Многозвенный электрогониометр Советский патент 1984 года по МПК A61B5/10 

бедро

„ Голень I1 Изобретение относится к медицинекой технике, в частности к устройствам, предназначенным для измерения биомеханических параметров локомоций человека. Известен потенциометриче-ский датчик, служащий для преобразования угловых механических перемещений в соответствующие изменения сопротивления, выполненный в виде переменно- го резистора, сопротивление которого линейно связано с углом поворота оси 1J. Однако при измерении перемещений в крупных суставах конечностей возникают значительные погрешности, обу ловленные кинематическим несоответ ствИем датчика и сустава из-за малоjro количества степеней свободы датчи ка. Так, -например, при использовании указанного потенциаометрического датчика не обеспечивается фильтрация поступательных движений шин гониомет ра, что сильно сказывается на достоверности результатов исследований. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство для электрического измерения угловых перемещений а крупных суставах конечностей человека при помощи выполнения преобразования угол-напря жение, содержащее многозвенный гонио метр, в узлах которого расположены потенциаометрические датчики, собран ные по потенциаометрической схеме включения, источник опорного напряже ния, подстроечные переменные сопротивления и сумматор напряжений, собранный на операционном усилителе 2 Угол, измеряемьй многозвенньм го ниометром, равен сумме углов между его соседними звеньями. Эти углы измеряются при помощи потенциометрических датчиков. Относительное изменение величины сопротивления потенциометрического датчика прямо пропорционально измеряемому им углу. Для того, чтобы получить величину сопротивления,осоответствующую углу, измеряемому многозвенным гониометром суммируются относительные изменения сопротивления каждого потенциометри- ческого датчика. Однако в известном устройстве при менена многоканальная схема суммирования относительных изменений сопротивления потенциометрических датчи-г ков, что обусловливает погрешность 9 измерения, опрередяемую неравенством коэффициентов передачи каналов сумматора, выполненного на операционном усилителе. Целью изобретения является упрощение, конструкции при одновременном повьшении точности измерения. Указанная цель достигается тем, что в многозвенном электрогониометре с шарнирным соединением звеньев, содержащем потенциометрические датчики, установленные на его узлах, источник опорного напряжения и операционный усилитель, неинвертирующий вход которого через первый резистор соединен с общей шиной, а инвертирующий подключен к второму резистору, последовательно соединенные потен1Щометрические датчики, каждый из которых вьтолнен по реостатной схеме, включены в отрицательную обратную связь операционного усилителя, инвертирующий вход которого через второй резистор подключен к источнику опор-, ного напряжения., На фиг. 1 представлена кинемати- ческая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - электрическая схема устройства. I Многозвенный элеткрогониометр с шарнирным соединением звеньев содержит потенциометрические датчики 1, установленные в его узлах, и операционный усилитель 2, неинвертирующий вход которого через первый резистор 3 соединен с общей шиной, а инвертируюший подключен к второму резистору 4, соединенному с источником опорного напряжения (не показан). Каждьй из потенциометрических датчиков 1 выполнен по реостатной схеме. Они включены в отрицательную обратную связь операционного усилителя 2. Устройство работает следукяцим образом. Многозвенный гониометр (фиг. 1) устанавливается, например, на коленном суставе пициеита при помощи кожньк манжетов (не обозначены), которые крепятся на бедре и голени. Манжеты связаны с крайними шарнирами гониометра, функции которых вьшолняют потенциометрические датчики 1. Измеряемьй угол между сегментами конечности (в данном случае между бедром и голенью) равен сумме углов| между соседними звеньями гониометра.I

Потенциометрические датчики, выполненные по реостатной cxerie, включены в обратную отрицательную связь операционного усилителя 2, коэффициент передачи по напряжению которого линейно связан с изменением абсолютных величин этих сопротивлений (г. 2), Таким образом, достигается суммирование по одному каналу абсолютных (а не относительных, как в известном устройстве) изменений веШ1чин сопротивлений потенциометричесхих датчиков 1. За счет этбго повышается точность выполнения преобразования угол - напряжение, т.е. точность измерения углов при понющи многозвенного гониометра без использования подстроечных элементов.

Последовательное включение потенциометрических датчиков упрощает

конструкцию устройства, так как поз воляет уменьшить количество радиоэлементов, а также количество проводов, связывающих гониометр с устройством, суммирующим изменения величин сопротивлений потенциометрических датчиков. Это сильно сказывается при увеличении числа звеньев гониометра или. при увеличении числа измеряемых углов

) . Погрешность линейности преобра- : зования угол - напряжение ограничена нестабильностью и пульсациями опорного напряжения (Jon которые нельзя сделать меньше внутреннего шума источника питания, и неидеальностью свойств операционного усилителя, так как погрешность обратно пропорциональна собственному коэффициенту передачи операционного усилителя по напряжению который практически достигает величин порядка .

МНОГОЗВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОГОНИОМЕТР с шарнирным соединением звеньев, содержащий потенциометрические датчики, установленные в его узлах, источник опорного.напряжения и операционный усилитель, неинвертирующий вход которого через первый резистор соединен с общей шиной, а инвертирующий подключен к второму резистору, о т личающийся тем, что, с целью упрощения конструкции при одновременном повышении точности измерения, последовательно соединенные потенциометрические датчики, каждый из которых выполнен по реостатной схеме, включены в отрицательную обратную связь операционного усилителя, инвертирующий вход которого через второй резистор подключен к источнику опорного напряжения.