Устройство для измерения опорных реакций

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1)5 А 61 В 5 103 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВ(21 (22 4192809/109.02.8723. 02. 91.В. В. БарВолегов615.475 (ОАвторское9940, кл.УСТРОЙНЪХ РЕИзобретеке и можеия величиенности пх. Целью Бюл, 7болин, Н. Ф. Рожкови В. В. Аксенов НИ инс для и их н исследоя повыГ(57)технимеренправлвания 88.8)свидетельство СССА 61 В 21/00, 1977.СТВО ДЛЯ ИЗМЕАКЦИЙие относится к медит быть использованон опорных реакцийри биомеханическихизобретения являет ЯО 16290 шение точности измерения путем полнои 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.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 П 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 и 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 2, отверстия 28, генератор 29 сигналов возмущения, коммутатор 30, аналоговое запоминакнцее 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 ПД 9 - ПД 20, 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 5 10 5 20 25 30 35 40 45 50 55 и поршень 23 давления (фиг. 2 и 3) си"чал силы передается на пьезоэлемент 2:. Бели- чина амплитуды сигнала воздействия силь, снимаем ая с генераторных конта ктов 26 пьезоэлемента 24, уменьшается пропорционально величине приложен, силы Пр" запуске измерительнс й :ст; .". ро тс; 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, гем самым разрешая прохождение импульсо:; с выхода тактового генератора 40 на вход счетчика 43 блока 39 управления, с выхода которого сигнал поступает на входы коммутатора 3 и АЗУ 31, производя последовательное подключение датчиков ПД 9 - ПД 20.Сигнал с датчика ПД 9 подключается коммутатором 30 к входу АЗУ 31 и записывается в нем на время преобразования его на АЦП 32. Значение кода, пропорциональное сигналу с датчика ПД 9, 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 последней свободной ячейки памяти, сигналом с выхода блока 34 памяти через одновибратор 48 переключается триггер 50. Сигнал с выхода триггера 50 переключает триггер 42, сигнал 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. Сигнал 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 производитопрос 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 В 1 и ВЪ. расположенные на одной линии, проходящей через центр опорной плиты, т. е. ф ЬСуммирование абсолютных величин векторов сил, действующих на датчики В 111 и ВИ 1, расположенные на одной линии, проходящей через центр опорной плиты, т. е.Суммирование абсолютных величин векторов сил, действующих на датчики В 11 и ВЧ 1, расположенные на одной линии, проходящей через центр опорной плиты, а также датчики ВЧ и ВЧ 111, т. е. 8(3 ч- Вчуирование абсолютнл, действующих наА 1 Ъ, расположеннльно центра опорновертикальную соствв цч=)одят в квадрат абсолютные велкторов сил Су. торов с А 111 и относит ряющиеВозв чины ве ых величин векдатчики А 1, А 11, ые симметрично й плиты и измеавляющую, т. е.(в вч) - ,Из ЛОВС (ф ределяют угол величину векто и В,и - Вчо. в г и 2. - направлен силы между осями ризонтальной плосИз Л ОАМ выч направленность и между осями В 11,ость В - ости. исляю вели В 1 и т угол у и Хину вектора силВ 11, В 17:15 Определяют направленность вектора силы Хо) - угол о 25 Далее ную сост дят исти ранствек расчетам подклювляющую векторнное положение вего абсолютную чают вертикальой силы и нахоектора в прост. елчину Яд,Я)о)образом производят расчет насти векторов как общего, так и его ших в пространстве и их абсолютины. Таким правленн составл я ной вели Введение опорной рамы, выполненной в виде цилиндрического кольца, в которой крепится опорная плита круглой формы, ребер жесткости, служащих одновременно опорой для пьезодатчиков силы вертикального направления, кольца прижима, уплотнителя, генератора сигналов возбуждения, однокомпактных пьезодатчиков силы, блока управления, коммутатора, АЗУ, АЦП, буферного регистра, блока памяти, цифропечатающего 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 уменьнить погрешность измерения доо и увеличить порог чу вствительности датчиков до 0,5 кГ. Для нахождения направленности и абсолютной величины вектора силь Хю, которая является результирующей в горизонтальной плоскости, необходимо произвести 5 вычисления, используя параллелограмм ОСКМ (фиг. 6).Находят уголь (=45 ду - оя и угол Я (Я=45 ру; вычисляют зп и совИз ЛОф 1. находят С 1.=К 1. 10 (СЦ 2 ( )о вп-", Из ЛО находят 01.=МЕ 01.=Г сов. Находят 01 01,= Х.+ Т соф Возводят ОГ в квадрат (ОУ )2 (;г + ссоД Из ЛОКК нахолят Хо, о) =(К)+(0.)=(Х) вп;У+(Х+ +11 сов -; 20 Хо= (1 Х)51 П +(Х 2 - )- со 5) ./ Формула изобретенияУстройство 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 самоцентрируюших 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 упра вления 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 треть его 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 электронного 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 уст ройства, к второму входу которого подключен выход второго одновходового счетчика, связанный также с управляющим входом буферного регистра.Т аб., жго Редактор А. КозоризЗаказ 396НИИПИ Государственно13035,Г 1 роизводственно-издате Составитель Д. Николаев хред А. Кравчук Корр раж 440 Подпо комитета по изобретениямМосква, Ж - 35, Раушская ьский комбинат Патент, г ктор М. Шароши сное тиям при ГКНТ ССд. 4/5од, ул. Гагарина, 10