具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明实施例提供了一种应力的测量装置，用于测量植介入体与所作用目标之间的应力，所述作用目标为所述植介入体周围的组织器官，所述装置包括：传感器单元、信号读取单元和转换单元；所述传感器单元包括电容和第一电感，并可以通过改变所述刻蚀线路形成不同的第一电感和电容；所述电容和所述第一电感构成谐振回路，所述电容响应于所述应力而发生形变，改变所述谐振回路的谐振频率，所述电容为三明治形式的电容或叉指式电容；所述信号读取单元包括第二电感；所述第二电感与所述第一电感互感耦合，通过所述第二电感获取所述谐振回路的谐振频率；所述转换单元根据频率与力的关系公式，得到所述谐振频率对应的所述应力。

图1是本发明实施例提供的应力的测量装置的构成示意图，如图1所示，所述应力的测量装置用于测量植介入体对作用目标的应力，所述作用目标为所述植介入体周围的组织器官，该装置包括传感器单元1、信号读取单元2和转换单元3；传感器单元1用于感测植介入体与所作用目标之间的应力，所述传感器单元1包括第一电感11和电容12；电容12与第一电感11构成谐振回路，所述谐振回路具有一谐振频率，所述谐振频率会随着电容值的改变而改变。

在实际应用中，所述植介体为植介入关节等。可理解的是，任何需要植介入体治疗都可以成为作用目标。

传感器单元1设置在植介入体与所作用目标之间，电容12响应于植介入体与所作用目标之间的应力而发生形变，导致其电容值发生改变，进而改变所述谐振回路的谐振频率。

信号读取单元2包括第二电感23；第二电感23与第一电感11互感耦合，通过第二电感23获取所述谐振回路的谐振频率。

具体地，所述谐振回路通过互感耦合等效到第二电感23即为一个反射阻抗，该反射阻抗为所述第第二电感的输入阻抗的一部分，读出所述第二电感23的输入阻抗，通过分析所述输入阻抗的特性得到所述谐振回路的谐振频率。

更具体地，第二电感23的输入阻抗的频率特性曲线将在所述谐振频率附近取得峰值，这样，通过测量所述输入阻抗的频率特性曲线的峰值频率就可以得到所述谐振频率。

信号读取单元2将读取得到的谐振频率传送至转换单元3，所述转换单元3根据频率与力的关系公式，得到所述谐振频率对应的所述应力。

本发明实施例的电容为三明治形式的电容或叉指式电容。图2是本发明一个实施例的包括三明治形式的电容的传感器单元的原理示意图；图3是本发明一个实施例的包括叉指式电容的传感器单元的原理示意图。图2和图3中的导电基材为铜基材。图2和图3中的线路为激光刻蚀线路，激光刻蚀设备沿所述激光刻蚀线路刻蚀，形成第一电感和电容，所述第一电感和电容构成谐振回路，通过改变所述刻蚀线路来形成不同的第一电感和电容，可以获得谐振频率不同的谐振回路，达到阵列设计的目的。

图4为本发明实施例的传感器单元的示意图。如图4所示，传感器单元的制作主要包括导电材料，介电层和封装层。所述第一电感和电容的制作主要是通过刻蚀铜等导电基材成型。所述三明治形式的电容选用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为介电层，再利用聚乙烯对第一电感和电容进行封装，所述叉指式电容利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为介电层和封装材料。

在实际应用中，传感器单元的大小可依据植介入体的尺寸进行传感器单元的修改。

可以理解的是，形成所述传感器单元的材料不局限于铜，还可以是金、银等其他导电材料。值得注意的是，凡是硬度较低的导电材料都可以作为形成所述传感器单元的材料而应用至本发明的实施例中。

对于传感器而言，响应时间、恢复时间及灵敏度是体现传感器性能好坏的重要参数。本发明实施例采用数字电桥LCR对制备得到的传感器单元的响应时间和恢复时间进行测量，在0.5N、1N、1.5N、2N、2.5N、3N、3.5N、4N不同的载荷下，所述传感器单元均可以快速的响应及恢复。其中，在2N载荷下，所述传感器单元的响应时间达到1.4秒，其恢复时间达到0.7秒，所述传感器单元的灵敏度达可达到0.04KPa^-1。

在实际应用中，所述测量装置可包括多个传感器单元，所述多个传感器单元具有不同的谐振频率，所述多个传感器单元对应设置在不同的测量目标与所述植介入体之间，以分别测量多个测量目标与植介入体之间的应力。

具体地，所述频率与力的关系公式是通过力与频率的标定实验获得。所述标定实验具体包括：在所述传感器单元1上依次施加多个大小不同的力，记录所述传感器单元1在所述多个大小不同的力的作用下的谐振频率，绘制所述谐振频率与所述力的变化关系图，通过拟合获得所述频率与力的关系公式。

在本发明另一种实施中，如图5所示，所述信号读取单元2还包括扫频元件22，所述扫频元件22用于产生扫频信号，所述扫频信号进入所述第二电感23，通过磁耦合使所述谐振回路发生谐振。

在一具体的实施例中，所述扫频元件22采用ADI公司的AD9910芯片，该芯片能够产生最高400MHz频率的扫频信号，0.23Hz的频率分辨率。但不限于此，任何可以实现扫频的元件都可以应用至本发明的实施例中。

在一实施例中，所述信号读取单元2还包括采样元件24，所述采样元件24和所述第二电感23通过电连接，对所述第二电感23的输出信号进行采集。

在一具体的实施例中，所述采样元件包括ADC采样元件或者FPGA模块。但不限于此，任何可以实现采样的元件都可以应用至本发明的实施例中。

在一实施例中，所述信号读取单元还包括主控元件21，所述主控元件21与所述扫频元件22连接，所述主控元件21向所述扫频元件22发出扫频指示，使所述扫频元件22发出扫频信号，所述扫频信号经过所述第二电感23，通过磁耦合使所述谐振回路发生谐振。同时，所述主控元件21还与所述采样元件24连接，接收所述采样元件采集到的信号，并对所述信号进行处理得到所述谐振回路的谐振频率。

在一具体的实施例中，所述主控元件将处理得到的所述谐振回路的谐振频率传送至转换单元3，所述转换单元3根据频率与力的关系公式，得到所述谐振频率对应的所述应力。

在一具体的实施例中，所述主控芯片包括STM32芯片，其CPU最高速度达72MHz。但不限于此，任何可以实现主控的元件都可以应用至本发明的实施例中。

在一实施例中，所述测量装置还包括显示单元4，显示单元4与信号读取单元2和转换单元3连接，用于通过人际交互界面显示信号读取单元2和转换单元3的输出结果。人机交互界面中可以包含信号实时显示，信号处理，峰值检测，数据保存等功能。

本发明实施例的传感器单元1和信号读取单元2通过电感之间的互感耦合实现连接，传感器单元1无需自身供电，可以通过无线的方式实时的获取植介入体对作用目标产生的应力。

本发明实施例还提供了一种应力的测量方法，用于测量植介入体对作用目标产生的应力，所述作用目标为所述植介入体周围的组织器官，所述方法采用上述的应力的测量装置，具体参见图6，所示方法包括如下步骤：

步骤61、将所述传感器单元设置在所述植介入体和所述作用目标之间，所述应力作用于所述传感器单元；

步骤62、通过所述信号读取单元获取所述传感器单元的谐振频率；

步骤63、所述转换单元根据频率与力的关系公式，得到所述谐振频率对应的所述应力。

具体地，所述频率与力的关系公式是通过力与频率的标定实验获得，所述标定实验具体包括：在所述传感器单元上依次施加多个大小不同的力，记录所述传感器单元在所述多个大小不同的力的作用下的谐振频率，绘制所述谐振频率与所述力的变化关系图，通过拟合获得所述频率与力的关系公式。

在本发明实施例一种可选的实施方式中，所述信号读取单元还包括扫频元件，采样元件和主控元件；

通过所述信号读取单元获取所述传感器单元的谐振频率，包括：所述主控元件向所述扫频元件发出扫频指示，使所述扫频元件发出扫频信号；

所述扫频信号进入所述第二电感并通过磁耦合进入所述第一电感，使所述谐振回路发生谐振；

所述采样元件采集所述第二电感的输出信号，并将采集的所述输出信号传送到主控元件进行处理；

所述主控元件将所述输出信号进行处理后获得所述谐振回路的谐振频率。

具体地，所述频率与力的关系公式是通过力与频率的标定实验获得，所述标定实验具体包括：在所述传感器单元上依次施加多个大小不同的力，记录所述传感器单元在所述多个大小不同的力的作用下的谐振频率，绘制所述谐振频率与所述力的变化关系图，通过拟合获得所述频率与力的关系公式。

本发明实施例所提供的应力的测量装置及测量方法，用于测量植介入体与所作用目标之间的应力，所述作用目标为所述植介入体周围的组织器官，其中，所述应力的测量装置包括：传感器单元、信号读取单元和转换单元；所述传感器单元包括电容和第一电感；所述电容和所述第一电感构成谐振回路，所述电容响应于所述应力而发生形变，改变所述谐振回路的谐振频率，所述电容为三明治形式的电容或叉指式电容；所述信号读取单元包括第二电感；所述第二电感与所述第一电感互感耦合，通过所述第二电感获取所述谐振回路的谐振频率；所述转换单元根据频率与力的关系公式，得到所述谐振频率对应的所述应力。本发明实施例的传感器单元和信号读取单元通过电感之间的互感耦合实现连接，传感器单元无需自身供电，可以通过无线的方式实时的获取植介入体与所作用目标之间的应力。

应当理解，本申请说明书通篇中提到的“一实施例”、“一些实施例”、“其他实施例”、“可选的实施例”或“一具体实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一实施例”、“一些实施例”、“其他实施例”、“可选的实施例”或“一具体实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。