专利名称：医用针针尖刺穿力专用测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种医用针针尖刺穿力专用电子测试仪。
背景技术：
随着现代社会的发展，人们的身体健康永远是备受关心的问题，在医疗行业中，一 次性注射针等医用针是医护人员不可缺少的工具，而其本身的质量是对病人的身心健康的 有力保障，至于怎样保证一次性注射针等医用针的质量，世界卫生组织、各国政府部门、医 疗管理机构都特别重视，也为此制定了许多标准。针对医用针针尖刺穿力，在我们国家， GB15811 “针尖锋利度试验方法”、YY0166-2002 “带线缝合针”、YY0043-91 “医用缝合针”、 GB2024-94 “医用针灸针”等有关标准都对其进行了详细的规定。这些标准早以实施，但由 于检测手段条件的不完备、检测仪器的缺泛，在我国很多地方都不能很好地实施；国内生产 这些医用针的厂家也无法很好地保证他们产品的质量。1、目前在我国仪器生产行业中基本上没有哪个厂家为保证这些标准的实施提供 有力手段，决定了国家医疗检测机构、医用针生产厂家和医用针使用单位在这方面都形成 了困难。医用针针尖的刺穿力的测试仪器在国际市场上有少数几个厂家生产，对于我们国 家来说，这种仪器依靠进口，进口产品采用的是英文软件界面，操作极为不便，且价格昂贵， 维修不便、费用高。一方面是国家资产大量流失，另一方面也不能满足我国众多相关部门、 单位的检测要求。于是国内很多有关部门、单位都采用自制或委托一些厂家定制“医用针 针尖刺穿力专用测试仪”，但受人力、物力多种条件限制，在仪器的交货周期、外形、操作、控 制、性能及防护等方面都很欠缺，根本不能很好地满足这些单位对其的需要。2、目前我们国家医疗检测机构、医用针生产厂家和医用针使用的单位对医用针针 尖刺穿力专用测试大多采用如附图1所示的结构作为检测仪器对其测试。图中11'表示的是电源开关，12' -14'表示的是工作控制开关，15'表示的是 人造模拟皮肤夹具，16'表示的是医用针夹具，17'表示的是调节摆杆，18'表示的是水平 仪。这种结构测试医用针针尖的刺穿力的原理是依据物体本身的重力控制医用针向 下运动顶压人造模拟皮肤，而对针尖的加载则是预先加载在针体上的配重重量，加载时间 则是人为或通过时间继电器来完成，这种方法本身因为摩擦阻力、空气阻力、人为误差等多 方面的影响，只能说形式上初步做了医用针针尖的刺穿力的试验，这与制定标准的专家及 所有医用针制造者、使用者和监督者的要求都不能吻合！这种结构测试医用针针尖的锋利 度需要更换夹具，也是依据物体本身的重力控制医用针向下运动刺穿软性铝箔，由刺穿后 电极接触停止试验，再根据被动指针摆动位置确认加载力，这种试验方法本身也因为摩擦 阻力、空气阻力、人为误差等多方面的影响，同样也只能说形式上初步做了医用针针尖的刺 穿力的试验，也不能达到预期的效果。3、继续上面所说的，利用这种仪器来测试医用针针尖的刺穿力，有以下多方面的 不足机器外形不美观，使用不方便；操作极为不方便；加载时间控制误差大；加载力不能很好地控制在标准加载范围；加载速度不能控制在标准规定的范围内；刺穿力试结果不准 确；两项指标夹具不能统一，浪费已有资源；数据读取、处理不科学，不适合测试人员管理、 分析、报表等。国内几个生产医用针针尖刺穿力专用测试仪厂家在这几个方面还没好的解 决方法。
发明内容本实用新型的目的在于，提供一种医用针针尖刺穿力专用测试仪，以克服现有试 验机稳定性、可靠性差，使用不便，结构不合理，对试验环境要求高的技术问题。为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下一种医用针针尖刺穿力专用测试仪，主机由智能控制器、测力机构、测力传感器、 加载机构、打印机、驱动机构、传动机构、测试平台和夹具共9个部分组成，它们看似相互独 立，其实都紧密联系，共同完成整设备的特有功能。其中智能控制器由主板、液晶显示屏、键 盘、电源等部分组成，屏幕采用全中文显示，用键盘控制光标进行选项、操作、设定，其功能 包括力值加载时间的控制、加载力值的采集及显示、加载力值的精度的控制和整机动作的 控制。驱动机构选择的是步进电机或伺服电机，这样选择可以在加载力的过程中，加载速度 可以受控，进行速度闭环控制；加载力值的采集包括高速A/D转换和多CPU协调工作；加载 力值的显示包括选用人机界面或点阵液晶全中文显示，可以图形显示。本测试仪为国家医疗检测机构、医用针生产厂家和医用针使用单位提供了可靠的 医用针针尖刺穿力的测试方法，是这些部门、单位不可或缺的检测仪器。我们作人性化设计，采用单片微机加载、控制加载速度和加载时间、加载力值、采 集数值进行处理；采用日本OPTEX产的液晶屏50174(LCD)显示，四只按扭键盘操作，全中文 菜单提示；采用微型打印机输出报表数据和RS232串口通讯。这种设计技术先进、人机界面 友好、操作方面、加载准确、结果更合理、数据处理更有利于人们作分析等优点。
图1为现有传统的医用针针尖刺穿力专用测试仪器的结构示意图；图2为本实用新型的医用针针尖刺穿力专用测试仪器的结构示意图；图3为本实用新型的医用针针尖刺穿力专用测试仪器的力值加载机构示意图；图4为力值采集基本原理框图；图5为力值采集接口示意图；图2中标号说明21'表示的是智能控制器23'表示的是测力传感器25'表示的是打印机27'表示的是传动机构29'表示的是针体夹具
22'表示的是测力机构 24'表示的是加载机构 26'表示的是驱动机构 28'表示的是测试平台和夹具 210'表示的是底板
具体实施方式1、下面根据附图2至附 5，给出本实用新型的较好实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本实用新型的功能、特点。先根据附图2整体介绍一下本实用新型的测试仪 的结构。如附图2所示，本实用新型的医用针针尖的刺穿力的测试仪器包括智能控制器 21'、测力机构22'、测力传感器23'、加载机构24'、打印机25'、驱动机构26'、传动 机构27'、测试平台和夹具28'、针体夹具29'及底板210'等部分组成，其中智能控制器 由主板、液晶显示屏、键盘、电源等部分组成。屏幕采用全中文显示，用键盘控制光标进行 选项、操作、设定。本测试仪为国家医疗检测机构、医用针生产厂家和医用针使用单位提供 了可靠的医用针针尖刺穿力的测试方法，是这些部门、单位不可或缺的检测仪器。力值加 载机构，如附图3所示，采用单片机控制步进电机31'转动，用一同步带32'带动一梯形 丝杠33'，再由丝杠带动滑块34'上下运动驱动固定在与之相连的夹具35'上的医用针 36'向人造模拟皮肤夹具37'加载或卸载。步进电机31'与梯形丝杠33'之间的传动比 是1 1，梯形丝杠33'的丝牙间距是1mm，当步进电机31'转动一圈时，滑块34'就相应 地上升或下降1mm。当滑块34'时，固定在夹具35'上的医用针36'即向固定在夹具37' 人造模拟皮肤加力。2、加载力值速度的控制，因为我们设计时选择的是步进电机，我们在驱动它时只 要改变驱动脉冲的频率即可方便地达到要求。在设计过程中，采用速度闭环控制，给定一 固定速度，再由反馈电压控制给定驱动脉冲的频率，步进电机的转速即可恒定，满足标准要 求。我们选择的步进电机常州宝马电机有限公司的产品55BF004-II型，功率是55W，驱动电 压是三相六线制直流30V，步距角是每个脉冲1.5°，最高启动频率是5kHz。附图3中的步 进电机1'的转速决定了滑块4'的直线运动速度，滑块4'移动的快慢也就相应地决定了 力值加载的速度，当加载力值过快时，改变驱动脉冲的频率，使之变低，加载力值就会相应 变慢；当加载力值过慢时，改变驱动脉冲的频率，使之变高，加载力值就会相应变快。采用速 度闭环控制，完全可以满足每秒钟加载0.0098N，误差不大于0.0005N/S。驱动脉冲由单片 微机89C52(CPU)的I/O 口 P1.0 口输出，步进电机转动方向由单片微机89C52 (CPU)的I/O 口 P1. 1 口输出。3、力值加载时间的控制，我们选择美国DALLAS公司生产的时钟控制芯片 DS12C887，DS12C887实时时钟(RTC)内嵌有世纪寄存器，可以硬件化地解决千年虫问题 (Y2K)。DS12C887内嵌一个锂电池和32. 768MHz石英晶振，可以保证在没有电源系统的情况 下做到非易挥发性计时，可连续使用10年，方便记录事件的发生时间。DS12C887十年误差 不大于0. 3秒，这保证了加载记时的高精确性。4、加载力值的采集及显示，我们设计由测量放大器、高精度A/D转换器将加载力 值转换成数字信号，再由单片微机89C52 (CPU)采集此信号，经过处理，通过串行口送到日 本0PTEX产的液晶屏50174(LCD)显示，驱动芯片我们选择的是清华蓬远制造的液晶驱动 模块，另外我们预留RS232串行接口电路，可直接将加载的力值送往上位控制微机，以便大 批量数据处理、存储、备案。基本原理如附图4所示。在CPU处理数值过程中，采集传感器 信号都是瞬时的，平均采集频率为5kHZ ；但对于显示、存储，加载力值采集过程中，采用零 位跟踪方法，随时跟踪零位，再作滤波处理，以达到载荷显示、存储长时间的稳定、准确的效 果。负荷传感器、测量放大器(AD8221)、高精度A/D转换器(AD7665)、单片微机(CPU)、显示 驱动(1330SE)、IXD、RS232串行接口分别如下面的附图5所示。5、加载力值的大小的控制，我们设计时A/D转换器选用的是高精度A/D转换器
5AD7665，它是高达16位的A/D转换器，平均采集频率为5kHZ。对于各个型号不同的医用针， 标准规定加载力值不相同。本仪器利用日本0PTEX产的液晶屏501740XD)显示，中文菜单 提示操作，四只按扭键盘选择、控制，当选择好针号后，单片微机将针号储存与片内EEPR0M， 调出已输入应加载力值，做强度测试时在加载过程中由传感器感应的信号作闭环控制，当 加载力值等同于预加力时停止加载，达到加载力值的准确；在做锋利度测试时，以恒定速度 刺穿铝箔，用高精度A/D转换器高速采集刺穿力，也保证了测试结果的准确。6、对于人机界面的选择，我们选用的是日本0PTEX产的液晶屏50174，全中文显 示，界面友好、清晰、易读，加载力值或刺穿过程中，液晶屏显力值与时间、位移曲线，显示最 大加载力或刺穿力。对于测试结果处理，我们设计多达二十次数值存储与控制系统RAM中， 可作报表统计、分析，还可通过81C55输出到微面板打印机、通过RS232接口输出到上位控 制微机。7、对于工作单元的处理与分配，本测试仪采用方法是数据采集、电机驱动和数据 的显示与处理分别由三块CPU独立控制。它们其中之一是控制步进电机的运转，其中之一 是做AD数据的采集，还有一块CPU用来接受键盘命令、驱动液晶显示、做数据处理等等。三 块CPU之间由同步串行口连接进行数据通讯，也就是每两块CPU之间单独拿出2个I/O 口 连接，各芯片间的信息通过它们相互传递。本试验机在机器外形、操作使用、控制及安全防护等多方面进行发明改进，完全满 足上述领域对全功能、高稳定性的的需求，大大提高国内这一行业的技术含量，完全满足 GB15811《医用针针尖刺穿力专用测试仪器试验方法》的要求。以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，即 凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落 入本实用新型专利的权利要求保护范围。
权利要求一种医用针针尖刺穿力专用测试仪，其特征在于，所述主机由智能控制器、测力机构、测力传感器、加载机构、打印机、驱动机构、传动机构、测试平台和夹具共9个部分组成。
2.如权利要求1所述的医用针针尖刺穿力专用测试仪，其特征在于，所述驱动机构选 择的是步进电机或伺服电机。
3.如权利要求1所述的的医用针针尖刺穿力专用测试仪，其特征在于，所述智能控制 器功能包括力值加载时间的控制、加载力值的采集及显示、加载力值的精度的控制和整机 动作的控制。
4.如权利要求3所述的医用针针尖刺穿力专用测试仪，其特征在于，所述加载力值的 采集包括高速A/D转换和多CPU协调工作。
5.如权利要求3所述的医用针针尖刺穿力专用测试仪，其特征在于，所述加载力值的 显示包括选用人机界面或点阵液晶全中文显示，可以图形显示。
专利摘要本实用新型公开了一种医用针针尖刺穿力专用测试仪，包括智能控制器、测力机构、测力传感器、加载机构、打印机、驱动机构、传动机构、测试平台和夹具及针体夹具等部分组成。其中智能控制器由主板、液晶显示屏、键盘、电源等部分组成。屏幕采用全中文显示，用键盘控制光标进行选项、操作、设定。本测试仪为国家医疗检测机构、医用针生产厂家和医用针使用单位提供了可靠的医用针针尖刺穿力的测试方法，是这些部门、单位不可或缺的检测仪器。此测试仪外形美观、整体体积小、手动操作方便。
文档编号G01N3/08GK201637627SQ200920210540
公开日2010年11月17日 申请日期2009年10月9日 优先权日2009年10月9日
发明者宋小敏, 宋小晴, 王根友, 聂德品, 钱厘军 申请人:上海远梓电子科技有限公司