Устройство для оценки вакуумного крепления протеза бедра

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з А 61 F 2/76

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4806962/14 . (22) 07.03.90 (46) 15,03.92. Бюл. N 10 (71) Центральный научно-исследовательский институт протезирования и протезостроения (72) В.А.Ефимов, Д.Г.Попов, Б.С.Фарбер и

Ю;Г.Михайлов (53) 615.472(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1648448, кл. А 61 F 2/79, 1989. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ОЦЕНКИ ВАКУУМНОГО КРЕПЛЕНИЯ ПРОТЕЗА БЕДРА

1(57) Изобретение относится к медицине,а именно к протезированию и протезостроению.

Изобретение относится к медицине, в частности к протезированию и протезостроению, и может быть использовано для оценки вакуумного крепления протеза бедра,, Целью изобретения является повышение точности и расширение области измерения в динамике процесса ходьбы в соответствии с фазами шага, На фиг.1 приведен преобразовательный элемент, общий вид; на фиг.2 — схема выполнения упругого элемента в составе с трансформатором давления; на фиг.3 — схема преобразовательного элемента с трансформатором силы; на фиг.4- электрическая ..схема преобразовательного элемента; на фиг,5 — схема нагружения на изгиб предлагаемого упругого элемента; на фиг.6- схема нагружения упругого элемента силой F.

Устройство. содержит заглушку, которая с помощью резьбового соединения и уплотнительной шайбы установлена в гнезде под

„„5U 1718906А1

Цель изобретения — повышение точности и расширение области изменения в динамике процесса ходьбы в соответствии с фазами шага. Устройство содержит упругий элемент, состоящий из двух неразъемных пластин, каждая из которых снабжена элементами жесткости, закрепленными в . держателе со стороны тензослоев тензодатчиков, расположенных на поверхностях упругого элемента, С подвижным концом упругого элемента одним концом жестко соединен промежуточный передатчик силы, . выполненный в виде стержня с шарниром с внутренним трением, а вторым концом соединен с трансформатором силы. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. л

I» клапан вакуумного крепления в гильзе бедра. Преобразовательный элемент 1 содержит консольно закрепленный в держателе 2 упругий элемент 3, выполненный из двух .пластин 4 и 5. На верхней поверхности пластины 4 расположены тензодатчики 6, а на иаювФ нижней поверхности пластины 5-тензодат- О чики 7. Упругий элемент 3 выполнен из неэ- Q лектропроводного материала, например из С) стекла или ситала и т.д., причем тензодатчи- О» ки 6 и 7, пластины 4 и 5 имеют олинакоаый коэффициент линейного расширения.

° и л

Перед сборкой упругого элемен 3 в неразъемную конструкцию каждая глас-,йна 4 (5) с предварительно закрепл-»нными (нанесенными) тензорезистивными слоями тензодатчиков 6 и 7 и элементами 8 — 10 жесткости селективно подбирается в пары по номинальному сопротивлению и коэффициенту тензочувствительности.

1718906

Каждая пластина 4 (5) в отдельности является активным плечом мостовой электрической схе.мы R1 или Rg преобразовательного элемента. При объедйнении двух пластин 4 и 5 в уйругий эле-; .мент 3 подобраныне ранее параметры (номинальное сопротивление тензодатчиков 6 и 7, коэффициент тензочувствительности) плеч мостовой схемы практически не меняются.

Каждая из пластин 4 и 5 упругого элемента 3 снабжена элементами 8-10 жесткости в виде неразъемно соединенных прямоугольных накладок, закрепленных со стороны тензодатчиков 6 и 7. Для обеспечения крепления упругого элемента 3 в держателе 2 используются промежуточные прокладки 11, расположенные под элементами 8-10. Толщина прокладок 11 выбирается равной толщине тензодатчиков.

Прямоугольные элементы 10 жесткости предназначены для дополнительного крепления концов тензадатчиков 6 и 7 к поверхности пластин 4 и 5 упругого элемента 3, а также служат дпя обеспечения вывода из зоны деформации электрических выводов

12 тензодатчков 6 и 7, Элементы 8-10 выполнены из электроизоляционного материала, например стекла, обладающего высокими электроизоляционными свойствами, т.е, выполняют также роль изоляторов в месте заделки упругого элемента в держа. тель. Это обеспечивает высокую электробезопасность конструкции. Элементы 8-10, а также прокладки 11 имеют такой же коэффициент линейного расширения, как держатель 2, упругий элемент 3, тензодатчики 6 и

7.

При прямом изгибе упругого элемента 3

В0 внешних волокнах возникан>т наибольшие продольные деформации. В предлагаемой конструкции внешними волокнами являются закрепленные тензодатчики, которые претерпевают наибольшую продольную деформацию сжатия или растяжения.

Для увеличения надежности крепления тен° зодатчиков в конструкцию введены элементы 8-10, которые дополнительно закрепляют концы тензодатчиков. Это конструктивное решение увеличивает общую площадь крепления тензодатчиков в местах наибольшей деформации сжатия или растяжения, чем снижается остаточная деформация (гистерезис), увеличивается надежность работы упругого элемента в знакопеременных нагрузках,, Преобразовательный элемент датчиков содержит. также промежуточный передатчик 13 силы перемещения, выполненный в виде стержня с шарниром с внутренним трением, жестко соединенного соответственно с подвижным концом упругого элемента 3 и трансформатором 24 силы, корпус

14 преобразовательного элемента, плату 15 крепления гермовыводов. Гермовывод 16 (показан только один из трех гермовыводов) служит для подсоединения электрических выводов 12 упругого элемента 3 с элементами настройки мостовой схемы.

Верхний ограничительный упор 17 ограничивает ход упругого элемента при перегрузках положительного давления перемещения, нижний ограничительный упор 18 ограничивает ход упругого элемента

15 при перегрузках отрицательного давления перемещения, элемент настройки мостовой схемы 19, содержащий сопротивления

R4.йз,Ирвин Rz. Кронштейн 20 крепления соединяет все детали преобразователя. За20 щитный колпачок 21 предохраняет преобразователь от механических воздействий и служит экраном электрической схемы. Планка 22 крепления кабеля, выходной кабель 23 служат дпя питания электрической схемы преобразователя и съема выходного сигнала. Упругая мембрана 24 рассматривается как пример возможного применения преобразовательного элемента. Меняя эффективную площадь мембраны, ее толщину, модуль упругости и т.д., возможно построение на основе предлагаемого преобразовательного элемента ряда датчиков давлений. Корпус 25 трансформа30 тора силы служит для крепления мембраны

24, сочленения с преобразователем и выполняет роль штуцера, через который подается измеряемое давление;

Электрическая схема и реобразовательного элемента представляет собой мост

Уинстона с двумя активными тензорези— стивными слоями в смежных плечах и двумя пассивными намотанными стабильными со10 противлениями в двух других плечах.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Под воздействием измеряемого перемещения силы передатчика 13 силы упругий

15 элемент 3 (фиг.3) подвергается прямому изгибу, т.е. изгибу относительно главной оси инерции поперечного сечения упругого элемента 3 (фиг.5). В соответствии с законами теории упругости продольная деформация

20 любого волокна с вертикальным расстоянием ь . от главной оси инерции выражается формулой где l- экваториальный мо-, мент инерции площади поперечного сечения, отнесенный к главной оси инерции;

1718906 я — деформация, относительное изменение длины;

Мь — изгибающий момент;

Š— модуль Юнга.

Следовательно, продольная деформация во внешнем волокне с Ф макс является наибольшей, причем главная ось инерции соответствует недеформироаанному (средняя плоскость) волокну. Продольная деформация появляется выше или ниже деформированного волокна (в зависимости от знака фекак растяжение или сжатие. Эти положения использованы в конструкции упругого элемента 3, что позволило выполнить упругий элемент из двух пластин 4 и 5.

Выполнение упругого элемента 3 из двух пластин 4 и 5 обеспечивает возможность после нанесеНия или закрепления тензодатчиков на пластины 4 и 5 проводить селективный подбор двух активных плеч мостовой схемы преобразовательного элемента R1, Rz). По номинальному сопротивлению и коэффициенту тензочувствительности обеспечивают идентичность электрических„ параметров. Подбор выполняется на уровне идентичности электрических параметров

30,5 . Подобранные по электрическим параметрам.пластины собираются по средней плоскости с помощью неразьемного соединения (фиг.5}. Сборка упругого элемента 3 и крепление его в держатель 2 может осуще,ствляться с помощью синтетической связки, а также легкоплавкими силикатными стеклами и стеклоцементами (подобранными по коэффициенту линейных расширений). Поскольку в конструкции тензорезистивные датчики 6 и 7 расположены.на упругом элементе 3 в продольном направлении (фиг,5), то между изгибающим моментом и изменением величины сопротивления тензорезистивных датчиков получается следующая зависимость: — г- Kg+ (— ) глемп. .ЬR Г

hR д hR

): + () гемп. — = К вЂ” -Š— +(.-((-) темп.

Л R IA макс Л R ..

R где R — электрическое сопротивление тензорезистивных датчиков;

К вЂ” коэффициент тензочувствительности; д — изменение, зависящее от температуры, R1; Rz — полупроводниковые тензослои (тензометры);

Кз; R4 — резисторы проволочные мотанные (с помощью йз и R4 осуществляется балансировка моста); ремещение с угловым поворотом. Для этого в конструкцию введен передатчик 13 силы

55 перемещения, выполняющий роль шарнира с внутренним трением. Передатчик 13 силы перемещения выполнен в виде стержня, геометрические размеры которого рассчитаны на устойчивость стержня, При этом

40 расчет ведется таким образом, что при преобразовании поступательного движения мембраны 24 (при воздействии давления Р) во вращател ьно-поступательное движение конца упругого элемента 5 были минималь45 ные энергетические затраты на изгиб стержня передатчика 13 силы. Последний обеспечивает передачу силы для деформации упругого элемента 3, не теряя своей устойчивости. Жесткое крепление передат50 чика силы к упругому элементу 3 и мембране

24 (трансформатору силы) обеспечивает работу элемента в знакопеременном режиме, что позволяет проводить измерения как из. При пе55 регрузочных значениях избьпочнаго давления упррФ зпемент3упираетв и:рмовывсд16передэтчик13силы (стержень теряет устойчивость, чем предохраняет упругий элемент от разрушения).

Введение в устройство конструктивного решения передатчика 13 силы перемещения позволяет повысить чувствительность и метрологические характеристики линейно25

Rp — резистор для температурной компенсации чувствительности;

Rz — резистор проволочный мотанный, г Вторые тензорезистивные датчики, размещенные на нижней пластине упругого элемента 3, т.е. противоположно первым, подвержены тем же температурным воздействиям. В них (при условии симметричного сечения) наблюдаются следующие изменения сопротивления:

--ет — = К вЂ” -Š— + (— м — ) темп.

M5 иакс Л R

Таким образом; получают полную температурную компенсацию полумостовой электрической схемы (фиг;4) с одновременным увеличением коэффициента чувствительности. Приведенные зависимости выполняются при условии как расположения тензореэистивных датчиков, так и их идентичности номинальных сопротивлений и коэффициента тензочувствительности на уровне идентичности электрических параметров 10,5 . Следствием этого является воспроизводимость метрологических характеристик с заданными параметрами в серийном производстве. Передатчик 13 силы обеспечивает передачу силы перемещения для деформации упругого элемента 3.

При воздействии полезной силы на конец упругого элемента 3 последний получает пе1718906

18 сти предлагаемого устройства. Одновременно можно обезопасить конструкцию при положительных значениях перегрузки от разрушения.

Преобразовательный элемент датчика 5 работает следующим образом.

Под воздействием силы давления Р, подаваемого от объекта измерения (например, избыточное давление из внутренней полости манжетки для аппарата автоматическо- 10

ro измерения артериального давления), упругая мембрана 24(фиг.3) получает посту; пательное перемещение ее центра. жестко. закрепленного с передатчиком 13 силы,который поступательное перемещение мемб- 15 раны преобразует во вращатель- но-поступательное движение подвижного конца консольно закрепленного упругого элемента 3. Под воздействием измеряемого перемещения силы тензорези- 20 стивные датчики 6 и 7 упругого элемента 3 подвергаются деформации сжатия и растяжения иизменяютсвоесопротивление. При этомсизмег рительной диагонали мостовой схемы снимается выходное напряжение, которое 25 прямо пропорционально прогибу упругого элемента 3 и подается на вторичный измерительный канал прибора.

Предлагаемое устройство позволяет использовать единую кинематическую схему 30 построения датчиков, единый метод преобразования — резистивный, при этом эффективно решается проблема унификации, Ф о р мул а из о 6рете н ия

1. Устройство для оценки вакуумного крепления протеза бедра, содержащее заглушку со штуцером, чувствительный элемент, тензодатчики и преобразователь давления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области измерения в динамике. процесса ходьбы всоответствии с фазами шага, в него введен стержень с шарниром, чувствительный элемент выполнен из двух неразъемных пластин, каждая из которых снабжена элементами жесткости в виде соединенных прямоугольных накладок, закрепленных в держателе со стороны тензодатчиков, расположенных на поверхности упругого элемента, причем с подвижным концом. упругого элемента одним концом жестко соединен стержень, вторым концом соединенный с преобразователем давления.

2, Устройство по п,1, отл и ч а ю щеес я тем, что упругий элемент выполнен из неэлектропроводного материала с коэффициентом линейного расширения, равным коэффициентам линейного расширения материала держателя и тензодатчиков, 1718906

1718906

1718906

1718906

Составитель А.М;Новиков

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Э.Лончакова

Редактор А.Мотыль

Произеодстеенно-издательский комоинат ГГатент", г. Ужгород, ул.гагарина, 101

Заказ 716 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5