用于測量咬合力的傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了及一種用于測量咬合力的傳感器，屬一種力傳感器，包括彈性體結構的固定區域、貼片區域與咬合區域，貼片區域包括測量上顎咬合力的貼片區域與測量下顎咬合力的貼片區域，測量上顎咬合力的貼片區域與測量下顎咬合力的貼片區域上均固定有多個應變片，彈性體結構上還設有通孔，測量上顎咬合力的貼片區域與測量下顎咬合力的貼片區域分別置于所述通孔的邊緣；通過在傳感器的彈性體結構上設置通孔，并將兩組應變片設置在通孔的兩側組成惠斯通電橋，有效提高了傳感器的測量精度及靈敏度，且兩個惠斯通電橋同時通過接線柱接入傳感信號接收裝置，使得傳感器使用中的測量性能較為穩定，同時本實用新型的結構簡單，易于加工制造，靈敏度高。
【專利說明】用于測量咬合力的傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種力傳感器，更具體地說，本實用新型主要涉及一種用于測量咬合力的傳感器。
【背景技術】
[0002]咬合力是上下牙接觸時通過肌肉的作用產生的咀嚼壓力，這種力量由牙傳遞到牙周組織再傳遞到頜骨而分散，動物咬合力是指食肉動物裂齒上下咬合的力量的大小，一般用kg計算。不同的動物的咬合力相差很大，即使同種動物不同時期的咬合力也有所不同，如:常見的老虎的咬合力為499kg，獅子的咬合力為454kg，狼的咬合力為318kg，等等。20世紀80年代初，以色列人Arcan和美國人Azndman實用新型了光咬合法，并由美國Vishay公司生產了光咬合片和光咬合儀，可以對咬合接觸進行半定定量分析。將光咬合法與計算機圖像處理技術相結合，大大提高和改善了分析的效率和準確性；Gibbs等的“傳聲系統法”是一種間接測定咬合力的方法，其基本原理是在被試者額部放置一個特定的震蕩源，以正弦波震蕩方式發出震蕩波，在額部放置一個傳感器接受震蕩信號。震蕩波通過牙、顳頜關節及肌通道傳導到頦部，上下頜間的作用力越大，位于頦部的傳感器接收到的震蕩波振幅就越大，由此建立一個振幅與咬合力的換算關系，并且利用這一關系計算出咬合力。傳感器測量法是利用傳感器將咬合力轉換為電信號，經模擬調理電路、數模轉換電路和微機系統后，在顯示器件中以數字量或圖片的形式表示與咬合力有關的信息。隨著電子技術和集成電路技術的不斷發展，傳感器測量測量法的測量更加準確，功能更加強大。然而，當此類測量用于測量一些小動物的咬合力時，其測量精度、穩定性、靈敏度尚不能滿足測量需求，因此有必要針對此類傳感器的結構做進一步的研究和改進。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的之一在于針對上述不足，提供一種用于測量咬合力的傳感器，以期望解決現有技術中傳感器測量小動物咬合力的測量精度、穩定性及靈敏度不夠等技術問題。
[0004]為解決上述的技術問題，本實用新型采用以下技術方案:
[0005]本實用新型所提供的一種用于測量咬合力的傳感器，包括彈性體結構的固定區域、貼片區域與咬合區域，所述貼片區域包括測量上顎咬合力的貼片區域與測量下顎咬合力的貼片區域，所述測量上顎咬合力的貼片區域與測量下顎咬合力的貼片區域上均貼有多個應變片，所述彈性體結構上還設有通孔，所述測量上顎咬合力的貼片區域與測量下顎咬合力的貼片區域分別置于所述通孔的邊緣；所述咬合區域中包括測量上顎咬合力的咬合區域與測量下顎咬合力的咬合區域，所述測量上顎咬合力的咬合區域與測量下顎咬合力的咬合區域之間常態下保持間隙，且兩者分別與測量上顎咬合力的貼片區域與測量下顎咬合力的貼片區域相聯動，用于當測量上顎咬合力的咬合區域與測量下顎咬合力的咬合區域運動時，帶動測量上顎咬合力的貼片區域與測量下顎咬合力的貼片區域同步運動；所述貼片區域上還設有接線柱；所述多個應變片至少分為兩組，每組組成惠斯通電橋，用于分別測量來自于上方與下方的力。
[0006]作為優選，進一步的技術方案是:所述多個應變片至少為8個，且平均分為兩組，其中由Rl、R2、R3、R4組成的第一惠斯通電橋分別位于測量上顎咬合力的貼片區域外表面與內表面，且兩兩相互對稱；由R5、R6、R7、R8組成的第二惠斯通電橋分別位于測量下顎咬合力的貼片區域外表面與內表面，且兩兩相互對稱。
[0007]更進一步的技術方案是:所述測量上顎咬合力的貼片區域與測量下顎咬合力的貼片區域在彈性體結構上呈相互對稱的結構。
[0008]更進一步的技術方案是:所述測量上顎咬合力的咬合區域與測量下顎咬合力的咬合區域在彈性體結構上呈相互對稱的結構。
[0009]更進一步的技術方案是:所述接線柱為兩個，且分別位于測量上顎咬合力的貼片區域與測量下顎咬合力的貼片區域上表面的兩個應變片之間，且固定區域上還設有兩條分別與兩個接線柱的位置相對應的線槽。
[0010]更進一步的技術方案是:所述通孔為圓形或近視于圓的形狀。
[0011]更進一步的技術方案是:所述的多個應變片組成的惠斯通電橋的其中一端均分別通過接線柱接入直流恒壓電源，另一端接入傳感信號接收裝置。
[0012]更進一步的技術方案是:所述傳感信號接收裝置中包括放大電路、數據采集電路與PC終端，用于由各個惠斯通電橋將受力產生的電壓值傳輸置放大電路，由放大電路將電壓值進行放大后經數據采集電路傳輸至PC終端，從而在PC終端得到咬合力傳感器當前的力測試值。
[0013]與現有技術相比，本實用新型的有益效果之一是:通過在傳感器的彈性體結構上設置通孔，并將兩組應變片設置在通孔的兩側組成惠斯通電橋，有效提高了傳感器的測量精度及靈敏度，且兩個惠斯通電橋同時通過接線柱接入傳感信號接收裝置，使得傳感器使用中的測量性能較為穩定，進而將兩個惠斯通電橋實測上下咬合力的平均值作為測量的實際咬合力值，同時本實用新型所提供的一種用于測量咬合力的傳感器結構簡單，易于加工制造，且沒有運動部件，靈敏度高，響應快，動態性能好，固有頻率高，有著廣泛的應用前景，易于推廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為用于說明本實用新型一個實施例的結構示意圖；
[0015]圖2為圖1的俯視結構示意圖；
[0016]圖3為用于說明本實用新型另一個實施例中由應變片組成的惠斯通電橋的結構示意圖。
[0017]圖4為用于說明本實用新型再一個實施例中咬合力傳感器的應用結構框圖。【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本實用新型作進一步闡述。
[0019]參考圖1所示，本實用新型的一個實施例是一種用于測量咬合力的傳感器，包括彈性體結構的固定區域1、貼片區域與咬合區域，所述貼片區域包括測量上顎咬合力的貼片區域2與測量下顎咬合力的貼片區域3，所述測量上顎咬合力的貼片區域2與測量下顎咬合力的貼片區域3上均貼有多個應變片，所述彈性體結構上還設有通孔8，所述測量上顎咬合力的貼片區域2與測量下顎咬合力的貼片區域3分別置于所述通孔8的邊緣；所述咬合區域中包括測量上顎咬合力的咬合區域4與測量下顎咬合力的咬合區域5，所述測量上顎咬合力的咬合區域4與測量下顎咬合力的咬合區域5之間在常態下保持間隙，且兩者分別與測量上顎咬合力的貼片區域2、測量下顎咬合力的貼片區域3相聯動，用于當測量上顎咬合力的咬合區域4與測量下顎咬合力的咬合區域5運動時，帶動測量上顎咬合力的貼片區域2與測量下顎咬合力的貼片區域3同步運動，進而使用多個應變片產生相應的電阻；所述貼片區域上還設有接線柱7 ;而前述的多個應變片至少分為兩組，每組組成惠斯通電橋，如前述所提到的用于分別測量來自于上方與下方的力。
[0020]正如圖1所示出的，本實用新型所提出的傳感器是基于電阻應變式原理研制而成，在本實施例中，發明人最大的改進之一在于在彈性體結構上設置通孔8，根據材料力學中的應力集中的相關原理，降低力傳感器之間的耦合性，有效提高力傳感器的測量精度，在實際應用中，可將前述的通孔8設置為圖1所示的圓形或近視于圓的形狀。同時，傳感器的彈性體結構可采用合金結構鋼加工制成。
[0021]參考圖1、圖2及圖3所示，在本實用新型用于解決技術問題更加優選的一個實施例中，為進一步提升多組應變片對力傳感的靈敏度，上述的多個應變片可設置為至少8個，且平均分為兩組，如圖所示的其中由Rl、R2、R3、R4組成的第一惠斯通電橋分別位于測量上顎咬合力的貼片區域2外表面與內表面，且兩兩相互對稱；由R5、R6、R7、R8組成的第二惠斯通電橋分別位于測量下顎咬合力的貼片區域3外表面與內表面，且兩兩相互對稱。
[0022]再參考圖1所示，為便于傳感器測量咬合力的上下受力基本趨于一致，避免因上下結構不同而造成力傳遞的損失，在本實用新型的另一實施例中，將上述測量上顎咬合力的貼片區域2與測量下顎咬合力的貼片區域3設置為在彈性體結構上呈相互對稱的結構。進一步的，為配合前述的對稱結構，保證力傳遞按照指定的方向進行，還可將測量上顎咬合力的咬合區域4與測量下顎咬合力的咬合區域5也設置為在彈性體結構上呈相互對稱的結構。
[0023]參考圖2所示，為便于將多個應變片組成的惠斯通電橋接入直流恒壓電源，在本實用新型的另一實施例中，將上述的接線柱7設置為兩個，且分別位于測量上顎咬合力的貼片區域2與測量下顎咬合力的貼片區域3上表面的兩個應變片之間；同時為方便走線，還可在固定區域I上增設兩條分別與兩個接線柱7的位置相對應的線槽6。
[0024]進一步的，上述多個應變片組成的惠斯通電橋的其中一端均分別通過接線柱7接入直流恒壓電源，另一端接入傳感信號接收裝置。
[0025]參考圖4所示，在本實用新型的另一實施例中，發明人參考現有技術，認為上述傳感信號接收裝置的優選結構為:其中包括傳感信號接收裝置中包括放大電路、數據采集電路與PC終端，用于由各個惠斯通電橋將受力產生的電壓值傳輸置放大電路，由放大電路將電壓值進行放大后經數據采集電路傳輸至PC終端，從而在PC終端通過軟件得到三維力傳感器當前的力測試值。
[0026]由于其主要用于測量壁虎等小動物的咬合力，因此傳感器的量程一般可設置為0-100N,在實際使用中，當上顎咬合力Fl作用時，Rl和R2受到拉應力的作用，R3和R4受到壓應力的作用，組成如圖3所示的惠斯通全橋電路；當下顎咬合力F2作用時，R5和R6受到壓應力的作用，R7和R8受到拉應力的作用，組成如圖3所示的惠斯通全橋電路；當Fl (或者F2)為滿量程IOON的時候，假設輸入電壓為5V，則輸出電壓的范圍為:7.39mV —11.84mV。計算出橋路輸出電壓，最后根據標定出來的輸出電壓與加載的力值關系，得到加載的力值大小。經發明人進行試驗時的計算，該實用新型的咬合力傳感器的固有頻率為2239，經過標定，輸出靈敏度為1.3905 mV/V，分辨率為0.1N。
[0027]本實用新型使用方式是將傳感器固定起來，連接成圖4所示的電路，然后讓動物的上、下顎分別咬合傳感器的測量上顎咬合力的咬合區域4和測量下顎咬合力的咬合區域5，這樣就能得到上顎咬合力F1、下顎咬合力F2、以及上顎咬合力Fl和下顎咬合力F2的平均值，該平均值則可作為該動物的咬合力。
[0028]然而除上述以外，還需要說明的是在本說明書中所談到的“一個實施例”、“另一個實施例”、“實施例”、等，指的是結合該實施例描述的具體特征、結構或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結合任一實施例描述一個具體特征、結構或者特點時，所要主張的是結合其他實施例來實現這種特征、結構或者特點也落在本實用新型的范圍內。
[0029]盡管這里參照本實用新型的多個解釋性實施例對本實用新型進行了描述，但是，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內。更具體地說，在本申請公開、附圖和權利要求的范圍內，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對于本領域技術人員來說，其他的用途也將是明顯的。
【權利要求】
1.一種用于測量咬合力的傳感器，包括彈性體結構的固定區域(I)、貼片區域與咬合區域，其特征在于:所述貼片區域包括測量上顎咬合力的貼片區域(2)與測量下顎咬合力的貼片區域(3)，所述測量上顎咬合力的貼片區域(2)與測量下顎咬合力的貼片區域(3)上均貼有多個應變片，所述彈性體結構上還設有通孔(8)，所述測量上顎咬合力的貼片區域(2)與測量下顎咬合力的貼片區域(3)分別置于所述通孔(8)的邊緣；所述咬合區域中包括測量上顎咬合力的咬合區域(4)與測量下顎咬合力的咬合區域(5)，所述測量上顎咬合力的咬合區域(4)與測量下顎咬合力的咬合區域(5)之間常態下保持間隙，且兩者分別與測量上顎咬合力的貼片區域(2)、測量下顎咬合力的貼片區域(3)相聯動，用于當測量上顎咬合力的咬合區域(4)與測量下顎咬合力的咬合區域(5)運動時，帶動測量上顎咬合力的貼片區域(2)與測量下顎咬合力的貼片區域(3)同步運動；所述貼片區域上還設有接線柱(7);所述多個應變片至少分為兩組，每組組成惠斯通電橋，用于分別測量來自于上方與下方的力。
2.根據權利要求1所述的用于測量咬合力的傳感器，其特征在于:所述多個應變片至少為8個，且平均分為兩組，其中由Rl、R2、R3、R4組成的第一惠斯通電橋分別位于測量上顎咬合力的貼片區域(2)外表面與內表面，且兩兩相互對稱；由R5、R6、R7、R8組成的第二惠斯通電橋分別位于測量下顎咬合力的貼片區域(3)外表面與內表面，且兩兩相互對稱。
3.根據權利要求1或2所述的用于測量咬合力的傳感器，其特征在于:所述測量上顎咬合力的貼片區域(2)與測量下顎咬合力的貼片區域(3)在彈性體結構上呈相互對稱的結構。
4.根據權利要求3所述的用于測量咬合力的傳感器，其特征在于:所述測量上顎咬合力的咬合區域(4)與測量下顎咬合力的咬合區域(5)在彈性體結構上呈相互對稱的結構。
5.根據權利要求1所述的用于測量咬合力的傳感器，其特征在于:所述接線柱(7)為兩個，且分別位于測量上顎咬合力的貼片區域(2)與測量下顎咬合力的貼片區域(3)上表面的兩個應變片之間，且固定區域(I)上還設有兩條分別與兩個接線柱(7)的位置相對應的線槽(6)。
6.根據權利要求1或2所述的用于測量咬合力的傳感器，其特征在于:所述通孔(8)為圓形。
7.根據權利要求1或2所述的用于測量咬合力的傳感器，其特征在于:所述的多個應變片組成的惠斯通電橋的其中一端均分別通過接線柱(7)接入恒壓直流電源，另一端接入傳感信號接收裝置。
8.根據權利要求4所述的用于測量咬合力的傳感器，其特征在于:所述傳感信號接收裝置中包括放大電路、數據采集電路與PC終端，用于由各個惠斯通電橋將受力產生的電壓值傳輸置放大電路，由放大電路將電壓值進行放大后經數據采集電路傳輸至PC終端，從而在PC終端得到咬合力傳感器當前的力測試值。
【文檔編號】A61C19/04GK203609433SQ201320623200
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年10月10日 優先權日:2013年10月10日
【發明者】戴振東, 姚舉祿, 吉愛紅, 相立峰 申請人:南京神源生智能科技有限公司