CN103323174A - 一种无针注射射流压力的测量装置及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无针注射射流压力的测量装置，包括支架、具有弹性的悬臂梁、质量块、加速度传感器和注射器，悬臂梁的一端固定连接在支架上，悬臂梁的另一端固定连接在质量块的侧部，加速度传感器固定连接在质量块的底部，注射器位于质量块上方，且注射器喷嘴的轴线与质量块的顶面垂直。该测量装置结构简单，成本低廉，且利用加速度传感器将加速度换算成射流冲击力，加速度传感器的测量频率非常高，完全能够满足测量高频射流冲击力的要求；同时，本发明还提供该测量装置的测量方法，该方法简单易操作，可以满足测量高频射流冲击力的要求。

Description

一种无针注射射流压力的测量装置及其测量方法
技术领域
本发明属于压力测量领域，具体来说，涉及一种无针注射射流压力的测量装置及其测量方法。
背景技术
无针注射是一种全新的注射方式，可以不使用传统注射器的针头，进行针对皮内、皮下等部位的给药。无针注射的原理是通过高压射流射穿表皮，将药液送入皮内或皮下等部位。射流压力是决定无针注射成功与否最为关键的因素。
目前国内外测量无针注射射流压力时所采用的方法是通过测量射流的冲击力，再转换成射流的压力。射流压力属于高频信号，这要求力传感器的测量频率与之相适应，然而普通的力传感器只能测量低频力信号，高频力传感器价格相当昂贵，比较难以获得。因此，本领域的技术人员迫切要求一种既能满足测量要求，实现简单，价格又较为低廉的测量手段。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种无针注射射流压力的测量装置，该测量装置结构简单，成本低廉，且利用加速度传感器将加速度换算成射流冲击力，加速度传感器的测量频率非常高，完全能够满足测量高频射流冲击力的要求；同时，本发明还提供该测量装置的测量方法，该方法简单易操作，可以满足测量高频射流冲击力的要求。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种无针注射射流压力的测量装置，该测量装置包括支架、具有弹性的悬臂梁、质量块、加速度传感器和注射器，悬臂梁的一端固定连接在支架上，悬臂梁的另一端固定连接在质量块的侧部，加速度传感器固定连接在质量块的底部，注射器位于质量块上方，且注射器喷嘴的轴线与质量块的顶面垂直。
进一步，所述的悬臂梁为两根，且两根悬臂梁相互平行，处于同一竖直面内。
进一步，所述的悬臂梁为金属片。
上述无针注射射流压力的测量装置的测量方法，该测量方法包括以下步骤：
第一步：安装测量装置：将悬臂梁的一端固定连接在支架上，悬臂梁的另一端固定连接在质量块的侧部，将加速度传感器固定连接在质量块的底部，将注射器置于质量块上方，且注射器喷嘴的轴线与质量块的顶面垂直，质量块的顶面处于水平状态；
第二步：进行压力测量：打开注射器，注射器的喷嘴处形成射流，该射流喷向质量块的顶面，质量块和加速度传感器受迫振动，利用加速度传感器测量质量块的加速度，根据式（1）测算射流的冲击力F，
F = M X · · + C X · + KX 式（1）
式（1）中，X表示质量块的位移，
Figure BDA00003330114900022
表示质量块的加速度，
Figure BDA00003330114900023
表示质量块的速度，M表示质量块和加速度传感器的总质量，C表示该装置的阻尼，K表示悬臂梁的刚度；
根据式（2）测得射流压力P：
P = F 2 A 式（2）
式（2）中，A表示注射器喷嘴的截面积。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案的有益效果在于：
（1）成本低廉。现有技术中，测量射流压力通常采用高频力传感器。而本发明采用加速度传感器进行射流压力测量。利用加速度传感器将质量块的加速度换算成射流冲击力。本发明用加速度传感器代替了高频力传感器，使得本发明所使用设备的成本仅为使用高频力传感器测量成本的1/10左右，大大降低了设备的总成本。
（2）测量精度高。本发明的无针注射射流压力的测量装置，包括支架、悬臂梁、质量块、加速度传感器和注射器。支架、悬臂梁、质量块和加速度传感器组成了弹簧振子***。质量块和加速度传感器可以自由振动。利用加速度传感器测量质量块的加速度，并转换成射流压力。该测量装置中，悬臂梁采用金属片，其质量与质量块相比可以忽略。整个测量过程简单，且测量准确，适用于测量高频微小力的场合。
（3）本发明的技术方案中采用两根悬臂梁作为弹簧，结构简单，阻尼小，更保证了质量块振动时上表面始终与水平面平行，从而使得射流方向始终垂直于质量块上表面。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中有：支架1、悬臂梁2、射流3、加速度传感器4、质量块5、注射器6。
具体实施方法
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1所示，本发明的无针注射射流压力的测量装置，包括支架1、具有弹性的悬臂梁2、质量块5、加速度传感器4和注射器6。悬臂梁2的一端固定连接在支架1上，悬臂梁2的另一端固定连接在质量块5的侧部。悬臂梁2因为具有弹性，所以可以作受迫振动。加速度传感器4固定连接在质量块5的底部，注射器6位于质量块5上方，且注射器6喷嘴的轴线与质量块5的顶面垂直。
进一步，所述的悬臂梁2为两根，且两根悬臂梁2相互平行，处于同一竖直面内。这样布置两根悬臂梁2，可以使得质量块5在没有受到射流3时，保持水平状态，不发生倾斜。也就是说，注射器6没有射流3时，质量块5处于水平状态。采用单根悬臂梁时，质量块5振动时，其顶面易发生倾斜。作为优选，本发明采用两根悬臂梁，使质量块5振动时的振动幅度不是很大，确保质量块5顶面保持水平状态。两根悬臂梁2变形时，能够保证质量块5在一定范围内保持水平。
进一步，所述的悬臂梁2为金属片。金属片的质量轻，与质量块5相比，可以忽略金属片的质量。另外，金属片具有弹性，可以满足本测量装置的要求。
上述结构的测量装置的测量方法，包括以下步骤：
第一步：安装测量装置：将悬臂梁2的一端固定连接在支架1上，悬臂梁2的另一端固定连接在质量块5的侧部，将加速度传感器4固定连接在质量块5的底部，将注射器6置于质量块5上方，且注射器6喷嘴的轴线与质量块5的顶面垂直，质量块5的顶面处于水平状态。
第二步：进行压力测量：打开注射器6，注射器6的喷嘴处形成射流3，该射流喷向质量块5的顶面，质量块5和加速度传感器4受迫振动，利用加速度传感器4测量质量块5的加速度，根据式（1）测算射流3的冲击力F，
F = M X · · + C X · + KX 式（1）
式（1）中，X表示质量块5的位移，
Figure BDA00003330114900042
表示质量块5的加速度，
Figure BDA00003330114900043
表示质量块5的速度，M表示质量块5和加速度传感器4的总质量，C表示该装置的阻尼，K表示悬臂梁2的刚度；M、C和K都为该测量装置的固有参数，为常量；
根据式（2）测得射流压力P：
P = F 2 A 式（2）
式（2）中，A表示注射器6喷嘴的截面积。
上述结构的无针注射射流压力的测量装置包括支架1、悬臂梁2、质量块5和加速度传感器4，支架1用来固定悬臂梁2的一端，质量块5固定在悬臂梁2的自由端，加速度传感器4安装在质量块的正下方。这样就组成了一个弹簧振子***。悬臂梁2充当***中的弹簧，质量块5和加速度传感器4共同组成***中的质量块，可以自由振动。悬臂梁2能够保证在一定的范围内质量块5的上表面始终与水平方向平行，这样射流3的方向始终是与质量块5的上表面垂直。在测量时，射流垂直射向质量块5，引起质量块5和加速度传感器4受迫振动，加速度传感器4可以测量质量块5和加速度传感器4的加速度。根据式（1）可计算得到射流冲击力。再根据式（2）计算得到射流压力。本发明测量的射流压力属于高频力。本发明通过转化，将射流压力转变成易于测量的加速度量。

Claims (4)

1.一种无针注射射流压力的测量装置，其特征在于，该测量装置包括支架（1）、具有弹性的悬臂梁（2）、质量块（5）、加速度传感器（4）和注射器（6），悬臂梁（2）的一端固定连接在支架（1）上，悬臂梁（2）的另一端固定连接在质量块（5）的侧部，加速度传感器（4）固定连接在质量块（5）的底部，注射器（6）位于质量块（5）上方，且注射器（6）喷嘴的轴线与质量块（5）的顶面垂直。
2.按照权利要求1所述的无针注射射流压力的测量装置，其特征在于，所述的悬臂梁（2）为两根，且两根悬臂梁（2）相互平行，处于同一竖直面内。
3.按照权利要求1或2所述的无针注射射流压力的测量装置，其特征在于，所述的悬臂梁（2）为金属片。
4.一种权利要求1所述的无针注射射流压力的测量装置的测量方法，其特征在于，该测量方法包括以下步骤：
第一步：安装测量装置：将悬臂梁（2）的一端固定连接在支架（1）上，悬臂梁（2）的另一端固定连接在质量块（5）的侧部，将加速度传感器（4）固定连接在质量块（5）的底部，将注射器（6）置于质量块（5）上方，且注射器（6）喷嘴的轴线与质量块（5）的顶面垂直，质量块（5）的顶面处于水平状态；
第二步：进行压力测量：打开注射器（6），注射器（6）的喷嘴处形成射流（3），该射流喷向质量块（5）的顶面，质量块（5）和加速度传感器（4）受迫振动，利用加速度传感器（4）测量质量块（5）的加速度，根据式（1）测算射流（3）的冲击力F，
F = M X · · + C X · + KX 式（1）
式（1）中，X表示质量块（5）的位移，
Figure FDA00003330114800012
表示质量块（5）的加速度，
Figure FDA00003330114800013
表示质量块（5）的速度，M表示质量块（5）和加速度传感器（4）的总质量，C表示该装置的阻尼，K表示悬臂梁（2）的刚度；
根据式（2）测得射流压力P：
P = F 2 A 式（2）
式（2）中，A表示注射器（6）喷嘴的截面积。
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