[发明专利]经表面检测球体囊内压与表面切线张力方法与设备

说明书

一种经表面检测囊体内压与表面切线张力的方法与设备，其特征是：采用带推拉变应传感器的钝刃形测量头，其检测的F力可以换算为来自钝刃两侧张力T，从而量化出某一方向张力；以两支撑足与测量头形成半径测量单元，以复位归零的步进电机推动测量头与球体表面逐渐接近，至接触时，推拉传感器产生输出信号，触发电脑同步采集步进电机累计步数与推拉传感器输出数值，根据步进电机累计步数和其他常数，计算出囊体曲面半径，步进电机继续推动检测头压向皮肤和球体表面，电脑同步采集步进电机新增累计步数与推拉传感器输出数值，结合计算的曲面半径，计算囊性球囊内压力，实现对人体皮肤和囊体表面切线张力与压力测量。

技术领域

本发明系一种经表面检测囊体内压与表面切线张力的方法与设备，是在早先发明专利201210196575.6 便携式弹性软质囊体囊内压测定仪第一代产品基础上重新设计开发的第二代检测仪。

背景技术

发明人早前提出了201210196575.6 《便携式弹性软质囊体囊内压测定仪》的专利申请，已授权颁证。在仪器研制完成后进行的检测试验中发现，该方法不仅可检测出囊体内压，而且可检测出囊体表面切线张力，在大量实验数据分析基础上，提出了发明申请201410188759.7《经表面球体囊内压与表面切线张力检测方法》，系一种对囊体内压与切线张力检测的理论模型与实际数值转换的计算公式,由于在申请时错误的将该专利作为201210196575.6 《便携式弹性软质囊体囊内压测定仪》的分案申请提交，而新增内容未在原申请中提及,不符合专利法规定而被驳回。发明申请201410188759.7《经表面球体囊内压与表面切线张力检测方法》中列出的试验结果显示，201210196575.6 《便携式弹性软质囊体囊内压测定仪》检测出的位移值W与囊体压力P，囊体半径（R）线性关系很差，难以准确测量、圆形压帽也不能明确张力方向、需要额外囊体半径检测工具的配合等缺点，虽然该专利已经变更为本发明人与申请人的，但未能实现原型产品上市。

针对使用《便携式弹性软质囊体囊内压测定仪》检测的位移值（W）与囊体压力P，半径（R）的实际数据线性关系不佳，本发明人仔细分析了《经表面球体囊内压与表面切线张力检测方法》描述的数学模型W＝αF＝α(F1+F2)＝α(Tccosθ+Ps)＝Tαccosθ+Pαs＝PRα2πrcosθ/2+Pαπr2＝P(Rα2πrcosθ/2+απr2)中的各个参数的变异性，其中，W=αF，α为弹簧系数，F为压帽总受力， F=F1+F2；F1 为囊体表面切线张力T的分力，T=PR/2； F1=Tccosθ=PRccosθ/2，F2为囊内压P产生的力，F2=Ps；囊体半径R,压帽半径r，面积s=πr2，压帽周长c=2πr；发现夹角θ因为检测时弹簧不断被压缩而不断变化，cosθ是线性关系不佳的主要原因，该模型F1与F2混合计算复杂，也影响关系计算。

为此，本发明人进行了全新设计，采用带推拉变应传感器的钝刃形测量头，测量头面积s缩小到忽略不计，从而消除无法判别张力方向的F2=Ps因素，将无法判别方向的圆形压帽,代之以钝刃形测量头,其检测的张力T来自钝刃两侧，能够检测张力方向，取消弹簧,代之以应变片传感器,其形变可以忽略不计，也消除了α系数影响；以两支撑足与测量头形成半径测量单元，以复位归零的步进电机推动测量头与皮肤或球体表面逐渐接近，电脑同步采集步进电机累计步数,至测量头与囊体表面接触时，推拉传感器产生输出信号，触发电脑根据同步采集步进电机累计步数与其他常数，计算出球体曲面半径，步进电机继续推动测量头压向皮肤和球体表面，电脑同步采集步进电机新增累计步数与推拉传感器输出数值，取同等新增累计步数的推拉传感器输出数值，在测量角度θ相同的情况下，计算皮肤及囊性球体表面切线张力与囊内压力；最终数学模型简化如下：

F＝2TLCosθ＝PRlCosθ,其中，F为测量头测定的压力数值，F 为囊体表面切线张力T的分力，T=PR/2(单位N/米),L为钝刃测量头的刃长(单位为米)。

采用这种全新设计之后，可以直接测量出囊体表面切线张力,并自动测量计算出曲面半径，进而计算出球体囊内压，也可以用于测量人体皮肤张力，预判妊娠纹发生危险性。

发明内容