоторого через первый резистор соединен с общей шиной, а инвертирующийподключен к второму резистору, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции при одновременном повышении точности измерения, последовательно соединенныепотенциометрические датчики, каждыйиз которых выполнен по реостатнойсхеме, включены в отрицательнуюобратную связь операционного усилителя, инвертирующий вход которогочерез второй резис-.ор подключен кисточнику опорного напряжения.1109Изобретение относится к медицинс- кой технике, в частности к устройствам, предназначенным для измерения биомеханических параметров локомоцийчеловека. 5Известен потенциометрический датчик, служащий для преобразования угловых механических перемещений в соответствующие изменения сопротивления, выполненный в виде переменно го резистора, сопротивление которого линейно связано с углом поворота оси Г 13.Однако при измерении перемещений в крупных суставах конечностей возникают значительные погрешности, обусловленные кинематическим несоответствием датчика и сустава изза мало- го количества степеней свободы датчика, Так, -например, при использовании указанного п тенциаометрического датчика не обеспечивается фильтрация поступательных движений шин гониометра, что сильно сказывается на досто" верности результатов исследований. дНаиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для электрического измерения угловых перемещений в крупных суставах конечностей человека при помощи выполнения преобразования угол-напряжение, содержащее многозвенный гониометр, в узлах которого расположены потенциаометрические датчики, собранные по потенциаометрической схеме включения, источник опорного напряжения, подстроечные переменные сопротивления и сумматор напряжений, собранный на операционном усилителе21.Угол, измеряемйй многозвеннич го/ ниометром, равен сумме углов между. его соседними звеньями. Эти углы измеряются при помощи потенциометрических датчиков. Относительное изменение величины сопротивления потенциометрического датчика прямо пропорционально измеряемому им углу. Для того, чтобы получить величину сопротивления,осоответствующую углу, измеряемому многозвенным гониометром,50 суммируются относительные изменения сопротивления каждого потенциометрического датчика.Однако в известном устройстве применена многоканальная схема суммиро ванчя относительных изменений сопротивления потенциометрических датчи-. ков, что обусловливает погрешность 129измерения, опрередяемую неравенствомкоэффициентов передачи каналов сумматора, выполненного на операционномусилителе.Целью изобретения является упрощение конструкции при одновременномповышении точности измерения,Указанная цель достигается тем,что в многозвенном электрогониометрес шарнирным соединением звеньев, содержащем потенциометрические датчики, установленные на его узлах, источник опорного напряжения и операционный усилитель, иеинвертирующийвход которого через первый резисторсоединен с общей шиной, а инвертирующий подключен к второму резистору,последовательно соединенные потенциометрические датчики, каждый из которых выполнен по реостатиой схеме,включены в отрицательную обратнуюсвязь операционного усилителя, иивертирующий вход которого через второйрезистор подключен к источнику опор-,ного напряжения.На фиг. 1 представлена кинематическая схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - электрическая схемаустройства.Многоэвенный элеткрогониометр с шарнирным соединением звеньев содержит потенциометрические датчики 1, установленные в его узлах, и операционный усилитель 2, иеинвертирующий вход которого через первый резистор 3 соединен с общей шиной, а инвертирующий подключен к второму резистору 4, соединенному с источником опорного напряжения (ие показан).Каждый иэ потеициометрических датчиков 1 выполнен по реостатной схеме.Они включены в отрицательную обратную связь операционного усилителя 2.Устройство работает следующимобразом.Многоэвенный гониометр (фиг. 1) устанавливается, например, на коленном суставе пициента при помощи кожных манжетов (не обозначены), которые крепятся на бедре и голени. Манжеты связаны с крайними шарнирамигониометра, функции которых выполняют потенциометрические датчики 1.Измеряемый угол между сегментами конечности (в данном случае между бедром и голенью) равен сумме углов между соседними звеньями гоииометра.1109129 Составитель Б.фигуринРедактор О.Черниченко ТехредЛ.Мартяшова Корректор А,Обруч 5968/3 ВНИИПИ Госуда по делам и 113035, Москва, 688ого комитета ний н открыти Раушская наб. ТиражствеобреЖисно Филиал ППП "Патент 1, г. Ужгород, ул. Проектная, 4р Э Потенциометрические датчики, выполненные по реостатной схеме, включены в обратную отрицательную связь операционного усилителя 2, коэ 44 ициент передачи по напряжению которого линейно связан с изменением абсолютнык величин этих сопротивлений (фиг. 2). Таким образом, достигается суммирование по одному каналу абсо- . лютных (а не относительных, как в известном устройстве) изменений величин сопротивлений потенциометрических датчиков 1. За счет этого повышается точность выполнения преобразования угол - напряжение, т.е. точность измерения углов при помощи многозвениого гоииометра беэ использования подстроечных элементов. Последовательное включение потенциометрических датчиков упрощает конструкцию устройства, так как позволяет уменьшить количество радиоэлементов, а также количество проводов, связывающих гониометр с устройст 5 вом, суммирующим изменения величинсопротивлений потенциометрическихдатчиков. Это сильно сказывается приувеличении числа звеньев гониометра илипри увеличении числа иэмеряемшх углов,0ф 1. Погрешность линейности преобразования угол - напряжение ограниченанестабильностью и пульсациями опорного напряжения Ор , которые нельзя сделать меньше внутреннего шума15 источника питания, и неидеальностьюсвойств операционного усилителя, таккак погрешность обратно пропорциональна собственному коэффициенту передачиоперационного усилителя по напряжению2 который практически достигает величинпорядка 10 ф - 10,