吸管實(shí)驗(yàn)儀器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種吸管實(shí)驗(yàn)儀器，用于測量軟材料超彈性力學(xué)性質(zhì)，所述吸管實(shí)驗(yàn)儀器包括：測試探頭，所述測試探頭包括激光測距儀和真空探頭，所述激光測距儀和所述真空探頭通過螺釘結(jié)構(gòu)連接；以及測試機(jī)，所述測試機(jī)包括真空泵、電源和壓力傳感器，所述測試機(jī)分別與所述測試探頭和計(jì)算機(jī)連接。根據(jù)本實(shí)用新型的吸管實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軟材料，特別是生物軟組織(包括人體組織)、聚合凝膠和彈性體局部力學(xué)性質(zhì)的測量，而且本實(shí)用新型發(fā)展了一種更為精確的軟材料粘彈性和超彈性力學(xué)性質(zhì)表征儀器，不同于已有的儀器，其吸管形狀可以是任意的，這為實(shí)際設(shè)計(jì)帶來很大便利。
【專利說明】吸管實(shí)驗(yàn)儀器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及超彈性力學(xué)性質(zhì)測量領(lǐng)域，尤其涉及一種吸管實(shí)驗(yàn)儀器。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前有很多研究者致力于獲得在體或離體軟組織的力學(xué)性質(zhì)。例如：Miller等利 用單軸拉伸、壓縮實(shí)驗(yàn)，對(duì)豬大腦的超彈性、粘彈性力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征；Hrapko等利用旋 轉(zhuǎn)剪切法測量了豬腦組織的線性粘彈性性質(zhì)；Sakuma等借助手術(shù)膠水實(shí)用新型了新的拉 壓實(shí)驗(yàn)夾持方法，對(duì)豬肝臟進(jìn)行了拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)；Gao等對(duì)新鮮的豬肝進(jìn)行了純剪切實(shí) 驗(yàn)，并用Ogden本構(gòu)模型描述其超彈性力學(xué)行為
[0003] 上述實(shí)驗(yàn)手段有助于理解生物軟材料在宏觀上的力學(xué)行為，然而，在表征軟材料 或者生物軟組織力學(xué)性質(zhì)方面仍然存在很多不足。
[0004]生物軟組織的力學(xué)響應(yīng)與其生理功能、所處生理狀態(tài)以及相鄰器官件的相互作用 有關(guān)。離體表征可能改變組織原有的力學(xué)性質(zhì)，因此，在體表征所得的結(jié)果將更具應(yīng)用價(jià) 值；傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段僅能夠表征材料整體的力學(xué)性質(zhì)，而無法實(shí)現(xiàn)對(duì)分子、細(xì)胞、組織和器官 等不同尺度下的生物軟組織材料進(jìn)行局部力學(xué)性質(zhì)表征；生物軟組織在宏觀上常表現(xiàn)出各 項(xiàng)異性和非均勻性，在一定尺度下，則表現(xiàn)出局部各向同性和均勻性。
[0005] 因此，如何提供一種軟材料超彈性力學(xué)性質(zhì)的測量儀器，能夠?qū)崿F(xiàn)原位、多尺度和 局部表征生物軟組織材料的力學(xué)性質(zhì)，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。
[0006]吸管實(shí)驗(yàn)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軟材料的局部力學(xué)性質(zhì)測量。1997年，Aokietal提出 了一個(gè)用吸管抽吸評(píng)估軟組織局部彈性模量的方法，過去的十幾年間，吸管實(shí)驗(yàn)技術(shù)無論 從方法發(fā)展還是實(shí)驗(yàn)技術(shù)上都得到了廣泛關(guān)注；2014年清華大學(xué)的曹艷平等提出了對(duì)吸 管實(shí)驗(yàn)軟材料超彈性和粘彈性力學(xué)性質(zhì)一種更為精確的表征方法。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0007] 在實(shí)用新型內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實(shí)施方式】部分 中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)用新型的實(shí)用新型內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù) 的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保 護(hù)范圍。
[0008] 為了解決上述問題，本實(shí)用新型公開了一種吸管實(shí)驗(yàn)儀器，用于測量軟材料超彈 性力學(xué)性質(zhì)，其特征在于，所述吸管實(shí)驗(yàn)儀器包括：
[0009]測試探頭，所述測試探頭包括激光測距儀和真空探頭，所述激光測距儀和所述真 空探頭通過螺釘結(jié)構(gòu)連接，所述真空探頭連接有吸管測試孔；以及
[0010] 測試機(jī)，所述測試機(jī)包括真空泵和壓力傳感器，所述真空泵與所述真空探頭通過 連接管連接，所述壓力傳感器設(shè)置在所述連接管上。
[0011] 可選地，所述真空探頭的頂部為玻璃板，所述真空探頭的一側(cè)設(shè)置有用于與所述 真空泵連接的抽氣口，所述真空探頭的下方設(shè)置有用于連接不同口徑的所述吸管測試孔的 螺紋孔。
[0012] 可選地，所述壓力傳感器設(shè)置在所述抽氣口與所述真空泵之間。
[0013] 可選地，所述吸管實(shí)驗(yàn)儀器還包括計(jì)算機(jī)，所述壓力傳感器與所述計(jì)算機(jī)連接。
[0014] 可選地，所述激光測距儀與所述計(jì)算機(jī)連接。
[0015] 可選地，所述測試機(jī)還包括電源，所述電源分別與所述真空泵和激光測距儀連接。
[0016] 根據(jù)本實(shí)用新型的吸管實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軟材料，特別是生物軟組織（包括人 體組織）、聚合凝膠和彈性體局部力學(xué)性質(zhì)的測量，而且本實(shí)用新型發(fā)展了一種更為精確的 軟材料粘彈性和超彈性力學(xué)性質(zhì)表征儀器，不同于已有的儀器，其吸管形狀可以是任意的， 這為實(shí)際設(shè)計(jì)帶來很大便利。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 本實(shí)用新型實(shí)施方式的下列附圖在此作為本實(shí)用新型的一部分用于理解本實(shí)用 新型。附圖中示出了本實(shí)用新型的實(shí)施方式及其描述，用來解釋本實(shí)用新型的原理。在附 圖中，
[0018] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種具有盲波的集裝箱頂板；以及
[0019] 圖2為圖1中的M處的放大視圖。
[0020] 附圖標(biāo)記說明：
[0021] 1、計(jì)算機(jī) 2、激光測距儀3、真空探頭
[0022] 31、吸管測試孔32、抽氣口 33、玻璃板
[0023] 4、壓力傳感器 5、真空泵 6、電源

【具體實(shí)施方式】
[0024] 在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本實(shí)用新型更為徹底的理 解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本實(shí)用新型實(shí)施方式可以無需一個(gè)或多 個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本實(shí)用新型實(shí)施方式發(fā)生混淆，對(duì)于 本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0025] 為了徹底了解本實(shí)用新型實(shí)施方式，將在下列的描述中提出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。顯然，本 實(shí)用新型實(shí)施方式的施行并不限定于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本實(shí)用新型的 較佳實(shí)施方式詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本實(shí)用新型還可以具有其他實(shí)施 方式。
[0026] 如圖1所示，本實(shí)用新型公開了一種吸管實(shí)驗(yàn)儀器，用于測量軟材料超彈性力學(xué) 性質(zhì)，吸管實(shí)驗(yàn)儀器包括：測試探頭和測試機(jī)，測試機(jī)與測試探頭連接。具體地，測試探頭包 括激光測距儀2和真空探頭3,激光測距儀2和真空探頭3通過螺釘結(jié)構(gòu)連接，真空探頭3 連接有吸管測試孔31 ;測試機(jī)包括真空泵5和壓力傳感器4,真空泵5與真空探頭3連接， 具體地，真空泵5與真空探頭3的抽氣口 32連接，從而真空泵5產(chǎn)生的負(fù)壓將真空探頭3 的吸管測試孔31處的材料吸起，真空泵5以及激光測距儀2分別與電源6連接。
[0027] 根據(jù)本實(shí)用新型的吸管實(shí)驗(yàn)儀器，通過在真空探頭內(nèi)施加負(fù)壓，使軟材料產(chǎn)生形 變，通過測量吸管測試孔處的負(fù)壓與被測材料的吸起高度反演出測試材料的初始剪切模量 和超彈性力學(xué)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軟材料，特別是生物軟組織（包括人體組織）、聚合凝膠和彈 性體局部力學(xué)性質(zhì)的測量，從而能夠通過在吸管實(shí)驗(yàn)中引入無量綱函數(shù)來建立吸管實(shí)驗(yàn)中 各物理量之間的關(guān)系，然后確定該無量綱函數(shù)的顯式表達(dá)，最后根據(jù)該無量綱函數(shù)的顯式 表達(dá)反演得到軟材料的初始剪切模量和超彈性力學(xué)參數(shù)。而且本實(shí)用新型發(fā)展了一種更為 精確的軟材料粘彈性和超彈性力學(xué)性質(zhì)表征儀器，不同于已有的儀器，其吸管測試孔形狀 可以是任意的，這為實(shí)際設(shè)計(jì)帶來很大便利。
[0028] 通過測量吸管測試孔處的負(fù)壓與被測材料的吸起高度反演出測試材料的初始剪 切模量和超彈性力學(xué)參數(shù)的方法可以包括步驟1 :在吸管實(shí)驗(yàn)中引入無量綱函數(shù)建立吸管 實(shí)驗(yàn)中物理量之間的關(guān)系；步驟2 :確定所述無量綱函數(shù)的顯示表達(dá)；步驟3 :根據(jù)所述無 量綱函數(shù)的顯示表達(dá)反演得到軟材料的初始剪切模量和超彈性力學(xué)參數(shù)。
[0029] 具體地，所述步驟1包括：將n定理應(yīng)用于neo-Hookean、Mooney-Rivlin、Fung 以及Arruda-Boyce四種超彈性本構(gòu)模型描述的超彈性材料的吸管實(shí)驗(yàn)，得到吸管實(shí)驗(yàn)中 物理量之間的關(guān)系：

【權(quán)利要求】
1. 一種吸管實(shí)驗(yàn)儀器，用于測量軟材料超彈性力學(xué)性質(zhì)，其特征在于，所述吸管實(shí)驗(yàn)儀 器包括： 測試探頭，所述測試探頭包括激光測距儀和真空探頭，所述激光測距儀和所述真空探 頭通過螺釘結(jié)構(gòu)連接，所述真空探頭連接有吸管測試孔；以及 測試機(jī)，所述測試機(jī)包括真空泵和壓力傳感器，所述真空泵與所述真空探頭通過連接 管連接，所述壓力傳感器設(shè)置在所述連接管上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸管實(shí)驗(yàn)儀器，其特征在于，所述真空探頭的頂部為玻璃板， 所述真空探頭的一側(cè)設(shè)置有用于與所述真空泵連接的抽氣口，所述真空探頭的下方設(shè)置有 用于連接不同口徑的所述吸管測試孔的螺紋孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸管實(shí)驗(yàn)儀器，其特征在于，所述壓力傳感器設(shè)置在所述抽 氣口與所述真空泵之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的吸管實(shí)驗(yàn)儀器，其特征在于，所述吸管實(shí)驗(yàn)儀器還包括計(jì)算 機(jī)，所述壓力傳感器與所述計(jì)算機(jī)連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的吸管實(shí)驗(yàn)儀器，其特征在于，所述激光測距儀與所述計(jì)算機(jī) 連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸管實(shí)驗(yàn)儀器，其特征在于，所述測試機(jī)還包括電源，所述電 源分別與所述真空泵和激光測距儀連接。
【文檔編號(hào)】G01N3/10GK204241317SQ201420628295
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】曹艷平, 程彬, 賈琳, 李國洋 申請(qǐng)人:曹艷平, 程彬