本發(fā)明涉及生物力學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種用于對(duì)單根肌肉纖維應(yīng)激力學(xué)行為進(jìn)行測(cè)量的設(shè)備及測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展，對(duì)于生物組織、結(jié)構(gòu)、細(xì)胞等的研究越來(lái)越深入，研究的對(duì)象越來(lái)越小，其作用力也隨之減小。當(dāng)肌肉纖維處于不同的介質(zhì)環(huán)境中或受外部電信號(hào)刺激時(shí)，將產(chǎn)生不同形式的變形。這對(duì)研究肌肉修復(fù)和運(yùn)動(dòng)控制等問(wèn)題極為關(guān)鍵，是目前生物力學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)都極為關(guān)注的領(lǐng)域。

由于單根肌肉纖維的直徑只有一百微米左右，力和變形都很小，在實(shí)驗(yàn)時(shí)需要同時(shí)測(cè)量肌肉纖維主動(dòng)收縮的力和變形，目前尚無(wú)合適的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要提供一種對(duì)單根肌肉纖維應(yīng)激力學(xué)行為進(jìn)行測(cè)量的設(shè)備及測(cè)試方法。

特別地，本發(fā)明提供一種測(cè)量單根肌肉纖維應(yīng)激力學(xué)行為的設(shè)備，包括：

儀器主機(jī)，包括相對(duì)設(shè)置的固定夾持座和活動(dòng)夾持座，所述固定夾持座包括用于夾持肌肉纖維試樣一端的定探針，所述活動(dòng)夾持座包括實(shí)現(xiàn)水平任意一點(diǎn)位置調(diào)節(jié)的電動(dòng)位移平臺(tái)，和夾持肌肉纖維試樣另一端的動(dòng)探針，所述動(dòng)探針通過(guò)被動(dòng)位移部件與所述電動(dòng)位移平臺(tái)連接，所述被動(dòng)位移部件用于反應(yīng)所述肌肉纖維試樣的位移，在所述電動(dòng)位移平臺(tái)上安裝有測(cè)量所述被動(dòng)位移部件位移變化的位移傳感器；

光學(xué)顯微鏡，用于觀察所述肌肉纖維試樣在試驗(yàn)過(guò)程中的變形；

測(cè)控單元，包括與所述儀器主機(jī)連接的計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)用于發(fā)送控制指令，同時(shí)采集實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各設(shè)備的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述被動(dòng)位移部件包括變形架，所述變形架為矩形框架，所述矩形框架與所述動(dòng)探針位于同一水平面上，且所述動(dòng)探針與所述矩形框架的一個(gè)長(zhǎng)側(cè)邊的中點(diǎn)垂直連接，所述矩形框架的另一個(gè)長(zhǎng)側(cè)邊的中點(diǎn)與所述電動(dòng)位移平臺(tái)固定。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述被動(dòng)位移部件包括變形架，所述變形架為環(huán)形框架，所述環(huán)形框架與所述動(dòng)探針位于同一水平面上，所述環(huán)形框架通過(guò)相對(duì)的兩邊分別與所述動(dòng)探針和所述電動(dòng)位移平臺(tái)固定連接。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在所述動(dòng)探針與所述變形架的連接點(diǎn)處垂直固定有位移反映桿，所述位移反映桿的頂端與所述位移傳感器的測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述位移傳感器為激光位移傳感器，在所述位移反映桿的頂端固定有遮擋激光的擋光板。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在所述位移傳感器與所述電動(dòng)位移平臺(tái)之間固定有手動(dòng)調(diào)節(jié)所述位移傳感器與擋光板相對(duì)水平位置的手動(dòng)調(diào)節(jié)座。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在所述電動(dòng)位移平臺(tái)上固定有安裝桿，在所述安裝桿的一端固定有垂直于地面的連接板，所述變形架通過(guò)支桿與所述連接板固定。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述儀器主機(jī)還包括分別調(diào)節(jié)所述動(dòng)探針和/或所述定探針高度的垂直調(diào)節(jié)座。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供一種設(shè)備的測(cè)試方法，包括如下步驟：

步驟100，準(zhǔn)備用于實(shí)驗(yàn)的設(shè)備；

步驟200，將待測(cè)試肌肉纖維試樣的兩端分別固定在定探針和動(dòng)探針上，并通過(guò)電動(dòng)位移平臺(tái)使肌肉纖維試樣處于無(wú)載荷的伸直狀態(tài)；

步驟300，對(duì)處于調(diào)整狀態(tài)的肌肉纖維試樣按指定要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

步驟400，根據(jù)肌肉纖維試樣的幾何參數(shù)，實(shí)驗(yàn)條件，和位移傳感器測(cè)量的被動(dòng)位移部件的位移數(shù)據(jù)，以及電動(dòng)位移平臺(tái)設(shè)定的加載參數(shù)，即可得到不同條件下肌肉纖維試樣的力學(xué)行為特點(diǎn)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述步驟100中的準(zhǔn)備工作包括：獲取動(dòng)探針的電壓-力特征曲線與安裝調(diào)試儀器；

所述步驟300中的指定要求包括：將同樣長(zhǎng)度或不同長(zhǎng)度或不同直徑的同樣肌肉纖維試樣浸泡在不同的溶液中，觀察肌肉纖維試樣的伸縮變化并記錄數(shù)據(jù)；和

利用電動(dòng)位移平臺(tái)將同樣長(zhǎng)度或不同長(zhǎng)度或不同直徑的同樣肌肉纖維試樣浸泡在不同的溶液中，然后施加指定的位移加載觀察變化并記錄數(shù)據(jù)。

本發(fā)明采用的被動(dòng)位移部件可以精確反應(yīng)動(dòng)探針的微小位移變化，通過(guò)非接觸式位移傳感器測(cè)量被動(dòng)位移部件的位移，準(zhǔn)確可靠，抗干擾能力強(qiáng)，可測(cè)得微米級(jí)的位移。在適當(dāng)?shù)膹椥越Y(jié)構(gòu)剛度下，位移經(jīng)換算為載荷，可適用于微牛力的測(cè)量，這是常規(guī)應(yīng)變片方法很難實(shí)現(xiàn)的。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的肌肉纖維試樣的測(cè)量流程示意圖；

圖2是圖1中儀器主機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的集成微小力和變形測(cè)量功能的傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的測(cè)試方法步驟示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、2所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的測(cè)量單根肌肉纖維應(yīng)激力學(xué)行為的設(shè)備一般性地包括儀器主機(jī)、顯微鏡和測(cè)控單元。

該儀器主機(jī)包括相對(duì)設(shè)置的固定夾持座和活動(dòng)夾持座；固定夾持座包括用于夾持肌肉纖維試樣一端的定探針10；活動(dòng)夾持座包括實(shí)現(xiàn)水平任意一點(diǎn)位置調(diào)節(jié)的電動(dòng)位移平臺(tái)4，和夾持肌肉纖維試樣另一端的動(dòng)探針9，動(dòng)探針9通過(guò)被動(dòng)位移部件3與電動(dòng)位移平臺(tái)4連接，被動(dòng)位移部件3用于在不影響電動(dòng)位移平臺(tái)4的情況下反應(yīng)肌肉纖維試樣的位移，在電動(dòng)位移平臺(tái)4上安裝有測(cè)量被動(dòng)位移部件3位移變化的位移傳感器6。

該光學(xué)顯微鏡用于肌肉纖維試樣被夾持后，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察肌肉纖維試樣的變形狀態(tài)或過(guò)程。

該測(cè)控單元與儀器主機(jī)連接，用于向儀器主機(jī)發(fā)送控制指令同時(shí)采集各部件在試驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體的測(cè)控單元可以包括計(jì)算機(jī)或單片機(jī)，在計(jì)算機(jī)或單片機(jī)上可以安裝進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的數(shù)據(jù)采集卡，以及電動(dòng)位移平臺(tái)的控制器，數(shù)據(jù)采集卡采集的信號(hào)可以包括位移傳感器6的電壓信號(hào)?？刂破骺梢允悄軌蚩刂撇⒈O(jiān)控電動(dòng)位移平臺(tái)的控制程序。

本實(shí)施方式中，定探針10和動(dòng)探針9與地面平行且兩者位置相對(duì)，中間間隔一定的距離。當(dāng)肌肉纖維試樣的兩端分別被定探針10和動(dòng)探針9固定后，可以通過(guò)電動(dòng)位移平臺(tái)4調(diào)節(jié)肌肉纖維試樣的拉伸狀態(tài)。電動(dòng)位移平臺(tái)4可以包括一個(gè)固定座，和一個(gè)相對(duì)固定座能夠?qū)崿F(xiàn)水平移動(dòng)的調(diào)節(jié)座。被動(dòng)位移部件3為一個(gè)隨肌肉纖維試樣的收縮而被動(dòng)變形的結(jié)構(gòu)，被動(dòng)位移部件3可以通過(guò)位移完全反應(yīng)和消化動(dòng)探針9上力的變化，而不會(huì)影響電動(dòng)位移平臺(tái)4的位移變化，即被動(dòng)位移部件3可以在電動(dòng)位移平臺(tái)4不動(dòng)的情況下，隨動(dòng)探針9所受的力而同步位移，并在失去外力時(shí)回復(fù)原狀。具體的被動(dòng)位移部件3可以是一個(gè)彈性件。

位移傳感器6用于測(cè)量被動(dòng)位移部件3的位移量，即可間接獲得肌肉纖維試樣的拉力或收縮力。

在實(shí)驗(yàn)時(shí)，將肌肉纖維試樣的一端固定在定探針10上，另一端固定在動(dòng)探針9上，通過(guò)電動(dòng)位移平臺(tái)4使肌肉纖維試樣保持在拉直狀態(tài)下，然后再進(jìn)行各種試驗(yàn)，肌肉纖維試樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中力的變化即可通過(guò)被動(dòng)位移部件3反映出來(lái)，而被動(dòng)位移部件3的變化又被位移傳感器6測(cè)量到，并傳送至測(cè)控單元，測(cè)控單元同時(shí)還可監(jiān)控電動(dòng)位移平臺(tái)4的運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)對(duì)力和時(shí)間的變化關(guān)系分析，即可得到當(dāng)前肌肉纖維試樣的恢復(fù)力學(xué)行為。

為方便固定肌肉纖維試樣，定探針10和動(dòng)探針9固定肌肉纖維試樣的一端可以設(shè)置成鉤子狀。定探針10和動(dòng)探針9的材料可以采用鋼絲或鎢絲。

本發(fā)明采用位移傳感器間接測(cè)量載荷，屬于非接觸式測(cè)量，準(zhǔn)確可靠，抗干擾能力強(qiáng)，可測(cè)得微米級(jí)的位移。在適當(dāng)?shù)膹椥越Y(jié)構(gòu)剛度下，位移經(jīng)換算為載荷，可適用于微牛力的測(cè)量，這是常規(guī)應(yīng)變片方法很難實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明可以從三個(gè)方向調(diào)節(jié)動(dòng)探針與定探針的相對(duì)位置，有利于加載小試樣，精確定位。在儀器主機(jī)對(duì)肌肉纖維試樣進(jìn)行加載測(cè)試的同時(shí)，可以通過(guò)光學(xué)顯微鏡對(duì)肌肉纖維試樣進(jìn)行原位觀察，不但實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)肌肉纖維試樣的變化情況，還可以進(jìn)行原位測(cè)量。通過(guò)換裝不同幾何參數(shù)或材質(zhì)的動(dòng)探針或不同規(guī)格位移傳感器，可以調(diào)節(jié)量程和精度，滿足不同的實(shí)驗(yàn)需求，適用范圍更廣。

如圖3所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，被動(dòng)位移部件3可以包括一個(gè)用于反應(yīng)肌肉纖維試樣力變化的變形架，該變形架可以為矩形框架，矩形框架與動(dòng)探針9位于同一水平面上且與地面水平，動(dòng)探針9與矩形框架的一個(gè)長(zhǎng)側(cè)邊的中點(diǎn)垂直連接，矩形框架的另一個(gè)長(zhǎng)側(cè)邊的中點(diǎn)與電動(dòng)位移平臺(tái)4固定。

當(dāng)動(dòng)探針9受到肌肉纖維試樣的力時(shí)，該矩形框架即因受力而發(fā)生形變，從而使動(dòng)探針9產(chǎn)生位移，該位移即被位移傳感器測(cè)量到。矩形框架可以是一個(gè)長(zhǎng)方形的框架，其由具備一定線彈性區(qū)間的材料構(gòu)成，如鎢絲、鋼絲一類可隨受力形變，又在外力消除時(shí)能夠恢復(fù)原狀的材料。

由于兩對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)位移點(diǎn)與矩形框架的連接點(diǎn)處位于矩形框架的側(cè)邊中心，因此在變形時(shí)不會(huì)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)矩形框架的材料以及結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以計(jì)算出該矩形框架兩對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)點(diǎn)的理想等效剛度為：其中E為材料的楊氏模量，D為材料細(xì)絲直徑，a、b分別為矩形框的長(zhǎng)與寬。

具體的矩形框架的長(zhǎng)寬比和材料直徑，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)置，也可以根據(jù)待測(cè)試的肌肉纖維試樣和實(shí)驗(yàn)空間大小進(jìn)行選擇。通過(guò)改變幾何參數(shù)a、b、D，可以大幅度調(diào)節(jié)剛度，適用于不同特征的肌肉纖維試樣。通過(guò)等效剛度的理論計(jì)算式，初步估計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)的范圍。

在本實(shí)施方式中，矩形框架的長(zhǎng)寬比可以在8/1左右，如，采用直徑0.22mm的鎢絲，長(zhǎng)寬分別取8cm與1cm。

本實(shí)施方式中的被動(dòng)位移部件3采用對(duì)稱矩形框設(shè)計(jì)，使得在測(cè)量肌肉纖維試樣應(yīng)激力的時(shí)候，肌肉纖維試樣末端固定處不會(huì)因?yàn)橄鄬?duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生三維效應(yīng)，能有效準(zhǔn)確得測(cè)量其恢復(fù)力。動(dòng)探針9和矩形框架設(shè)計(jì)成一個(gè)平面，可方便整個(gè)框架與探針浸沒(méi)在實(shí)驗(yàn)溶液環(huán)境中。

在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，該被動(dòng)位移部件的變形架也可以是一個(gè)環(huán)形框架(圖中未示出)，如圓形或橢圓形，需要保證該環(huán)形的材料能夠使動(dòng)探針9保持在水平狀態(tài)，同時(shí)能夠在受到外力時(shí)可以形變，并在外力消除后可以恢復(fù)原狀的特性。其效果和測(cè)量方法與矩形框架結(jié)構(gòu)的相同，這里不再重復(fù)。

在發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，為方便獲取被動(dòng)位移部件3的位移量，可以在動(dòng)探針9與變形架的連接點(diǎn)處垂直固定位移反映桿8，位移反映桿8的頂端與位移傳感器6的測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)。位移反映桿8的位置位于矩形框架或環(huán)形框架的變形范圍外，可以隨動(dòng)探針9的移動(dòng)而同步移動(dòng)。采用位移反映桿8后，可以使測(cè)量動(dòng)探針9的測(cè)點(diǎn)移至其它位置，從而避免影響動(dòng)探針9的操作。位移反映桿8的高度可以根據(jù)位移傳感器6的安裝高度進(jìn)行調(diào)整。

進(jìn)一步地，在其它的實(shí)施方式中，具體的位移傳感器6可以是激光位移傳感器，同時(shí)為了有效測(cè)量位移，需將位移反映桿8的端頭設(shè)置成激光的擋光面，該擋光面可以是在位移反映桿8的頂端固定的擋光板81。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，可以在位移傳感器6與電動(dòng)位移平臺(tái)4之間固定手動(dòng)調(diào)節(jié)位移傳感器6水平位置的手動(dòng)調(diào)節(jié)座5。當(dāng)電動(dòng)位移平臺(tái)4調(diào)節(jié)好動(dòng)探針9與定探針10之間的距離后，需對(duì)位移傳感器激光光斑位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此可以通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)座5對(duì)位移傳感器6的光斑位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。手動(dòng)調(diào)節(jié)座5可以包括一個(gè)與電動(dòng)位移平臺(tái)4固定的底座，和一個(gè)安裝在底座上可以在水平面上實(shí)現(xiàn)一維位置調(diào)節(jié)的移動(dòng)座，位移傳感器6安裝在移動(dòng)座上。移動(dòng)座的移動(dòng)方式可以是軌道結(jié)構(gòu)，也可以是螺桿和螺紋孔配合的結(jié)構(gòu)。

為方便固定動(dòng)探針9，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，可以在電動(dòng)位移平臺(tái)4上固定安裝桿7，動(dòng)探針9和被動(dòng)位移部件3可以直接固定在安裝桿7上，也可以通過(guò)固定在安裝桿7一端且垂直于地面的連接板71固定。為避免影響被動(dòng)位移部件3的變形，變形架可以通過(guò)位于動(dòng)探針9同一直線上的支桿與連接板71固定。采用安裝桿7和連接板71的結(jié)構(gòu)可以方便定探針10和動(dòng)探針9相對(duì)獨(dú)立出固定夾持座和活動(dòng)夾持座，從而更容易使夾持了肌肉纖維試樣的定探針10和動(dòng)探針9處于特定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，如浸泡在溶液中。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，儀器主機(jī)可以包括一個(gè)用于固定左右兩夾持座的底座1，以方便移動(dòng)整個(gè)儀器主機(jī)。此外，還可以包括分別調(diào)節(jié)動(dòng)探針9和/或定探針10高度的垂直調(diào)節(jié)座21與22。垂直調(diào)節(jié)座22可以作為定探針10的安裝基座，在實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)定探針10高度的同時(shí)，起到固定定探針10的作用。位于活動(dòng)夾持座一側(cè)的垂直調(diào)節(jié)座21可以安裝在電動(dòng)位移平臺(tái)4和底座1之間，以便對(duì)活動(dòng)夾持座的整個(gè)高度進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體的垂直調(diào)節(jié)座21與22可以是一個(gè)可升降的手動(dòng)調(diào)節(jié)臺(tái)，通過(guò)螺紋孔擰在支撐板上的螺栓來(lái)調(diào)節(jié)支撐板的高度。

如圖4所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，提供一種測(cè)量單根肌肉纖維恢復(fù)力學(xué)行為的測(cè)試方法，該方法包括如下步驟：

步驟100，準(zhǔn)備用于實(shí)驗(yàn)的設(shè)備；

準(zhǔn)備工作包括：獲取動(dòng)探針的電壓-力特征曲線與安裝調(diào)試儀器。

獲取電壓-力特征曲線的方式如下：準(zhǔn)備一個(gè)微量電子天平，將設(shè)備用鐵架臺(tái)或光學(xué)架臺(tái)固定在適當(dāng)位置，并使動(dòng)探針的探頭處于微量電子天平正常工作的適當(dāng)位置。使用電動(dòng)位移平臺(tái)加載位移，記錄數(shù)據(jù)采集卡采集的激光位移傳感器的電壓信號(hào)和微量電子天平的載荷值；將采集的一系列的電壓、載荷值，按照力學(xué)模型處理和一定的換算即可得到動(dòng)探針的電壓-力特征曲線。

獲取電壓-力特征曲線后，安裝調(diào)試儀器，確保各設(shè)備正常工作。

步驟200，將待測(cè)試肌肉纖維試樣的兩端分別固定在定探針和動(dòng)探針上，并通過(guò)電動(dòng)位移平臺(tái)使肌肉纖維試樣處于無(wú)載荷的伸直狀態(tài)；

步驟300，對(duì)處于調(diào)整狀態(tài)的肌肉纖維試樣按指定要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

這里的指定要求包括：將同樣長(zhǎng)度或不同長(zhǎng)度或不同直徑的同樣肌肉纖維試樣浸泡在不同的溶液中，觀察肌肉纖維試樣的伸縮變化并記錄數(shù)據(jù)；和

利用電動(dòng)位移平臺(tái)對(duì)同樣長(zhǎng)度或不同長(zhǎng)度或不同直徑的同樣肌肉纖維試樣浸泡在不同的溶液中，然后施加指定的位移加載觀察變化并記錄數(shù)據(jù)。

如：先將肌肉纖維試樣裝載好后浸沒(méi)在的所需的溶液(濃度為X1)中。待其穩(wěn)定后，通過(guò)電動(dòng)位移平臺(tái)調(diào)節(jié)動(dòng)探針位置，使肌肉纖維試樣成剛好拉直狀態(tài)。記下初始電壓U₀，用顯微鏡測(cè)量肌肉纖維的初始長(zhǎng)度L₀和平均直徑d₀。

再設(shè)置適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)位移平臺(tái)的位移參數(shù)，對(duì)肌肉纖維試樣進(jìn)行拉伸，記錄激光位移傳感器電壓(U)-時(shí)間(t)信號(hào)，和電動(dòng)位移平臺(tái)位移(ΔX)-時(shí)間(t)參數(shù)。

然后更換濃度為X2的溶液，重復(fù)前面的步驟，測(cè)得相應(yīng)的數(shù)據(jù)。根據(jù)上述數(shù)據(jù)即可獲取肌肉纖維試樣在不同環(huán)境下的力學(xué)性質(zhì)。

測(cè)量肌肉纖維試樣恢復(fù)力的過(guò)程如下：先將肌肉纖維試樣裝載好，并在濃度為X1的溶液中調(diào)整成剛好拉直狀態(tài)，再原位更換為X2的溶液，待穩(wěn)定后記錄下前后激光位移傳感器的電壓(ΔU)數(shù)據(jù)。

測(cè)試肌肉纖維恢復(fù)過(guò)程規(guī)律(比例測(cè)試法)的過(guò)程如下：分別選取不同長(zhǎng)度比的肌肉纖維試樣L₁、pL₁，先在濃度為X1的溶液中調(diào)整成剛好拉直狀態(tài)，再原位更換為X2的溶液，待穩(wěn)定后記錄下前后激光位移傳感器電壓的(ΔU)數(shù)據(jù)。

步驟400，根據(jù)肌肉纖維試樣的幾何參數(shù)，實(shí)驗(yàn)條件，和位移傳感器測(cè)量的被動(dòng)位移部件的位移數(shù)據(jù)，以及電動(dòng)位移平臺(tái)設(shè)定的加載參數(shù)，即可得到不同條件下肌肉纖維試樣的力學(xué)行為特點(diǎn)。

具體的計(jì)算方式如下：(1)將采集的電壓(ΔU＝U-U₀)-時(shí)間(t)信號(hào)以及電動(dòng)位移平臺(tái)位移(ΔX)-時(shí)間(t)換算為試樣動(dòng)端的實(shí)際位移(ΔS)-時(shí)間(t)關(guān)系，關(guān)系式：ΔS＝αΔU+ΔX，其中α為激光位移傳感器的電壓-位移靈敏度，ΔX由電動(dòng)位移平臺(tái)運(yùn)行程序的設(shè)置參數(shù)求得。可得到試樣動(dòng)端的實(shí)際位移(ΔS)-時(shí)間(t)的關(guān)系。

(2)將測(cè)控單元的數(shù)據(jù)采集卡采集的電壓(ΔU＝U-U₀)-時(shí)間(t)信號(hào)根據(jù)前述標(biāo)定的電壓-力特征曲線，換算成肌肉纖維試樣實(shí)際受到的載荷(F＝βΔU)-時(shí)間(t)關(guān)系，β為由動(dòng)探針電壓-力特征曲線擬合出斜率?？傻玫皆嚇訉?shí)際受到的載荷(F)-時(shí)間(t)的關(guān)系。

(3)消去時(shí)間項(xiàng)，再由初始長(zhǎng)度L₀和平均直徑d₀，可得到工程應(yīng)力(σ)-工程應(yīng)變(ε)的關(guān)系曲線或載荷(F)-位移(ΔS)的關(guān)系曲線。

(4)將前面測(cè)得的ΔU換算成肌肉纖維試樣實(shí)際受到的載荷(F＝βΔU)，即為測(cè)得的恢復(fù)力大小。

在本方法中，分析測(cè)試肌肉纖維恢復(fù)過(guò)程規(guī)律結(jié)果，如果不同長(zhǎng)度的肌肉纖維試樣更換溶液前后激光位移傳感器電壓(ΔU)相同，則改變?nèi)芤簼舛群螅∪饫w維試樣在一定位移范圍內(nèi)是按恒力恢復(fù)收縮，此力則是肌肉的恢復(fù)力。

如果不同長(zhǎng)度的肌肉纖維試樣更換溶液前后激光位移傳感器電壓(ΔU)不相同，但ΔU₂＝pΔU₁，則改變?nèi)芤簼舛群?，肌肉纖維在一定力范圍內(nèi)是按恒定長(zhǎng)度收縮比恢復(fù)。不同情況的恢復(fù)力與選取肌纖維的尺寸和加載情況有密切關(guān)系。

如果不是前面的結(jié)果，則可能肌肉纖維試樣其自然長(zhǎng)度和楊氏模量都發(fā)生變化。不同情況的恢復(fù)力與選取肌纖維的尺寸有密切關(guān)系。其楊氏模量的變化，參數(shù)可從(4)中可得。

本方法通過(guò)前述比例測(cè)試法，可巧妙研究肌肉纖維的恢復(fù)規(guī)律。

本申請(qǐng)中涉及的激光位移傳感器可以采用MTI Instruments公司的Microtrak II-SA型激光位移傳感器，該傳感器的有效量程為2mm，靈敏度為0.25μm/mV，正常環(huán)境下噪音水平0.8mV。該傳感器線性度非常好，噪音很小，如果采用其他噪聲較大的傳感器，該儀器仍能工作，但會(huì)直接影響位移的測(cè)量精度。

電動(dòng)平移平臺(tái)可以采用北京卓立漢光公司的TSAx-C系列超薄型電控平移臺(tái)組合，其8細(xì)分下的分辨率0.625(μm)重復(fù)定位精度<5(μm)。該電動(dòng)位移平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定，可編程控制運(yùn)行。

至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。