[发明专利]微型骨骼二维力传感器、骨骼二维力传感装置

权利要求书

1.一种微型骨骼二维力传感器，其特征在于，所述二维力传感器包括：力学敏感元件、硬中心、应变片、测量电路；

所述力学敏感元件用以完成对骨骼二维力的测量，即实现对轴向拉压力和径向剪切力的测量；

所述硬中心位于力学敏感元件的中心处，用来承受和传递外力；

所述应变片贴在力学敏感元件的上表面；

所述测量电路完成对信号的转换和放大，测量电路固定在力学敏感元件下表面的内腔内。

2.根据权利要求1所述的微型骨骼二维力传感器，其特征在于：

所述力学敏感元件采用E型圆膜片式结构。

3.根据权利要求1所述的微型骨骼二维力传感器，其特征在于：

所述二维力传感器包括底盘，起到固定传感器作用。

4.根据权利要求1所述的微型骨骼二维力传感器，其特征在于：

所述二维力传感器包括两组应变片，一组分布在力学敏感元件的圆周上，另一组贴在力学敏感元件的45°方向上。

5.根据权利要求4所述的微型骨骼二维力传感器，其特征在于：

所述二维力传感器包括8个应变片R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈；

根据力学敏感元件在轴向拉压力作用的轴对称特性和径向剪切力作用下的反轴对称变特性，将应变片R₅、R₆、R₇、R₈均匀地分布在力学敏感元件的圆周上，R₁、R₂、R₃、R₄贴在力学敏感元件的45°方向上；

其中，R₁、R₂、R₃、R₄用来实现对轴向拉压力的测量，R₅、R₆、R₇、R₈用来实现对径向剪切力的测量；4个应变片组成等臂全桥测量电路，这种组桥方式可以实现对二维力的静态解耦。

6.根据权利要求1所述的微型骨骼二维力传感器，其特征在于：

根据薄板理论，建立轴向拉压力和径向剪切力作用下骨骼二维力传感器的力学敏感元件的力学模型；根据力学模型求解出轴向拉压力和径向剪切力的径向应变的解析解，并由叠加原理求得合力作用下的应变解析解，从理论上证明力学敏感元件可用于对轴向拉压力和径向剪切力的测量。

7.一种骨骼二维力传感装置，其特征在于，所述力传感装置包括：微型骨骼二维力传感器、骨外固定器、加力杆；

所述力学敏感元件用以完成对骨骼二维力的测量，即实现对轴向拉压力和径向剪切力的测量；

所述硬中心位于力学敏感元件的中心处，用来承受和传递外力；

所述应变片贴在力学敏感元件的上表面；

所述测量电路完成对信号的转换和放大，测量电路固定在力学敏感元件下表面的内腔内；

骨骼二维力传感器串连在骨外固定器内，硬中心和加力杆通过螺纹相连接，通过对加力杆所施加在骨骼创伤断面上作用力的测量来完成对骨骼二维力轴向拉压力和径向剪切力的测量。

8.根据权利要求7所述的骨骼二维力传感装置，其特征在于：

所述力学敏感元件采用E型圆膜片式结构；

所述二维力传感器包括底盘，起到固定传感器作用。

9.根据权利要求7所述的骨骼二维力传感装置，其特征在于：

所述二维力传感器包括两组应变片，一组分布在力学敏感元件的圆周上，另一组贴在力学敏感元件的45°方向上。

10.根据权利要求9所述的骨骼二维力传感装置，其特征在于：

所述二维力传感器包括8个应变片R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈；

根据力学敏感元件在轴向拉压力作用的轴对称特性和径向剪切力作用下的反轴对称变特性，将应变片R₅、R₆、R₇、R₈均匀地分布在力学敏感元件的圆周上，R₁、R₂、R₃、R₄贴在力学敏感元件的45°方向上；

其中，R₁、R₂、R₃、R₄用来实现对轴向拉压力的测量，R₅、R₆、R₇、R₈用来实现对径向剪切力的测量；4个应变片组成等臂全桥测量电路，这种组桥方式可以实现对二维力的静态解耦。