[发明专利]一种微小生物软组织力学性能测试系统及工作方法

权利要求书

1.一种微小生物软组织力学性能测试系统，其特征是：包括底座、摄像装置、温控装置、驱动装置、力测量装置、夹持装置、保湿装置及测控装置；其中，底座上放置温控装置，温控装置的一端与力测量装置连接，另一端与驱动装置连接，所述夹持装置安设于温控装置内部，保湿装置设置于夹持装置上部；所述温控装置、驱动装置和力测量装置与测控装置连接；所述温控装置上端设置摄像装置；

所述温控装置包括温控机、换热管、真空泵、温度传感器和温控盒，温控机通过控制线缆与测控装置连接，温控机通过阀和管路与温度传感器连接，真空泵通过管路与换热管连接，换热管放置于温控机的液体中；所述温控机、换热管、真空泵和温度传感器放置于温控盒内。

2.如权利要求1所述的一种微小生物软组织力学性能测试系统，其特征是：所述温控盒包括上温控盒和下温控盒，均由两层透明塑料粘合而成，上、下温控盒通过卡扣连接。

3.如权利要求1所述的一种微小生物软组织力学性能测试系统，其特征是：所述驱动装置包括高频振动器、位移传感器和振动控制器；高频振动器通过振动控制器输入高频电场，产生高频磁场，从而产生振动器的高频振动；位移传感器连接到高频振动器上进行振动位移测量；振动控制器与测控装置连接，进行速度控制和位移测量。

4.如权利要求1所述的一种微小生物软组织力学性能测试系统，其特征是：所述力测量装置包括力传感器、连接螺栓和三轴平台；力传感器固定在三轴平台上，三轴平台固定在底座上，带动力传感器三个方向的移动，以调整力传感器和高频振动器的同轴度，连接螺栓与力传感器连接，并通过线缆与测控系统连接，实现力的测量。

5.如权利要求1所述的一种微小生物软组织力学性能测试系统，其特征是：所述夹持装置包括夹头螺母、夹头体和注胶孔，夹头螺母与夹头体连接，夹头体含有三叉形夹头，夹头部分为圆弧形，圆弧部分为光滑或微细齿形，并涂有一层硅胶材料；注胶孔开设在夹头螺母上，可以注入高性能胶实现样品的端面固定夹持。

6.如权利要求1所述的一种微小生物软组织力学性能测试系统，其特征是：所述保湿装置包括线性电机和注射器；线性电机与测控装置连接，注射器和线性电机连接，注射器安装在温控盒内，线性电机固定在底座上，测控装置通过线性电机控制注射器的运动，实现保湿液体滴注到生物软组织上。

7.如权利要求1所述的一种微小生物软组织力学性能测试系统，其特征是：所述测控装置包括工控机、数据采集单元和运动控制卡，数据采集单元用来采集力、位移、温度信号，运动控制卡用来控制高频振动器的控制器、线性电机和触发摄像装置，工控机连接数据采集单元和运动控制卡。

8.一种基于如权利要求1-7中任一项所述的系统的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)进行系统初始化调整，使冷却盒中的温度达到设定的初始温度；

(2)样品两侧固定在夹头上，注入高性能胶，实现样品可靠夹持，关闭温控盒；

(3)设定应力值，控制高频振动器进行扫频振动，存储实验过程中的所有数据，结束后通过注射器注射保湿液；

(4)设定应力值，对样品进行蠕变实验，达到实验时间后存储实验过程中的所有数据，结束后通过注射器注射保湿液；

(5)设定应变值，对样品进行应力松弛实验，达到实验时间后存储实验过程中的所有数据，结束后通过注射器注射保湿液；

(6)调整出气节流阀和进气节流阀，使温控盒中的温度提高到设定的温度梯度值，重复步骤(3)到步骤(6)，直到温度最大值达到设定温度值；

(7)改变应力值，重复上述步骤(3)到步骤(7)，直到应力值达到实验设定最大值；

(8)根据实验数据获得材料不同温度和频率下的应力应变曲线、蠕变曲线和应力松弛曲线。

9.如权利要求8所述的工作方法，其特征是：所述步骤(3)中，高频振动器从0Hz到14kHz进行扫频振动。

10.如权利要求8所述的工作方法，其特征是：所述步骤(8)中，具体方法为：采用时温叠加原理对应力应变数据进行处理，获得样品的主性能曲线；由于时温叠加原理用于线性粘弹性材料，本发明对其进行扩展，将时温叠加原理中的变换系数用于蠕变曲线和松弛曲线，从而获得蠕变和松弛的主性能曲线，以获得非线性粘弹性材料的力学特性；通过摄像机图像处理获得材料各向异性的定性和定量分析。