[發明專利]采用電極組來表征在兩個任意表面之間的接觸分布的方法

無效

• 申請號: 00811003.4
• 申請日: 2000-07-28
• 公開（公告）號: CN1365264A
• 公開（公告）日: 2002-08-21
• 發明（設計）人: 邁克爾·D·布希曼;安妮·勒加雷;馬丁·加龍;皮埃爾·薩瓦爾
• 申請（專利權）人: 加拿大百奧新泰克公司
• 主分類號: A61B5/103
• 分類號: A61B5/103
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 武玉琴,朱登河

發明背景

(a)發明領域

本發明涉及一種采用由設在接觸表面中的電極組測量出的電信號來表征兩個任意表面之間接觸的空間分布及其隨時間的變化的方法。

(b)現有技術的說明

在材料機械性能的研究中，表征兩個表面之間接觸的方法起著非常重要的作用。存在幾種表征兩個表面之間的接觸和壓力分布的方法。已經研制出一種壓力和接觸傳感器系統用來測量牙齒堵塞(US4856993，WO8902727和EP0379524)。還曾經研制出一種靈活的觸覺傳感器用來測量基腳和墊片的壓力分布(US5033291，WO9109289和EP0457900)。在這些系統中，兩組電極由一層薄壓敏電阻涂層隔開并且電子地檢測出電阻的變化以確定表面接觸的時限、力和位置。其它裝置采用了設置在壓電薄膜(US4216403，US5341687和US5054323)或導電彈性體(US4163204)上的兩個相對表面上的兩個或多個電極以表征壓力分布。還已研制出一種采用了類似技術的指紋傳感器(US4394773)。

測量兩個表面之間接觸的一個普通方法利用了在接觸的兩個表面之間的復寫紙材料。該接觸也可以用一種壓敏復寫紙來表征(US4630079)。這些定性方法用作表面之間壓力分布的最初的說明，但是沒有提供任何該接觸隨時間變化的說明。

還已經研制出在無須研究接觸隨時間的變化或測量壓力分布的情況下測量兩個表面之間的接觸的方法。例如，研制出用來確定生物醫學器具和組織，如在摘除手術期間的導管和組織之間的接觸的方法。在該情況中，測量了導管上的電極和病人身上的另一個電極之間的電壓(WO9843547A2)。其它技術采用了測量電極的全部接觸阻抗的變化速率(WO9909899A1)或測量電極的兩個不同部分中的電流的相位角(WO9844856)以測量出生物醫學電極和皮膚之間接觸的損失。

還采用了一些技術來研究表面的外形，如精確的小型力傳感器，該傳感器基于探針和表面之間的合成吸引力和/或排斥力來產生導致其電特性改變的應變儀材料的變形(US5092163)。在該情況中，電極不與表面接觸。

因此，非常需要提供一種能夠直接而且精確地表征兩個表面之間的接觸時間，并且間接地表征所施加的變形和表面的機械響應的方法。

發明概述

本發明的一個目的在于提供一種采用來自暴露在接觸表面上的電極的多個電信號來精確地確定兩個表面之間的接觸時間的方法。

本發明的另一個目的在于采用表示接觸分布的時間變化的電信號來估計出隨著時間施加在所測試材料上的位移的幅度和速度以及在接觸和加壓期間包含這些電極的表面的角度取向。

本發明的另一個目的在于使得能夠借助于兩個表面之間接觸的瞬時變化和特性來表征材料的機械響應。

本發明的另一個目的在于提供具有多維電極組的各種表面結構以精確地評估接觸分布，所施加的位移和材料的機械響應。

根據本發明，提供了一種采用位于接觸表面中的電極組來表征兩個表面之間的接觸分布隨著時間變化的新方法。通過將電極設置在任意表面上的限定位置處并且在第二任意表面的加壓期間測量隨著時間而產生出的電信號，可以精確地表征出接觸的變化，因此提供了關于材料的機械響應的基本信息。該方法與現有方法的不同之處在于以下兩個主要方面。首先，不是用壓敏涂層的相對側面上的兩個電極來檢測電阻，而是采用接觸表面上的電極組并且測量在第二任意表面加壓期間的電位。第二不同之處為測量的類型。不是測量壓力，而是測量在所測試材料的接觸和加壓期間產生出的差分或絕對電位。可以采用這種信息來評估施加在該材料上的位移以及包含電極的表面在接觸和加壓期間相對于該材料的角度取向。另外，材料的機械響應直接由其順應包含這些電極的表面的能力來表示。

兩個接觸表面之間力的產生主要取決于接觸的時間變化，并且隨著時間的接觸變化的知識對于說明力信號是必要的。另一個實施例是在壓力產生的電場的測量中，其中接觸信息是重要的。典型的實施例是在包含微小電極的探針借助于在暴露的微小電極處產生出的電位與所要表征的物質接觸并壓縮該物質的時候。當用手施加這種壓力從而缺乏關于所施加的位移類型方面的精確信息時，即使當在手動應用的情況中控制不好時，接觸分布隨著時間的變化也能夠提供關于所施加的位移類型的信息。這種信息可以是探針相對于時間的位移或速度及其相對于所測試的物質的角度取向的形式。隨著時間變化的接觸分布的精確測量還可以產生一種新的材料分析類型，該分析在其最普通的形式中可以被認為表征一種“表面順應性”。

附圖簡介