测量全口牙齿咬合力的新型凝胶薄膜电容式传感器及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于一种电容式压力传感器，具体设及一种测量全口牙齿咬合力的新型凝 胶薄膜电容式传感器及方法。
【背景技术】
[0002] 过大的咬合力可导致牙周组织进入病理性改建，直至牙齿松动、脱落，测量全口牙 齿咬合力大小，对牙科疾病的诊断和治疗具有重要的意义。传统咬颂测试材料，如咬颂纸， 能测出"咬合结果印记"，却无法表示全口咬合力的相对大小，准确性欠佳。因此需通过一种 准确测量全口咬合力的装置，提供全口接触时咬合力大小，比如在种植治疗完成后，通过咬 合力分析可W获取植体上部义齿的受力大小信息，避免种植体因长期受力过大而脱落导致 种植失败。但是传统的牙齿咬合力测量传感器存在如下问题:首先，首先，如果合力测量装 置采用电容式传感器，全口咬合力大小与所有并联电容传感器单元的总电容值相关，在并 联电路中总电容值等于各支路电容值的简单相加，然而目前的类似压阻式合力测量装置无 法用运种简单并联电路来实施，必须单路测量，无法完成累加和的测量;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值通常偏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，W往的硬质传感器探 头外面通常需覆盖一层弹性物质或橡胶套起保护作用，但传感器的厚度对咬合力值的测量 影响较大，且此类橡胶套在临床测量中难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口牙齿咬合 力的新型凝胶薄膜电容式传感器及方法，本发明采用了新型柔软、薄且透明的凝胶材料制 作可实时测量全口牙齿咬合力的电容式传感器，因此本发明在用于测量全口牙齿咬合力时 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，选用 若干点，形成若干个可变电容，通过测量所有电容并联后的总电容从而能得到全口咬合力 的大小。
[0004] 为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0005] -种测量全口牙齿咬合力的新型凝胶薄膜电容式传感器，包括绝缘介质3,绝缘介 质3的上层若干点处粘接若干个立方体凝胶，该若干个立方体凝胶形成上离子凝胶2，绝缘 介质3的下层整体粘接有下离子凝胶4,所述绝缘介质3和下离子凝胶4与上离子凝胶2中的 若干个立方体凝胶分别形成若干个电容器，上离子凝胶2的上表面整体粘贴一层上绝缘介 质1，下离子凝胶4的下表面粘贴一层下绝缘介质5,在上绝缘介质1和上离子凝胶2中的若干 个上离子凝胶之间通过金属电极引出若干条导线分别连接到上总线6,在下绝缘介质5和离 子凝胶4连接处粘贴的金属电极引出下总线7。
[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I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。
[0008] 测量中由直流稳压电源供电，金属电极与离子凝胶形成电子-离子混合电流回路 传递电信号，几乎所有的电压降都发生在绝缘介质上，金属电极-电解质交界面的双电层处 电压降远小于IV，使得离子凝胶不会发生电化学反应，并且离子凝胶在多次加载后，电容与 压力的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。
[0009] 所述的测量全口牙齿咬合力的新型凝胶薄膜电容式传感器的测量方法，受压时， 若对应于上离子凝胶2的某一立方体凝胶的那一部分绝缘介质3长度和宽度方向被拉伸为入 倍，变形后认为体积不变，则厚度方向被压缩为
倍，变形后电容C为初始状态电容Co的A4 倍，电容值随变形的变化十分明显，易于测量，上总线6和下总线7连接到通过直流稳压电源 供电的采集卡上并将得到电容值信号传递给采集卡，通过采集卡得到总电容值信号，换算 得到全口牙齿咬合力值。
[0010]和现有技术相比，本发明具有如下优点：
[0011] 1、本发明采选用若干点，形成若干个电容并联，总的电容值为若干电容值的简单 相加，通过测量总的电容值，便很容易得到全口咬合力；由于牙齿间隙的存在W及牙尖接触 到传感器的先后顺序，作用在传感器上的咬合力是一段一段间隔分布的，相比于整体一个 大电容的设计，采用离散的电容并联，在一定程度上能够减小附加刚度的影响，保证测量的 准确性。
[0012] 2、本发明采用柔软的、透明的离子凝胶和绝缘介质制作电容传感器，一方面消除 了受试者在咬硬物时所出现的自我保护机制对咬合力的影响，能更真实的还原正常情况下 人的牙齿咬合情况，从而准确测量全口牙齿咬合力值，另一方面传感器所具有的透明性使 得在传输电信号的同时，可W观察到牙齿的变化。
[0013] 3、本发明所采用的作为电解质的水凝胶离子导体厚度可W加工到很薄，达到微米 量级，并且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，最大可能还原了真实咬合力情况，保证测量的准确性。
[0014] 4、本发明在测量中由直流稳压电源供电，金属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，几乎所有的电压降都发生在绝缘介质上，使得离子凝胶不 会发生电化学反应，并且离子凝胶在多次加载后，电容与压力的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】
[0015] 图1为本发明新型凝胶薄膜测量全口咬合力电容传感器结构示意图。
[0016] 图2为本发明考虑双电层时凝胶薄膜构成的电容传感器等效电路图。
[0017] 图3为忽略双电层后新型凝胶薄膜测量全口咬合力电容传感器的整体等效电路 图。
[0018] 图4为本发明新型凝胶薄膜电容传感器测量全口牙齿咬合力测量系统原理示意 图。
【具体实施方式】
[0019] 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。
[0020] 如图1所示，本发明是一种新型柔软、薄且透明的凝胶制作的实时测量全口牙齿咬 合力