Многозвенный электрогониометр

Многозвенный электрогониометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК,.SU„„

Р1 g А 61 В 5/10

ВЧ щлв, ао !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13 н автаесмОмю СаиДативСтви

Голень "

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3560537/28-13 (22) 27. 12.82 (46) 23.08.84. Бюл. В 31 (72) И.Б.Лисица, А.В.Саранцев и С.P.Ãàðáåð (71) Центральный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский институт протезирования и протеэостроения (53) 615. 47 (088, 8) (56) 1. Бабиков М.А. и др. Элементы и устройства автоматики. И., "Высшая школа", 1975, с, 37.

2. Tata I., Quanbury А.О., Я е пke Т.G. and Grahame R.Å. А variable

axis å1åñtrogoniomåtår for the measurement of single plane movement.Journal of Biomechanics, ч. 11,,В 8/9, р. 421-425. (54) (57) 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, отличающийся тем, что, с це лью упрощения конструкции при одновременном повышении точности измерения, последовательно соединенныепотенциометрические датчики, каждый из которых выполнен по реостатной схеме, включены в отрицательную обратную связь операционного усилителя, инвертирующий вход которого через второй резис-ор подключен к источнику опорного напряжения.

1 1109

Изобретение относится к медицинс- кой технике, в частности к устройствам, предназначенным для измерения биомеханических параметров локомоций человека. 5

Известен потенциометрический датчик, служащий для преобразования угловых механических перемещений в соответствующие изменения сопротивления, выполненный в виде переменно- 1р го резистора, сопротивление которого линейно связано с углом поворота оси (13.

Однако при измерении перемещений в крупных суставах конечностей возникают значительные погрешности, обусловленные кинематическим несоответ ствием датчика и сустава из за мало )го колич ства степеней свободы датчика. Так, -например, при использовании указанного и тенциаометрического датчика не обеспечивается фильтрация поступательных движений шин гониометра, что сильно сказывается на досто" верности результатов исследований. д

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для электрического измерения угловых перемещений в крупных суставах конечностей человека при помощи выполнения преобразования угол-напря жение, содержащее многозвенный гониометр, в узлах которого расположены потенциаометрические датчики, собранные по потенциаометрической схеме включения, источник опорного напряжения, подстроечные переменные сопротивления и сумматор напряжений, собранный на операционном усилителе (21.

Угол, измеряемйй многозвеннич го/ ниометром, равен сумме углов междуего 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,50 суммируются относительные изменения сопротивления каждого потенциоиетрического датчика.

Однако в известном устройстве применена многоканальная схема суммиро- 55 ванчя относительных изменений сопро« тивления потенциометрических датчи- .. ков, что обусловливает погрешность

129 измерения, опрередяемую неравенством коэффициентов передачи каналов сумматора, выполненного на операционном усилителе.

Целью изобретения является упрощение конструкции при одновременном повышении точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в многозвенном электрогониометре с шарнирным соединением звеньев, содержащем потенциометрические датчики, установленные íà 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 потенциометрические датчики, каждый из которых выполнен по реостатиой схеме, включены в отрицательную обратную связь операционного усилителя, иивертирующий вход которого через второй резистор подключен к источнику опор-, ного напряжения.

На фиг. 1 представлена кинематическая схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 — электрическая схема устройства.

Многоэвенный элеткрогониометр с шарнирным соединением звеньев содержит потенциометрические датчики 1, установленные в его узлах, и операционный усилитель 2, иеинвертирующий вход которого через первый резистор 3 соединен с общей шиной, а инвертирующий подключен к второму резистору 4, соединенному с источником опорного напряжения (ие показан).

Каждый иэ потеициометрических датчиков 1 выполнен по реостатной схеме.

Они включены в отрицательную обратную связь операционного усилителя 2.

Устройство работает следующим образом.

Многоэвенный гониометр (фиг. 1) устанавливается, например, на коленном суставе пициента при помощи кожных манжетов (не обозначены), которые крепятся на бедре и голени. Манжеты связаны с крайними шарнирами гониометра, функции которых выполняют потенциометрические датчики 1.

Измеряемый угол между сегментами конечности (в данном случае между бедром и голенью) равен сумме углов между соседними звеньями гоииометра.l

1109129

Составитель Б.Фигурин

Редактор О.Черниченко ТехредЛ.Мартяшова Корректор А.Обручар

Заказ.5968/3 Тирам 688 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по деламузобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 р Э

Потенциометрические датчики, выполненные по реостатной схеме, включены в обратную отрицательную связь операционного усилителя 2, коэффициент передачи по напряжению которого линейно связан с изменением абсолютнык величин этих сопротивлений (фиг. 2). Таким образом, достигается суммирование по одному каналу абсо- . лютных (а не относительных, как в известном устройстве) изменений величин сопротивлений потенциометрических датчиков 1. За счет этого повышается точность выполнения преобразования угол - напряжение, т.е. точность измерения углов при помощи многозвениого гоииометра беэ использования подстроечных элементов.

Последовательное включение потенциометрических датчиков упрощает конструкцию устройства, так как поз воляет уменьшить количество радиоэлементов, а также количество проводов, связывающих гониометр с устройст»

5 вом, суммирующим изменения величин сопротивлений потенциометрических датчиков. Это сильно сказывается при увеличении числа звеньев гониометра или при увеличении числа измеряемых углов.

Погрешность линейности преобразования угол — напряжение ограничена нестабильностью и пульсациями опорного напряжения Ор„, которые нельзя сделать меньше внутреннего шума

15 источника питания, и неидеальностью свойств операционного усилителя, так как погрешность обратно пропорциональна собственному коэффициенту передачи операционного усилителя по напряжению

2 который практически достигает величин порядка 10 — 10 .