一种基于多弹性元件的杨氏弹性模量测量装置的制作方法

本实用新型属于无损测量技术领域，尤其涉及一种基于多弹性元件的杨氏弹性模量测量装置。

背景技术：

人体软组织的柔软度与人体软组织的健康状态密切相关，对于人的健康状态的评估和疾病的诊断具有重要意义。目前，人们对人体软组织柔软度的测量主要通过用手直接抚触人体来感知。该方法广泛应用于医学诊断和健康自检。然而，用手的抚触感知人体软组织柔软度只能获得定性的结果，如发硬，发软等，而不能获得对人体软组织柔软度的量化结果。这将导致四个严重的后果：(1)不能发现人体软组织柔软度的细微变化；(2)不能获得软组织柔软度的区域分布图；(3)诊断者的生理和心理状态都将显著影响测量的结果；(4)诊断者的过往经验显著影响由此作出的医学诊断的准确性。因此，有必要研究一种装置能够很方便地测量和量化人体软组织的柔软度。人体软组织的柔软度源自人体软组织的弹性，取决于人体软组织的杨氏弹性模量。虽然人们已经发明了很多测量杨氏弹性模量的方法，但如何在医学诊断中测量人体软组织的杨氏弹性模量依然是一个难题。其困难在于：(1)该测量不能破坏人体组织，如取样；(2)该测量对人体必需安全，不会导致其他或潜在的对人体软组织的伤害；(3)测量过程应快捷，并能达到医学诊断对测量精度的要求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的难题，本实用新型提出了一种基于多弹性元件的杨氏弹性模量测量装置，包括：

第一弹性元件1，第一压力传感器2，基体3，第二弹性元件4，第二压力传感器5，第一弹性元件1和第二弹性元件4都用具有低杨氏弹性模量的材料制 成，第一弹性元件1为一圆环，其外圆半径为a，内圆半径为b，b<a，高度为t1，杨氏弹性模量为E1；第二弹性元件4为一圆柱，其半径为b，高度为t2，杨氏弹性模量为E2，E2>E1，t2>t1；

第一压力传感器2为一圆环型压力传感器，其外圆半径为a，内圆半径为b，厚度小于t1的一半，用来测量第一弹性元件1所承受的应力σ1；

第二压力传感器5为一圆盘型压力传感，其半径为b，厚度小于t2的一半，用来测量元件弹性4所承受的应力σ2；

基体3用具有高杨氏弹性模量的材料制成，其杨氏弹性模量为E，E>100E2；基体3为一圆柱，半径为a，其上表面正中有一中心盲孔，半径为b，底部为平面，与上表面平行且同轴，盲孔内用于放置第二压力传感器5；其侧面有一个水平孔，与中心盲孔连通，用于放置第二压力传感器5的信号线；基体3的高度的选择应保证基体3在本测量装置工作时基本无应变；

装配时，第一压力传感器2固定于基体3的上表面，且同轴；第二压力传感器5固定于基体3的中心盲孔底部，且同轴；第一弹性元件1固定在第一压力传感器2的上表面，且同轴；第二弹性元件4固定在第二压力传感器5的上表面，且同轴。

将上述测量装置垂直压在人体软组织表面上，并使第一弹性元件1和第二弹性元件4与人体软组织表面接触；此时，第一弹性元件1和第二弹性元件4将分别承受不同的应力；第一弹性元件1的长度会减小Δt1，第一弹性元件1下的人体软组织会下陷ΔT1；第二弹性元件4的长度会减小Δt2，第二弹性元件4下的人体软组织会下陷ΔT2；由ΔT1、Δt1、ΔT2、Δt2可计算出人体软组织的杨氏弹性模量。

所述压力传感器包括：压阻传感器、压电传感器。

所述高杨氏弹性模量的材料包括：钢。

所述低杨氏弹性模量的材料包括：硅胶。

本实用新型的优点是上述装置能迅速、安全、准确地测量人体软组织的杨 氏弹性模量，无需取样，不会引起人体的不适反应，具有比较高的性价比。上述装置也可用于其他弹性材料或生物组织的杨氏弹性模量的无损检测。

附图说明

图1为本实用新型的剖视图。

图2为本实用新型的立体分解图。

图3为本实用新型工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。

一种基于多弹性元件的杨氏弹性模量测量装置，如图1所示，包括：第一弹性元件1、第一压力传感器2、基体3、第二弹性元件4和第二压力传感器5；第一弹性元件1为一圆环；基体3为一圆柱，其上表面有一个中心盲孔，如图2所示，其侧面有一个水平孔，中心盲孔底部为平面，中心盲孔和水平孔连通；第一压力传感器2为一圆环，固定于基体3的上表面，且同轴；第二压力传感器5为一圆盘，固定于基体3的中心盲孔底部，且同轴；第一弹性元件1固定在第一压力传感器2的上表面，且同轴；第二弹性元件4为一圆柱，固定在第二压力传感器5的上表面，且同轴。

第一弹性元件1的外圆半径为a，内圆半径为b，b＜a，高度为t1，第二弹性元件4的圆柱半径为b，高度为t2，t2＞t1，第一压力传感器2的外圆半径为a，内圆半径为b，厚度小于t1的一半，第二压力传感器5的外圆半径为b，厚度小于t2的一半，基体3其外圆半径为a，中心盲孔半径为b，水平孔半径＜b。

所述第一压力传感器2或第二压力传感器5的类型包括：压阻传感器、压电传感器。

所述基体3采用高杨氏弹性模量的材料包括：钢。

所述第一弹性元件1或第二弹性元件4均采用低杨氏弹性模量的材料包括：硅胶。

将上述测量装置垂直压在人体软组织表面上，并使第一弹性元件1和第二弹性元件4与人体软组织表面接触；此时，第一弹性元件1和第二弹性元件4将分别承受不同的应力；第一弹性元件1的长度会减小Δt1，第一弹性元件1下的人体软组织会下陷ΔT1；第二弹性元件4的长度会减小Δt2，第二弹性元件4下的人体软组织会下陷ΔT2；由ΔT1、Δt1、ΔT2、Δt2可计算出人体软组织的杨氏弹性模量。

使用上述装置测量人体软组织的杨氏弹性模量，有三种实施方式。

方式一：将上述测量装置垂直压在人体软组织表面的某个位置，测量该处人体软组织表面的杨氏弹性模量，如图3所示。

方式二：将上述测量装置垂直压在人体软组织表面的某个位置，测量该处人体软组织表面的杨氏弹性模量，如图3所示。再将上述测量装置垂直压在人体软组织表面的另一个位置，测量该处人体软组织表面的杨氏弹性模量，如图3所示。以此类推，可以获得某个区域内的人体软组织表面的杨氏弹性模量分布图。

方式三：将若干个上述测量装置有序排列并固定到一个有界的空间曲面上，即成为一个测量装置组。将该测量装置组压在人体软组织表面的某个区域，并保证每个测量装置都是垂直压在人体软组织表面，则可得到该区域人体软组织表面的杨氏弹性模量分布图。

此实施例仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。