用于动物实验腹侧脊髓损伤撞击器的电气控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于动物实验腹侧脊髓损伤撞击装置的电气控制系统，该系统包括上位机模块、下位机模块、三个直流电机驱动模块、电磁铁驱动模块、传感器信号调理模块、按键模块、限位开关模块：上位机模块提供友好的图形化用户界面，用于控制参数的设置、限位开关状态的指示以及传感器数据的显示和存储。下位机模块控制管理执行层的所有模块，接收上位机发送的控制参数，并向上位机发送限位开关状态和传感器数据；直流电机驱动模块根据所述下位机模块的指示驱动所述直流电机的操作；电磁铁驱动模块根据所述下位机模块的指示驱动所述电磁铁的运动；传感器信号调理模块对所述位移传感器和压力传感器所测量的位移和撞击力度数据进行调理；所述按键模块用于处理按键输入信号，所述限位开关模块用于处理限位开关输入信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种医学动物实验装置，特别涉及动物实验腹侧脊髓损伤撞击器的电气控制系统。
技术介绍
传统的动物脊髓损伤撞击实验通常采用重物坠落(Weight Dropping, WD)法撞击脊髓背侧，具体方法是对麻醉的实验动物进行椎板后路切除，暴露但不破坏硬脊膜，然后将一个已知质量的重物块从一定的高度处以自由落体的方式坠落，撞击在动物脊柱背侧裸露的硬脊膜上，造成背侧脊髓一定程度的损伤。由于重物下落有加速度，但不撕破硬脊膜，不切割脊髓，因而属于动态负荷挫伤型。损伤模型用重物质量、坠落高度和脊髓挫伤面积来表征。上述实验方法造成的损伤部位是脊髓背侧，然而日常生活中由于车祸等事故原因造成的脊髓损伤患者多数是腹侧受损，重物坠落方法对这类情况不能进行很好的模拟。为了弥补此不足，本专利技术中设计的实验装置能够撞击脊髓腹侧，造成腹侧脊髓一定程度的损伤，损伤模型通过撞击力度、撞击位移、撞击持续时间和脊髓挫伤面积来表征，并以一次撞击过程中各时刻的位置偏移和撞击力度的曲线关系作辅助说明。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供动物脊髓腹侧损伤医学实验装置的控制器，使该装置能够通过按键操作，以设定的速度在水平面上移动实验对象，调整实验撞击机构的高度，使二者对准，之后以设定的参数控制撞击实验并记录实验过程数据，有效地提高实验的科学性和精确性。为了达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是提供一种用于动物实验腹侧脊髓损伤撞击装置的电气控制系统。所述撞击装置包括位置调整装置和操作头；所述位置调整装置包括直流电机、分别沿X、Y、Z三个轴向的三条直线滑动导轨；所述直流电机用于驱动实验操作平台沿X、Y两个轴向的直线滑动导轨上的移动，以及驱动操作头沿Z轴的直线滑动导轨移动；操作头包括撞击装置、电磁铁、位移传感器和压力传感器，所述撞击装置在所述直流电机的驱动下沿着Z轴向的直线滑动导轨进行移动，以将撞击装置固定在动物脊髓实验段，并在固定好动物脊髓实验段后在所述电磁铁的带动下撞击所述动物腹侧脊髓；所述位移传感器和压力传感器，用于测量撞击过程中产生的位移及撞击力度；所述电气控制系统包括:上位机模块:其与下位机模块相连，用于控制参数的设置，并将所设置的控制参数传送给下位机模块；其还用于接收下位机模块传送的位移传感数据和压力传感数据，并显示所接收的数据； 下位机模块:其与直流电机驱动模块、电磁铁驱动模块、传感器信号调理模块相连，用于根据所述上位机模块传送的所述控制参数指示所述直流电机驱动模块，以驱动所述直流电机的操作；还用于根据所述上位机模块传送的所述控制参数指示所述电磁铁驱动模块，以驱动所述电磁铁的运动；还用于接收所述传感器信号调理模块发送的所述位移传感数据和所述压力传感数据，并将其传送给所述上位机模块；直流电机驱动模块:其用于根据所述下位机模块的指示驱动所述直流电机的操作；电磁铁驱动模块:其用于根据所述下位机模块的指示驱动所述电磁铁的运动；传感器信号调理模块:其用于对所述位移传感器和压力传感器所测量的位移和撞击力度数据进行调理后输出所述压力传感数据和所述位移传感数据并传送给所述下位机模块。本专利技术实现的上述撞击器控制系统能够实现对动物脊髓腹侧的撞击力度、撞击持续时间、撞击位移的控制，并使用传感器记录撞击过程中位移和力度，能对撞击操作进行定量的描述。附图说明图1是本专利技术的用于动物实验腹侧脊髓损伤撞击器的电气控制系统的结构框图。图2是本专利技术的所述电气控制系统的直流电机驱动模块的电路结构框图。图3是本专利技术的电气控制系统的电磁铁驱动模块的电路结构框图。图4是本专利技术的电气控制系统的传感器信号调理模块的电路结构框图。具体实施方式 为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。动物实验腹侧脊髓损伤撞击器主要由位置调整装置和操作头组成。位置调整装置主要包括三个24V直流微电机、相应的沿X、Y、Z三个轴向的三条直线滑动导轨。在直流微电机的驱动下，实验操作平台可沿X、Y两个轴向的直线滑动导轨进行正反向移动，调节动物脊髓实验段在XOY平面上的位置以对准操作头。同时，操作头可通过位置调整装置沿着Z轴向的直线滑动导轨进行正反向移动，以达到合适的高度，所有这些位置调整都是通过实验人员操作按键完成。在X、Y、Z三个轴向的直线滑动导轨上标有刻度，便于读出当前位置和进行位置调整，另外，在X、Y、Z三个轴向的直线滑动导轨的正负极限位置处分别安装了三组限位开关，共计六个，用来避免操作平台和操作头运动至极限位置产生机械碰撞和电机堵转而造成的损坏。操作头主要包括撞击钩、固定压片、小型的直动推出管式电磁铁(带复位弹簧)、由螺旋测微头组成的撞击位移限位调整装置、电位器式直线位移传感器和压力传感器。撞击钩是一个向上弯曲的金属钩，用来钩住动物脊髓的腹侧，固定压片是一个形如h的向下弯曲的操作钩，用来按压住脊髓的背侧，二者相互配合将动物脊髓实验段固定。撞击钩和固定压片的安装位置处均标有刻度，用以测量脊髓的矢状径，并且可根据不同的需要进行更换。在操作平台和操作头的位置调整结束后，固定安装撞击钩和固定压片的操作由实验人员手动完成，之后，在电磁铁的带动下撞击钩对腹侧脊髓产生撞击。撞击完成后撞击钩、固定压片与动物脊髓的分离由实验人员手动完成。直动推出管式电磁铁作为撞击脊髓执行器，通过大弹性系数的弹簧与撞击钩和固定压片相连接，在通电状态下，电磁铁的推出杆在电磁力的作用下推出，带动撞击钩撞击动物腹侧脊髓，在断电状态下，电磁力消失，推出杆在复位弹簧的回复力下回到原位，相应地，撞击钩和脊髓随之复位。电磁铁的一次通断电操作完成一次脊髓撞击，这个操作由实验人员通过按键完成。在电磁铁选型上，遵循低电压大电流的原则来达到功率需求，以确保实验人员在操作过程中的安全，根据这个原则，所选电磁铁的最大工作电压和电流分别为19V和 4.2A。在撞击方向的上方安装了撞击位移限位调整装置，主要元件是一个螺旋测微头，通过所述螺旋测微头可以方便地读出当前的撞击位移和对所述撞击位移进行精确的定量调整。另外，在操作头内部还分别安装了电位器式直线位移传感器和压力传感器，用来测量撞击过程中各时刻产生的位移以及相应的力度，二者的曲线关系用作脊髓损伤模型的辅助说明。脊髓损伤模型通过撞击力度、撞击位移、撞击持续时间和脊髓挫伤面积来表征，撞击力度通过电磁铁的电流大小来控制，撞击位移由位移限位调整装置来控制，而撞击持续时间是指脊髓在一次撞击中停留在最大偏移位置处的时间，因此可以通过控制电磁铁的连续通电时间来实现，通过选用不同尺寸的撞击钩以及配套的固定压片来实现脊髓挫伤面积的控制。上述动物实验腹侧脊髓损伤撞击器的操作由电器控制系统来控制。图1为本专利技术电气控制系统的结构框图。电气控制系统主要包括上位机模块、下位机模块、三个直流电机驱动模块、电磁铁驱动模块、传感器信号调理模块、按键模块、限位开关模块。上位机模块的操作环境使用一款自带Windows CE 5.0Core操作系统的嵌入式模块，采用32位低功耗高速ARM芯片，ARM920T处理器内核，输入输出设备使用4.3寸的液晶触摸屏，存储介质包括SD卡和U盘。WinCE操作系统具备友好的图形界面，支持可视化应用程序开发环境EVC和Visual Studio 2005，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于动物实验腹侧脊髓损伤撞击装置的电气控制系统，所述撞击装置包括位置调整装置和操作头；所述位置调整装置包括直流电机、分别沿X、Y、Z三个轴向的三条直线滑动导轨；所述直流电机用于驱动实验操作平台沿X、Y两个轴向的直线滑动导轨上的移动，以及驱动操作头沿Z轴的直线滑动导轨移动；操作头包括撞击装置、电磁铁、位移传感器和压力传感器，所述撞击装置在所述直流电机的驱动下沿着Z轴向的直线滑动导轨进行移动，以将撞击装置固定在动物脊髓实验段，并在固定好动物脊髓实验段后在所述电磁铁的带动下撞击所述动物腹侧脊髓；所述位移传感器和压力传感器，用于测量撞击过程中产生的位移及撞击力度；其特征在于：该电气控制系统包括：上位机模块：其与下位机模块相连，用于控制参数的设置，并将所设置的控制参数传送给下位机模块；其还用于接收下位机模块传送的位移传感数据和压力传感数据，并显示所接收的数据；下位机模块：其与直流电机驱动模块、电磁铁驱动模块、传感器信号调理模块相连，用于根据所述上位机模块传送的所述控制参数指示所述直流电机驱动模块，以驱动所述直流电机的操作；还用于根据所述上位机模块传送的所述控制参数指示所述电磁铁驱动模块，以驱动所述电磁铁的运动；还用于接收所述传感器信号调理模块发送的所述位移传感数据和所述压力传感数据，并将其传送给所述上位机模块；直流电机驱动模块：其用于根据所述下位机模块的指示驱动所述直流电机的操作；电磁铁驱动模块：其用于根据所述下位机模块的指示驱动所述电磁铁的运动；传感器信号调理模块：其用于对所述位移传感器和压力传感器所测量的位移和撞击力度数据进行调理后输出所述压力传感数据和所述位移传感数据并传送给所述下位机模块。...

【技术特征摘要】
1.一种用于动物实验腹侧脊髓损伤撞击装置的电气控制系统，所述撞击装置包括位置调整装置和操作头；所述位置调整装置包括直流电机、分别沿X、Y、Z三个轴向的三条直线滑动导轨；所述直流电机用于驱动实验操作平台沿X、Y两个轴向的直线滑动导轨上的移动，以及驱动操作头沿Z轴的直线滑动导轨移动；操作头包括撞击装置、电磁铁、位移传感器和压力传感器，所述撞击装置在所述直流电机的驱动下沿着Z轴向的直线滑动导轨进行移动，以将撞击装置固定在动物脊髓实验段，并在固定好动物脊髓实验段后在所述电磁铁的带动下撞击所述动物腹侧脊髓；所述位移传感器和压力传感器，用于测量撞击过程中产生的位移及撞击力度；其特征在于:该电气控制系统包括: 上位机模块:其与下位机模块相连，用于控制参数的设置，并将所设置的控制参数传送给下位机模块；其还用于接收下位机模块传送的位移传感数据和压力传感数据，并显示所接收的数据； 下位机模块:其与直流电机驱动模块、电磁铁驱动模块、传感器信号调理模块相连，用于根据所述上位机模块传送的所述控制参数指示所述直流电机驱动模块，以驱动所述直流电机的操作；还用于根据所述上位机模块传送的所述控制参数指示所述电磁铁驱动模块，以驱动所述电磁铁的运动；还用于接收所述传感器信号调理模块发送的所述位移传感数据和所述压力传感数据，并将其传送给所述上位机模块； 直流电机驱动模块:其用于根据所述下位机模块的指示驱动所述直流电机的操作； 电磁铁驱动模块:其用于根据所述下位机模块的指示驱动所述电磁铁的运动； 传感器信号调理模块:其用于对所述位移传感器和压力传感器所测量的位移和撞击力度数据进行调理后输出所述压力 传感数据和所述位移传感数据并传送给所述下位机模块。2.根据权利要求1所述的用于动物实验腹侧脊髓损伤撞击装置的电气控制系统，其特征在于:所述对控制参数的设置包括对所述直流电机速度、电磁铁电流大小和通电时间进行参数设置，以控制直流电机的运动速度、电磁铁的撞击力度和撞击持续时间。3.根据权利要求1所述的用于动物实验腹侧脊髓损伤撞击装置的电气控制系统，其特征在于:所述直流电机驱动模块包括普通光耦芯片、双通道高速光耦芯片和直流电机驱动芯片；其中所述普通光耦芯片具有用于接收下位机模块传送的刹车信号BRAKE_ARM的接口，该普通光耦芯片用于将所述刹车信号BRAKE_ARM进行隔离并输出光耦隔离后的刹车信号BRAKE ;所述双通道高速光耦芯片用于接收所述下位机模块传输的方向信号DIR_ARM和调速信号PWM_ARM，所述方向信号DIR_ARM和调速信号PWM_ARM经所述双通道高速光耦芯片进行隔离后输出隔离后的方向信号DIR和速度信号PWM ;所述速度信号PWM、方向信号DIR和刹车信号BRAKE经所述直流电机驱动芯片处理后输出驱动信号以驱动所述直流电机。4.根据权利要求1所述的用于动物实验腹侧脊髓损伤撞击装置的电气控制系统，其特征在于:所述电磁铁驱动模块包括电压跟随器、线性隔离电路和电压控制电流源电路，其中所述电压跟随器用于匹配下位机模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏峰，侯增广，胡进，谭民，洪毅，姜树东，陈翼雄，张峰，王卫群，张军卫，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：