專利名稱：應用于心磁圖儀測量的無磁三維機械傳動機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種在心磁儀測量中使用的無磁性、三維方向可調(diào)節(jié)的機械傳動機 構(gòu)。更確切地說涉及一種應用于心磁圖儀測量的無磁三維機械傳動機構(gòu)，屬于心磁圖儀應 用領域。
背景技術(shù)：
超導量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Device，SQUID)是 目前世界上已知的最靈敏的磁傳感器。作為SQUID的主要應用領域之一，心磁測量儀(下 面簡稱心磁儀)近年來發(fā)展迅速。心磁儀是測量心臟磁場的科研醫(yī)療儀器。心臟磁場(下 面簡稱心磁)與心臟電場(下面簡稱心電)同源產(chǎn)生，都來源于心肌細胞內(nèi)離子的定向流 動。相比于心電儀，由于心磁在空間中傳播不受人體組織的影響，所以心磁儀能測量到更精 確的心臟信號；另外心磁儀具有完全無接觸、無輻射、時間空間分辨率高、靈敏度特異性高、 對冠心病的前期診斷靈敏等優(yōu)點Hans. Koch，IEEEApplied Supercond. 11 (2001)，49-59
K. Sternickel et al, Supercond. Sci. Technol. 19(2006)S160-S171。人體心磁信號極其微弱，典型強度為100pT(10_1(lT)。SQUID的靈敏度高，典型低 溫超導SQUID的磁場靈敏度為3_5fT/sqrt (Hz)，極易受噪聲的干擾V. Pizzela et al, Supercond. Sci. Technol. 14 (2001) R79-R114]0 如果金屬離 SQUID 較近，金屬在電磁場中產(chǎn) 生的渦流就會成為噪聲信號；另一方面，心臟磁場在空間傳播中遇到金屬會受到影響，所以 在心磁測量中SQUID附近不能有金屬，故心磁儀使用的支撐結(jié)構(gòu)必須是不含金屬、完全無 磁的。心磁儀按測量通道數(shù)目可分為單通道和多通道兩種類型。如果通道數(shù)較少，為了 覆蓋整個心臟區(qū)域，需要移動被測試者在一個平面上進行掃描式測量；另一方面被測試者 的體形各異，需要調(diào)節(jié)SQUID的高度，所以實際使用的是可以調(diào)節(jié)三維方向的傳動機構(gòu)。目 前，國內(nèi)尚未有關(guān)于心磁測量中使用的三維傳動結(jié)構(gòu)的公開報道；國際上有關(guān)應用于心磁 儀中使用的無磁三維機械傳動機構(gòu)性能和參數(shù)信息鮮有報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種應用于心磁圖儀測量的無磁三維機械傳動機構(gòu)，也即本 發(fā)明提供一種可以在三維方向移動且不含任何金屬材料的傳動機構(gòu)。相比于一般的三維傳 動機構(gòu)，本發(fā)明不采用任何金屬傳導部件，傳動可靠，調(diào)節(jié)輕松便利，滿足心磁測量要求。本發(fā)明提供的三維機械傳動機構(gòu)分為兩部分一部分是低溫液氦容器——杜瓦的 支撐架；另一部分是三層結(jié)構(gòu)的無磁床。支撐架與無磁床之間無任何連接，兩者配合起來以 完成心磁的測量。支撐架內(nèi)放置杜瓦，杜瓦是有真空隔熱層的圓柱形容器，SQUID放置在杜 瓦的液氦內(nèi)，心磁信號穿過杜瓦底部進入SQUID ；杜瓦可以在豎直方向上移動。無磁床分為 三層，可以在水平面上左右、前后二維移動。在心磁測量中，被測試者躺在床上，通過移動無 磁床來實現(xiàn)被測試者在水平方向的二維移動，同時通過移動杜瓦來調(diào)節(jié)SQUID與被測試者3之間的距離，實現(xiàn)了豎直方向的移動。也即，杜瓦的支撐架豎直方向的行程設計需要考慮測 試者胸膛的厚度在水平方向上，無磁床的移動范圍應該大于心臟區(qū)域。支撐架內(nèi)部有定滑輪和豎直方向上的齒條。杜瓦用卡箍鎖??；然后將卡箍放在支 撐架的圓環(huán)形托座上。托座是水平方向，通過尼龍螺絲與齒條固定，托座后有滑動軌道。用 高強度的棉繩連結(jié)托座，棉繩跨過定滑輪，另一端連結(jié)與杜瓦等重的配重；在支撐架上設有 固定把手，把手的一端有齒輪，齒輪與齒條相互嚙合，轉(zhuǎn)動把手，就可以帶動齒條上下移動， 這樣可以很輕松移動托座，從而調(diào)節(jié)杜瓦的高度(圖1)。無磁床采用三層結(jié)構(gòu)，底層是底座，起支撐固定作用；中間層是可以左右移動的承 接層；上層是可以前后移動層，被測試躺在上面。無磁床采用齒輪、齒條、傳力、導軌滑動的 結(jié)構(gòu)(圖幻。無磁床無磁床的中間層設有傳動盒，傳動盒中設有把手，把手內(nèi)嵌鑲連接桿； 連結(jié)桿另一端為齒輪，通過齒輪間的變速和渦輪蝸桿的變向，最后一段齒輪“咬”住齒條。轉(zhuǎn) 動把手，使連接桿和齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動齒條移動。齒條通過螺絲固定在床體上，齒條的移 動帶動了床體滑動。中間層和上層的齒條相互垂直，這樣兩層的移動方向就相互垂直。中 間層和上層床體下各安裝四個滑動輪，滑動輪下有導軌，床體的移動就是滑動輪在導軌上 的滾動。使用渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)，使操作方便，移動床省力平穩(wěn)。本發(fā)明具有如下優(yōu)勢模塊化設計，結(jié)構(gòu)清晰明確，加工方便，造型美觀；功能上 滿足心磁測量需要的三維方向調(diào)節(jié)；在材料上整個床沒用到金屬部件，全是由無磁材料制 成，在生物磁場信號測量方面具有廣泛的用途。


圖1是支撐架外觀(a)，及內(nèi)部豎直移動機構(gòu)(b)示意圖。圖中1-1支撐架，1-2 支撐架底座，1-3齒條，1-4定滑輪，1-5圓環(huán)形托座，1-6配重，1-7棉繩。圖2是無磁床的三層結(jié)構(gòu)(a)及平面?zhèn)鲃訖C構(gòu)(b)示意圖。圖中2-1底層床，2_2 中層床，2-3上層床，2-4導軌、2-5滑動輪、2-6把手、2_7齒輪、2_8齒條、2_9連接桿、2_10傳動盒。圖3是傳動盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖中3-1渦輪，3-2齒輪，3-3蝸桿。
具體實施例方式1.支撐架、無磁床的主體結(jié)構(gòu)采用無磁性壓板；層壓板的機械強度較高，購買方 便。市場上其它具有較高機械強度、可以做成大面積板材的無磁材料都可以用于制作主體 結(jié)構(gòu)。使用激光切割層壓板，一次成型；層壓板間的連接使用“拉鏈”結(jié)構(gòu)，相互嚙合；外觀 漂亮，堅固實用。2.支撐架中杜瓦的卡箍、圓環(huán)形托座使用普通環(huán)氧樹脂板做成；卡箍、托座內(nèi)徑 根據(jù)杜瓦尺寸確定。定滑輪采用尼龍做輪子、陶瓷做滾珠和軸承；支撐架的齒條是尼龍材 料。定滑輪、齒條使用尼龍螺絲固定在支撐架上。傳動機構(gòu)中使用的尼龍材料為尼龍6或 尼龍66，具有機械加工性能好的特點。3.無磁床的滑動輪使用尼龍材料制成，軸承是普通陶瓷加工成的細棒。因為陶瓷 與尼龍的滾動摩擦系數(shù)小，這樣方便滑動輪的移動?；瑒訉к壥褂闷胀ōh(huán)氧樹脂板材料，機 械硬度大且具有較好的韌性，不容易形變。尼龍輪與導軌間的摩擦系數(shù)小，方便調(diào)節(jié)。齒輪、齒條、渦輪采用尼龍材料，渦輪3-1的直徑為90毫米，齒數(shù)為32，齒輪3-2的直徑為72 毫米，齒數(shù)為36 ；蝸桿3-3 —端的直徑為33毫米，齒數(shù)為15，另一端直徑為35毫米，齒數(shù)為 7。連結(jié)桿、蝸桿采用普通聚碳酸酯材料，機械強度好，其它機械強度好的無磁材料也可用來 做連接桿。依上所述，支撐架豎直方向上移動的行程設計需要考慮被測試者胸膛的厚度，根 據(jù)中國人的特點，行程最大值為30厘米；行程由附圖1中1-3齒條長度決定。在左右和前 后水平方向上，無磁床的行程移動范圍應該待遇心臟區(qū)域，左右移動行程為45厘米，前后 移動行程為35厘米；行程由圖2中2-4導軌和2-8齒條的長度決定。在實際實施過程中， 根據(jù)心磁儀的通道數(shù)修改行程的長度，原則是移動距離能覆蓋人體心臟區(qū)域。4.依圖3傳動盒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)蝸桿3-3靠近渦輪3-1的一端為阿基米德螺旋線的齒 廓，另一端為圓柱形齒輪，渦輪為斜齒圓柱齒輪。
權(quán)利要求
1.一種應用于心磁圖儀測量的無磁三維機械傳動機構(gòu)，其特征在于所述的無磁三維傳 動機構(gòu)是包括杜瓦的支撐架和無磁床，其中①支撐架內(nèi)放置杜瓦，SQUID放置在杜瓦的液氦內(nèi)，杜瓦在豎直方向上移動；②無磁床分為三層底層為底座，起支撐固定作用，中間層為左右移動的承接層，上層 為前后移動的移動層，無磁床采用齒輪、齒條傳力，導軌滑動的結(jié)構(gòu)；③支撐架和無磁床的主體結(jié)構(gòu)采用無磁性的層壓板；齒輪、齒條、導軌采用尼龍或陶瓷 在內(nèi)的無磁材料。
2.按權(quán)利要求1所述的無磁三維機械傳動機構(gòu)，其特征在于所述的支撐架內(nèi)的杜瓦用 卡箍鎖住，卡箍放在支撐架的圓環(huán)形托座上。
3.按權(quán)利要求2所述的無磁三維機械傳動機構(gòu)，其特征在于所述的托座通過尼龍螺絲 與齒條固定，托座后有滑動軌道，用跨過定滑輪的棉繩連接托座，棉繩的另一端連結(jié)與杜瓦等重的配重。
4.按權(quán)利要求1所述的無磁三維機械傳動機構(gòu)，其特征在于所述的支撐架上設有固定 把手，把手的一端有齒輪，齒輪與齒條相互嚙合，轉(zhuǎn)動把手帶動齒條上下移動，從而移動圓 環(huán)形托座，通過移動杜瓦調(diào)節(jié)SQUID與被測試者之間的豎直方向的距離。
5.按權(quán)利要求1所述的無磁三維機械傳動機構(gòu)，其特征在于所述的中間層設有傳動 盒，傳動盒中設有把手，把手內(nèi)嵌鑲連接桿，連接桿另一端為齒輪，通過齒輪間的變速盒渦 輪渦桿的變向，最后一段齒輪咬住齒條。
6.按權(quán)利要求5所述的無磁三維機械傳動機構(gòu)，其特征在于齒條通過螺絲固定在床體 上，齒條的移動帶動床體滑動。
7.按權(quán)利要求5或6所述的無磁三維機械傳動機構(gòu)，其特征在于中間層和上層的齒條 相互垂直；中間層盒上層床體下各安裝四個滑動輪，滑動輪下有導軌，滑動輪在導軌上的滾 動導致床體的移動。
8.按權(quán)利要求1所述的無磁三維機械傳動機構(gòu)，其特征在于支撐架豎直方向上的移動 的行程是由齒條長度決定，無磁床在前后、左右二維方向上移動行程范圍是由導軌和齒條 的長度決定的。
9.按權(quán)利要求1或5所述的無磁三維機械傳動機構(gòu)，其特征在于所述的連接桿或螺桿 采用聚碳酸酯材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應用于心磁圖儀測量的無磁三維機械傳動機構(gòu)，其特征在于所述的傳動機構(gòu)分為杜瓦的支撐架和無磁床兩部分，支撐架內(nèi)部使用齒條和定滑輪實現(xiàn)豎直方向的移動；無磁床分為三層結(jié)構(gòu)，最下一層是底座，中間一層和上面一層使用齒輪、齒條傳力以及渦輪、渦桿變向?qū)崿F(xiàn)前后、左右二維移動。支撐架和無磁床使用激光切割的層壓板嚙合組裝，傳動裝置使用尼龍、陶瓷和環(huán)氧樹脂加工而成，不含任何金屬部件；外形美觀，結(jié)構(gòu)堅固。整個機構(gòu)不會對環(huán)境磁場和心臟磁場分布產(chǎn)生任何影響，在心磁測量中具有廣泛的應用。
文檔編號A61B5/055GK102048541SQ20101054432
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者劉揚波, 孔祥燕, 張樹林, 曾佳, 王永良, 謝曉明 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所