一种手指训练设备中的力值采集电路的制作方法

1.本实用新型涉及手指康复训练设备，特别涉及一种手指训练设备中的力值采集电路，属于电路技术领域。


背景技术：

2.在手指损伤的康复治疗中，带阻力对手指伸展和曲屈训练能够是一种有效的康复训练途径，目前的手指训练设备一般只具有单纯的训练功能，在训练中无法采集患者的肌力，特别无法采集患者的双向（伸展和曲）肌力，医师一般是凭借经验来调整患者的训练强度，这一方面无法评估患者训练的效果，另一方面训练强度过大（如阻力过大的情况下），患者在训练中容易发生肌肉拉伤，造成患者的二次伤害。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服目前的手指训练设备中存在的上述问题，提供一种手指训练设备中的力值采集电路。
4.为实现本实用新型的目的，采用了下述的技术方案：一种手指训练设备中的力值采集电路，包括与称重传感器连接的信号放大电路，信号放大电路中采用有ad8421芯片，称重传感器的两根信号线a

、a-连接电阻r1、电阻r7后连接在ad8421芯片的-in、 in脚上，-in与 in之间连接有电容c7；ad8421芯片的 vs、—vs分别连接 9v、—9v电源，ad8421芯片的vout连接至单片机，ad8421芯片的6脚通过电阻r3连接信号偏置电路，所述的信号偏置电路包括有电压基准芯片tl432、运算放大器lm321芯片；
5.所述的采集电路还包括称重传感器供电电路、为信号放大电路供电的正负双电源模块，称重传感器供电电路采用ams1117-adj稳压器， 12v输入， 10v输出；
6.正负双电源模块采用a1212s隔离模块，a1212s模块产生
±
12v双电源电压；再分别使用cj7809、cj7909 低压差线性稳压器降压生成
±
9v。
7.进一步的；所述的称重传感器采用应变式力传感器，型号为f4802。
8.进一步的；ad8421芯片的6脚与接地之间连接有两个并联的电容c9、电容c10。
9.进一步的；ad8421芯片的-in、 in脚与接地之间分别连接有电容和电容c11。
10.本实用新型的积极有益技术效果在于：本电路使用在手指训练设备上能够测量手指的力值大小，以了解患者的客观情况，通过测量不同训练阶段的力值大小还可以对康复训练效果进行评估。
附图说明
11.图1是信号放大电路的原理图。
12.图2是信号偏置电路的原理图。
13.图3是传感器供电电路的原理图。
14.图4是正负双电源模块的原理图。
15.图5是传感器信号接口。
16.图6是本实用新型一个应用的实施例。
具体实施方式
17.为了更充分的解释本实用新型的实施，提供本实用新型的实施实例。这些实施实例仅仅是对本实用新型的阐述，不限制本实用新型的范围。
18.结合附图对本实用新型进一步详细的解释，附图中各标记为：1：安装板；2：称重传感器；3：弹簧；4：导杆；5：滑动杆；6：指环。
19.称重传感器内部集成了两个应变片的惠斯通电桥，通过采集电桥输出的压差信号变化，来判定手指所施加的力量是屈曲力还是伸展力。当称重传感器受到一个方向的力量之后，其一侧的应变片受力拉升，另一侧的应变片受力收缩，其会输出一个方向的电信号。当其受到反方向的力量之后，其之前受力拉升的一侧则受力收缩，其之前受力收缩的一侧则受力拉升。这样感应出两个相反方向力的电信号，是因为称重传感器两侧应变力的形变发生了相反方向的形变产生的。正是因为这样的原理，在实际的手指力量测量中，才能够实时测量出手指的伸展力与曲屈力。
20.图5该采集电路的传感器信号输入接口。采用a 、a
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差分信号输入，相较于传统的单端信号输入方式，差分信号输入可大大提高信号的抗干扰能力。力传感器供电采用10v电压，传输线使用屏蔽电缆并接地，有效避免外界电磁场对信号线路的干扰。
21.图3为力传感器供电电源。采用低压差线性稳压器ams1117-adj（ldo），相较于传统的降压型dc-dc电源，ldo具有输出噪声低，静态功耗低，为称重传感器提供精确的10v电源电压供电。
22.图1为模块的放大电路。采用ad8421高精度低噪声仪表放大电路。对输入的差分信号进行放大。该模块采用
±
9v双电源供电。输入信号范围为
±
20mv。输出信号范围为0~3.3v。通过ad8421的6脚设置输出信号的基准点，这里为1.5v。其中0~1.5v的电压信号代表拉力，1.5v~3.3v的电压信号代表推力。仪表放大器芯片的7脚就是采集后经过放大的推拉力电信号。该引脚连接到单片机含有模数转换（adc）功能的gpio上，即构成了一个完整的信号链路。通过单片机对其进行数据处理。
23.图4为正负双电源模块，为仪表放大器提供供电电源。该电源模块输入12v电源电压，使用a1212s隔离模块，相较于普通双电源模块，可有效隔绝外部噪声干扰。从a1212s模块中产生
±
12v双电源电压。然后再分别使用cj7809、cj7909 低压差线性稳压器降压生成
±
9v。该
±
9v电源电压即为仪表放大器稳定性高，噪声低的电源输入。
24.图2为输出信号偏置电压，采用tl432，控制ad8421的基准电压在1.5v左右。该偏置电源连接仪表放大器ad8421的6脚，为输出信号提供基准偏置电压。
25.图6是本电路一个应用实例的示意图，称重传感器2连接在安装板2上（安装板可固定设置），安装板上具有导向孔，导杆4滑动穿设在导向孔中，滑杆5固定连接在导杆上，刚性的指环固定连接在滑杆5上，弹簧的两端分别通过弹簧座连接滑杆、称重传感器，手指可通过拉环进行伸展与曲屈，通过传感器信号传输至单片机（控制器）即可得到力值的大小。
26.在详细说明本实用新型的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本实用新型的技术实质
对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围，且本实用新型亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。


技术特征：
1.一种手指训练设备中的力值采集电路，包括与称重传感器连接的信号放大电路，其特征在于：信号放大电路中采用有ad8421芯片，称重传感器的两根信号线a

、a-连接电阻r1、电阻r7后连接在ad8421芯片的-in、 in脚上，-in与 in之间连接有电容c7；ad8421芯片的 vs、—vs分别连接 9v、—9v电源，ad8421芯片的vout连接至单片机，ad8421芯片的6脚通过电阻r3连接信号偏置电路，所述的信号偏置电路包括有电压基准芯片tl432、运算放大器lm321芯片；所述的采集电路还包括称重传感器供电电路、为信号放大电路供电的正负双电源模块，称重传感器供电电路采用ams1117-adj稳压器， 12v输入， 10v输出；正负双电源模块采用a1212s隔离模块，a1212s模块产生
±
12v双电源电压；再分别使用cj7809、cj7909 低压差线性稳压器降压生成
±
9v。2.根据权利要求1所述的一种手指训练设备中的力值采集电路，其特征在于：所述的称重传感器采用应变式力传感器，型号为f4802。3.根据权利要求1所述的一种手指训练设备中的力值采集电路，其特征在于：ad8421芯片的6脚与接地之间连接有两个并联的电容c9、电容c10。4.根据权利要求1所述的一种手指训练设备中的力值采集电路，其特征在于：ad8421芯片的-in、 in脚与接地之间分别连接有电容和电容c11。

技术总结
一种手指训练设备中的力值采集电路，包括与称重传感器连接的信号放大电路，信号放大电路中采用有AD8421芯片，称重传感器的两根信号线A


技术研发人员：牛宗萌
受保护的技术使用者：河南翔宇医疗设备股份有限公司
技术研发日：2022.06.16
技术公布日：2022/12/2