测量全牙列动态啮合的凝胶薄膜阵列式电容传感器及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于一种阵列式电容压力传感器，具体设及一种测量全牙列动态晒合的凝 胶薄膜阵列式电容传感器及方法。
【背景技术】
[0002] 在全牙列动态晒合过程中哪对牙齿首先接触、接触时的相互作用力大小W及咬合 过程中力随时间的变化是牙科医生诊断病人牙齿咬合状况的重要依据。传统咬颂测试材 料，如咬颂纸，能测出"咬合结果印记"，却无法精确测量和记录咬合接触的前后顺序或咬合 力的相对大小，准确性欠佳。因此需设计一种记录全口牙列咬合接触的力分布与时间及两 者对应关系的测量装置，提供最为准确的晒合过程中咬合力有关数据，比如在正崎治疗后 可W精确的记录和分析牙合干扰的时间长短、咬合高点的位置W及颂力中屯、的位置，W指 导医生正确调整牙合。但是传统的牙齿咬合力测量传感器存在如下问题:首先，电容式传感 器具有高精度、高灵敏度，高分辨率保证对力的敏感性，能够感应出力的微小变化，而且溫 度稳定性好，然而目前普遍使用的电阻式传感器精度受外界环境如溫度影响大，并且分辨 率不高，难W实现高精度地记录在全牙列晒合过程中咬合力变化趋势；其次，W往的机械 式、电阻应变计式或基于压电效应等均属于硬质传感器探头，受试者在咬硬质探头时会出 现自我保护的反射性抑制机制，此时所测得的咬合力往往低于正常情况下的咬合力值，而 且传统材料不透明，测量过程中无法观测到牙齿的变化;最后，硬质传感器探头外面通常需 覆盖橡胶套起保护作用，但传感器的厚度对咬合力的测量影响较大，且此类橡胶套在临床 中难W保证彻底消毒。
【发明内容】
[0003] 为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种测量全牙列动态晒 合的凝胶薄膜阵列式电容传感器及方法，本发明采用了新型柔软、薄且透明的凝胶材料制 作可实时测量晒合过程的阵列式电容传感器，因此本发明在用于测量牙齿咬合力时不会激 起受试者的自我保护反射性抑制机制，同时传感器厚度极小，可达到微米量级，而且材料透 明，从而能准确记录全口咬合接触的力分布与时间及两者对应关系，并且可W观察到牙齿 的变化。
[0004] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0005] 测量全牙列动态晒合的凝胶薄膜阵列式电容传感器，包括绝缘介质3,其形状为U 型且在弧形中间位置向外伸出预设长度的长方体便于引出导线，绝缘介质3的上层均匀粘 接有上离子凝胶2,上离子凝胶2中的离子凝胶成行分布，绝缘介质3的下层均匀粘接有下离 子凝胶4，下离子凝胶4中的离子凝胶成列分布，上离子凝胶2的上表面粘贴上绝缘介质1，下 离子凝胶4的下表面粘贴下绝缘介质5;所述上离子凝胶2、下离子凝胶4、上绝缘介质1和下 绝缘介质5的形状与绝缘介质3的形状相适配，形成整个U型结构且弧形中间位置向外伸出 预设长度的长方体;上离子凝胶2、绝缘介质3和下离子凝胶4的若干个交点处分别形成若干 个阵列式电容传感器，即上离子凝胶2、下离子凝胶4投影到绝缘介质3,运=者的重合部分 形成若干个阵列式电容传感器;阵列式电容传感器充满整个U型结构，采用行列布线的方式 连接运些电容传感器;阵列式电容传感器布线模式为在上离子凝胶2上沿着弧形轮廓线布 置若干条引线又1，通过石墨电极连接到每一行的电容传感器曰、,,.,，其中1<占'<11，11为列引线 数;在下离子凝胶4上布置若干条垂直于引线Xi的引线yj，通过石墨电极连接到每一列的电 容传感器句，其中，m为行引线数;将运些引线xi、yj从弧形中间位置向外伸出的长方体中 引出连接到采集卡。
[0006] 所述上离子凝胶2和下离子凝胶4采用的材料为水凝胶离子导体，其厚度为微米量 级;所述绝缘介质3、上绝缘介质1和下绝缘介质5的厚度也为微米量级。
[0007] 所述上离子凝胶2和下离子凝胶4W及绝缘介质3、上绝缘介质1和下绝缘介质5均 柔软透明。
[000引所述的测量全牙列动态晒合的凝胶薄膜阵列式电容传感器的测量方法，上离子凝 胶2、下离子凝胶4投影到绝缘介质3,运=者的重合部分形成若干个阵列式电容传感器，若 对应于某一部分，绝缘介质3的长度和宽度均被拉伸为初始长度的M音，变形后认为体积不 变，厚度会被压缩为初始长度的'
-倍，变形后电容Cy,为初始状态电容G、n的A4倍，电容 值随变形的变化十分明显，易于测量，有良好的灵敏度，将每行、每列引线分别连接到采集 卡的引脚上，并由直流电源供电，通过行列扫描检测运些电容值信号，根据每一点电容值发 生变化的顺序和位置，确定与感测点对应的那对牙齿在全牙列咬合过程中接触的先后顺 序，通过实验得到测量的电容值和咬合力的关系式P = kC，其中k为实验确定的某一常数，范 围为1~5pF/N，从而确定牙齿对在接触过程中的咬合力大小，并将咬合力传输给终端W显 示全口咬合接触的力分布与时间及两者对应关系，便能够获得全牙列中每对牙齿接触的先 后顺序，接触时力的相对大小W及接触过程中咬合力的变化情况。
[0009] 和现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0010] 1、本发明采用阵列式电容传感器测量全牙列动态咬合过程中哪对牙齿首先接触、 接触时作用力的相对大小W及咬合力在该过程中的变化情况，电容传感器具有结构简单、 高精度、高灵敏度和动态响应特性好等优点，能够感应到力的微小变化，高分辨率有利于记 录全牙列接触过程中咬合力随时间的变化关系，在咬合力作用下的传感器阵列，通过行列 扫描法能够得到每个感应点处的受力大小及先后顺序，即快速捕捉到哪对牙齿首先进入咬 合状态W及咬合过程中力的改变。
[0011] 2、本发明采用柔软、薄且透明的离子凝胶和绝缘介质制作阵列式电容传感器，消 除了受试者在咬硬物时所出现的自我保护机制对咬合力测量的影响，能更真实的还原正常 情况下人的牙齿咬合情况，使受试者体验到更加自然的咬合过程，且该阵列式电容传感器 的厚度可达微米量级，具有良好的生物相容性，满足咬合力测量需要的"物理上的隐形性" 的需求，因此在测量咬合力时不会约束牙齿，从而可W避免传感器厚度对牙齿咬合力测量 准确度的影响，准确反映全牙列晒合过程中牙齿咬合力的变化W及每对牙齿接触的先后顺 序，而且材料的透明性使得在传输电信号的同时，可W观察到牙齿的变化；
[0012] 3、本发明在测量中由直流稳压电源供电，石墨电极与离子导体水凝胶形成电子- 离子混合电流回路传递电信号，离子凝胶在多次加载、卸载后，电容与压力的对应关系只有 很小的漂移，几乎可W忽略，因此具有良好的重复测量精度。本发明所采用材料成本低廉， 易于加工，使得此传感器可做一次性使用，干净卫生。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明测量全牙列动态晒合的凝胶薄膜阵列式电容传感器分层结构示意 图。
[0014] 图2为本发明新型凝胶薄膜阵列式电容传感器的内部引线布置示意图。
[0015] 图3为本发明新型凝胶薄膜阵列式电容传感器的等效电路图。
[0016] 图4为本发明新型凝胶薄膜阵列式电容传感器测量全牙列动态晒合过程的系统原 理示意图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0018] 如图1所示，本发明测量全牙列动态晒合的凝胶薄膜阵列式电容传感器，包括绝缘 介质3,其形状为U型且在弧形中间位置向