用于测量咬合力的传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了及一种用于测量咬合力的传感器，属一种力传感器，包括弹性体结构的固定区域、贴片区域与咬合区域，贴片区域包括测量上颚咬合力的贴片区域与测量下颚咬合力的贴片区域，测量上颚咬合力的贴片区域与测量下颚咬合力的贴片区域上均固定有多个应变片，弹性体结构上还设有通孔，测量上颚咬合力的贴片区域与测量下颚咬合力的贴片区域分别置于所述通孔的边缘；通过在传感器的弹性体结构上设置通孔，并将两组应变片设置在通孔的两侧组成惠斯通电桥，有效提高了传感器的测量精度及灵敏度，且两个惠斯通电桥同时通过接线柱接入传感信号接收装置，使得传感器使用中的测量性能较为稳定，同时本发明的结构简单，易于加工制造，灵敏度高。
【专利说明】用于测量咬合力的传感器
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种力传感器，更具体地说，本发明主要涉及一种用于测量咬合力的传感器。
[0003]【背景技术】[0004]咬合力是上下牙接触时通过肌肉的作用产生的咀嚼压力，这种力量由牙传递到牙周组织再传递到颌骨而分散，动物咬合力是指食肉动物裂齿上下咬合的力量的大小，一般用kg计算。不同的动物的咬合力相差很大，即使同种动物不同时期的咬合力也有所不同，如:常见的老虎的咬合力为499kg，狮子的咬合力为454kg，狼的咬合力为318kg，等等。20世纪80年代初，以色列人Arcan和美国人Azndman发明了光咬合法,并由美国Vishay公司生产了光咬合片和光咬合仪，可以对咬合接触进行半定定量分析。将光咬合法与计算机图像处理技术相结合，大大提高和改善了分析的效率和准确性；Gibbs等的“传声系统法”是一种间接测定咬合力的方法，其基本原理是在被试者额部放置一个特定的震荡源，以正弦波震荡方式发出震荡波，在额部放置一个传感器接受震荡信号。震荡波通过牙、颞颌关节及肌通道传导到颏部，上下颌间的作用力越大，位于颏部的传感器接收到的震荡波振幅就越大，由此建立一个振幅与咬合力的换算关系，并且利用这一关系计算出咬合力。传感器测量法是利用传感器将咬合力转换为电信号，经模拟调理电路、数模转换电路和微机系统后，在显示器件中以数字量或图片的形式表示与咬合力有关的信息。随着电子技术和集成电路技术的不断发展，传感器测量测量法的测量更加准确，功能更加强大。然而，当此类测量用于测量一些小动物的咬合力时，其测量精度、稳定性、灵敏度尚不能满足测量需求，因此有必要针对此类传感器的结构做进一步的研究和改进。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种用于测量咬合力的传感器，以期望解决现有技术中传感器测量小动物咬合力的测量精度、稳定性及灵敏度不够等技术问题。
[0007]为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案:
本发明所提供的一种用于测量咬合力的传感器，包括弹性体结构的固定区域、贴片区域与咬合区域，所述贴片区域包括测量上颚咬合力的贴片区域与测量下颚咬合力的贴片区域，所述测量上颚咬合力的贴片区域与测量下颚咬合力的贴片区域上均贴有多个应变片，所述弹性体结构上还设有通孔，所述测量上颚咬合力的贴片区域与测量下颚咬合力的贴片区域分别置于所述通孔的边缘；所述咬合区域中包括测量上颚咬合力的咬合区域与测量下颚咬合力的咬合区域，所述测量上颚咬合力的咬合区域与测量下颚咬合力的咬合区域之间常态下保持间隙，且两者分别与测量上颚咬合力的贴片区域与测量下颚咬合力的贴片区域相联动，用于当测量上颚咬合力的咬合区域与测量下颚咬合力的咬合区域运动时，带动测量上颚咬合力的贴片区域与测量下颚咬合力的贴片区域同步运动；所述贴片区域上还设有接线柱；所述多个应变片至少分为两组，每组组成惠斯通电桥，用于分别测量来自于上方与下方的力。
[0008]作为优选，进一步的技术方案是:所述多个应变片至少为8个，且平均分为两组，其中由Rl、R2、R3、R4组成的第一惠斯通电桥分别位于测量上颚咬合力的贴片区域外表面与内表面，且两两相互对称；由R5、R6、R7、R8组成的第二惠斯通电桥分别位于测量下颚咬合力的贴片区域外表面与内表面，且两两相互对称。
[0009]更进一步的技术方案是:所述测量上颚咬合力的贴片区域与测量下颚咬合力的贴片区域在弹性体结构上呈相互对称的结构。
[0010]更进一步的技术方案是:所述测量上颚咬合力的咬合区域与测量下颚咬合力的咬合区域在弹性体结构上呈相互对称的结构。
[0011]更进一步的技术方案是:所述接线柱为两个，且分别位于测量上颚咬合力的贴片区域与测量下颚咬合力的贴片区域上表面的两个应变片之间，且固定区域上还设有两条分别与两个接线柱的位置相对应的线槽。
[0012]更进一步的技术方案是:所述通孔为圆形或近视于圆的形状。
[0013]更进一步的技术 方案是:所述的多个应变片组成的惠斯通电桥的其中一端均分别通过接线柱接入直流恒压电源，另一端接入传感信号接收装置。
[0014]更进一步的技术方案是:所述传感信号接收装置中包括放大电路、数据采集电路与PC终端，用于由各个惠斯通电桥将受力产生的电压值传输置放大电路，由放大电路将电压值进行放大后经数据采集电路传输至PC终端，从而在PC终端得到咬合力传感器当前的力测试值。
[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果之一是:通过在传感器的弹性体结构上设置通孔，并将两组应变片设置在通孔的两侧组成惠斯通电桥，有效提高了传感器的测量精度及灵敏度，且两个惠斯通电桥同时通过接线柱接入传感信号接收装置，使得传感器使用中的测量性能较为稳定，进而将两个惠斯通电桥实测上下咬合力的平均值作为测量的实际咬合力值，同时本发明所提供的一种用于测量咬合力的传感器结构简单，易于加工制造，且没有运动部件，灵敏度高，响应快，动态性能好，固有频率高，有着广泛的应用前景，易于推广。
[0016]
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为用于说明本发明一个实施例的结构示意图；
图2为图1的俯视结构7]^意图；
图3为用于说明本发明另一个实施例中由应变片组成的惠斯通电桥的结构示意图。
[0018]图4为用于说明本发明再一个实施例中咬合力传感器的应用结构框图。
[0019]【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明作进一步阐述。
[0021]参考图1所示，本发明的一个实施例是一种用于测量咬合力的传感器，包括弹性体结构的固定区域1、贴片区域与咬合区域，所述贴片区域包括测量上颚咬合力的贴片区域2与测量下颚咬合力的贴片区域3，所述测量上颚咬合力的贴片区域2与测量下颚咬合力的贴片区域3上均贴有多个应变片，所述弹性体结构上还设有通孔8，所述测量上颚咬合力的贴片区域2与测量下颚咬合力的贴片区域3分别置于所述通孔8的边缘；所述咬合区域中包括测量上颚咬合力的咬合区域4与测量下颚咬合力的咬合区域5，所述测量上颚咬合力的咬合区域4与测量下颚咬合力的咬合区域5之间在常态下保持间隙，且两者分别与测量上颚咬合力的贴片区域2、测量下颚咬合力的贴片区域3相联动，用于当测量上颚咬合力的咬合区域4与测量下颚咬合力的咬合区域5运动时，带动测量上颚咬合力的贴片区域2与测量下颚咬合力的贴片区域3同步运动，进而使用多个应变片产生相应的电阻；所述贴片区域上还设有接线柱7 ;而前述的多个应变片至少分为两组，每组组成惠斯通电桥，如前述所提到的用于分别测量来自于上方与下方的力。
[0022]正如图1所示出的，本发明所提出的传感器是基于电阻应变式原理研制而成，在本实施例中，发明人最大的改进之一在于在弹性体结构上设置通孔8，根据材料力学中的应力集中的相关原理，降低力传感器之间的耦合性，有效提高力传感器的测量精度，在实际应用中，可将前述的通孔8设置为图1所示的圆形或近视于圆的形状。同时，传感器的弹性体结构可采用合金结构钢加工制成。
[0023]参考图1、图2及图3所示，在本发明用于解决技术问题更加优选的一个实施例中，为进一步提升多组应变片对力传感的灵敏度，上述的多个应变片可设置为至少8个，且平均分为两组，如图所示的其中由Rl、R2、R3、R4组成的第一惠斯通电桥分别位于测量上颚咬合力的贴片区域2外表面与内表面，且两两相互对称；由R5、R6、R7、R8组成的第二惠斯通电桥分别位于测量下颚咬合力的贴·片区域3外表面与内表面，且两两相互对称。
[0024]再参考图1所示，为便于传感器测量咬合力的上下受力基本趋于一致，避免因上下结构不同而造成力传递的损失，在本发明的另一实施例中，将上述测量上颚咬合力的贴片区域2与测量下颚咬合力的贴片区域3设置为在弹性体结构上呈相互对称的结构。进一步的，为配合前述的对称结构，保证力传递按照指定的方向进行，还可将测量上颚咬合力的咬合区域4与测量下颚咬合力的咬合区域5也设置为在弹性体结构上呈相互对称的结构。
[0025]参考图2所示，为便于将多个应变片组成的惠斯通电桥接入直流恒压电源，在本发明的另一实施例中，将上述的接线柱7设置为两个，且分别位于测量上颚咬合力的贴片区域2与测量下颚咬合力的贴片区域3上表面的两个应变片之间；同时为方便走线，还可在固定区域I上增设两条分别与两个接线柱7的位置相对应的线槽6。
[0026]进一步的，上述多个应变片组成的惠斯通电桥的其中一端均分别通过接线柱7接入直流恒压电源，另一端接入传感信号接收装置。
[0027]参考图4所示，在本发明的另一实施例中，发明人参考现有技术，认为上述传感信号接收装置的优选结构为:其中包括传感信号接收装置中包括放大电路、数据采集电路与PC终端，用于由各个惠斯通电桥将受力产生的电压值传输置放大电路，由放大电路将电压值进行放大后经数据采集电路传输至PC终端，从而在PC终端通过软件得到三维力传感器当前的力测试值。
[0028]由于其主要用于测量壁虎等小动物的咬合力，因此传感器的量程一般可设置为0-100N,在实际使用中，当上颚咬合力Fl作用时，Rl和R2受到拉应力的作用，R3和R4受到压应力的作用，组成如图3所示的惠斯通全桥电路；当下颚咬合力F2作用时，R5和R6受到压应力的作用，R7和R8受到拉应力的作用，组成如图3所示的惠斯通全桥电路；当Fl (或者F2)为满量程100N的时候，假设输入电压为5V，则输出电压的范围为:7.39mV—11.84mV。计算出桥路输出电压，最后根据标定出来的输出电压与加载的力值关系，得到加载的力值大小。经发明人进行试验时的计算，该发明的咬合力传感器的固有频率为2239，经过标定，输出灵敏度为1.3905 mV/V，分辨率为0.1N。
[0029] 本发明使用方式是将传感器固定起来，连接成图4所示的电路，然后让动物的上、下颚分别咬合传感器的测量上颚咬合力的咬合区域4和测量下颚咬合力的咬合区域5，这样就能得到上颚咬合力F1、下颚咬合力F2、以及上颚咬合力Fl和下颚咬合力F2的平均值，该平均值则可作为该动物的咬合力。
[0030]然而除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
[0031]尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
【权利要求】
1.一种用于测量咬合力的传感器，包括弹性体结构的固定区域(I)、贴片区域与咬合区域，其特征在于:所述贴片区域包括测量上颚咬合力的贴片区域(2)与测量下颚咬合力的贴片区域(3)，所述测量上颚咬合力的贴片区域(2)与测量下颚咬合力的贴片区域(3)上均贴有多个应变片，所述弹性体结构上还设有通孔(8)，所述测量上颚咬合力的贴片区域(2)与测量下颚咬合力的贴片区域(3)分别置于所述通孔(8)的边缘；所述咬合区域中包括测量上颚咬合力的咬合区域(4)与测量下颚咬合力的咬合区域(5)，所述测量上颚咬合力的咬合区域(4)与测量下颚咬合力的咬合区域(5)之间常态下保持间隙，且两者分别与测量上颚咬合力的贴片区域(2)、测量下颚咬合力的贴片区域(3)相联动，用于当测量上颚咬合力的咬合区域(4)与测量下颚咬合力的咬合区域(5)运动时，带动测量上颚咬合力的贴片区域(2)与测量下颚咬合力的贴片区域(3)同步运动；所述贴片区域上还设有接线柱(7);所述多个应变片至少分为两组，每组组成惠斯通电桥，用于分别测量来自于上方与下方的力。
2.根据权利要求1所述的用于测量咬合力的传感器，其特征在于:所述多个应变片至少为8个，且平均分为两组，其中由Rl、R2、R3、R4组成的第一惠斯通电桥分别位于测量上颚咬合力的贴片区域(2)外表面与内表面，且两两相互对称；由R5、R6、R7、R8组成的第二惠斯通电桥分别位于测量下颚咬合力的贴片区域(3)外表面与内表面，且两两相互对称。
3.根据权利要求1或2所述的用于测量咬合力的传感器，其特征在于:所述测量上颚咬合力的贴片区域(2)与测量下颚咬合力的贴片区域(3)在弹性体结构上呈相互对称的结构。
4.根据权利要求3所述的用于测量咬合力的传感器，其特征在于:所述测量上颚咬合力的咬合区域(4)与测量下颚咬合力的咬合区域(5)在弹性体结构上呈相互对称的结构。
5.根据权利要求1所述的用于测量咬合力的传感器，其特征在于:所述接线柱(7)为两个，且分别位于测量上颚咬合力的贴片区域(2)与测量下颚咬合力的贴片区域(3)上表面的两个应变片之间，且固定区域(I)上还设有两条分别与两个接线柱(7)的位置相对应的线槽(6)。
6.根据权利要求1或2所述的用于测量咬合力的传感器，其特征在于:所述通孔(8)为圆形或近视于圆的形状。
7.根据权利要求1或2所述的用于测量咬合力的传感器，其特征在于:所述的多个应变片组成的惠斯通电桥的其中一端均分别通过接线柱(7)接入恒压直流电源，另一端接入传感信号接收装置。
8.根据权利要求4所述的用于测量咬合力的传感器，其特征在于:所述传感信号接收装置中包括放大电路、数据采集电路与PC终端，用于由各个惠斯通电桥将受力产生的电压值传输置放大电路，由放大电路将电压值进行放大后经数据采集电路传输至PC终端，从而在PC终端得到咬合力传感器当前的力测试值。
【文档编号】A61C19/04GK103565447SQ201310469577
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月10日 优先权日:2013年10月10日
【发明者】戴振东, 姚举禄, 吉爱红, 相立峰 申请人:南京神源生智能科技有限公司