专利名称：：一种测量生物活体与物体间粘附力的测力装置及测试方法
技术领域：
：本发明属于力学测量仪器领域，它涉及一种测量生物活体与物体间粘附力的测力装置及测试方法。
背景技术：
：测量技术一直以来被认为是科研、生产取得突破的有效手段。所以测量技术的发展对科研生产等领域的进步起到至关重要的作用。目前，获得物体间粘附力数值往往是通过探针原子力显微镜(AFM)、力学传感器类仪器得到。但是，探针原子力显微镜不能以生物活体为测量对象，测试对象的选择有很大的局限性，而且根据测试目的的不同，往往需要改换某些结构来实现，成本比较高；力学传感器类仪器对生物活体力学性能测量的制样要求比较高，尤其是精度较高的传感器很容易在使用过程中被损坏，同时，上述测试手段都无法观测生物活体在整个测力过程中的动态行为。
发明内容针对上述缺陷，本发明提供了一种测量生物活体与物体间粘附力的测力装置及测试方法以解决测量物为生物活体、仪器容易损坏的问题。本发明解决技术问题的技术方案如下一种测量生物活体与物体间粘附力的测力装置，它包括摄像头2、温度传感器5、湿度传感器6、电动式微量进样器7、存储器内存有图像处理和数据处理软件的计算机8、显示器9、打印机IO、工作台11，其特征在于它还包括由放置在工作台11上的外罩101和通过铰链连接在外罩101前壁上的活动门102组成的可开式透明箱体1、由与第一升降调节螺杆321上端连接在一起的带有滚珠轴承的载物圆台31和由上端与带有滚珠轴承的载物圆台31的滚珠轴承相连其中部与带有支撑架的第一升降调节螺母322相连的第一升降调节螺杆321且中部与第一升降调节螺杆321相连的带有支撑架的第一升降调节螺母322构成的第一升降装置其两者共同组成的可旋转载物台3、由固装在天线式拉杆41左端下方的磁片411套装在天线式拉杆41左右两端的调平小螺母412固装在天线式拉杆41中心位置的水平仪413下方固装在天线式拉杆41右端并通过导管与电动式微量进样器7相连的储液器414组成且通过中下部支撑在第二升降调节螺杆421上端的天线式拉杆41和上端与天线式拉杆41中下部相连中部与带有支撑架的第二升降调节螺母422相连的第二升降调节螺杆421中部与第二升降调节螺杆421相连的带有支撑架的第二升降调节螺母422构成的第二升降装置其两者共同组成的测力感应件4。所述的可开式透明箱体1可由透明有机玻璃或透明高聚物塑料制成，其形状可以是长方体或立方体，长度L为40-60cm、宽度W为30-50cm、高度H为30-50cm，置于外罩101前壁上的活动门102长度L，为30-50cm、宽度H，为20-40cm。一种测量生物活体与物体间粘附力的测力装置的测试方法，其特征在于通过如下步骤实现的开启计算机8预热十分钟；打开可开式透明箱体1的活动门102，旋动测力感应件4第二升降装置的第二升降调节螺杆421，以调节天线式拉杆41的高度至使摄像头2的位置比天线式拉杆41的左端磁片411的高度低5-10mm;旋动可旋转载物台3的第一升降装置的第一升降调节螺杆321使带有滚动的载物圆台31的高度比天线式拉杆41低8-10cm;[3]根据生物样品(A)与物体间粘附力所要求的测试精度，通过表1査到与此精度对应的天线式拉杆41所需的长度，接着测量天线式杠杆41右端的储液器414的中心线与第二升降调节螺杆421的中心线间的力臂其值为Lp和测量左端磁片411的中心线与第二升降调节螺杆421的中心线间的力臂其值为Ld，并将Lp、Ld的值输入计算机8;表1<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>调节天线式拉杆41左右两端的调平小螺母412，观察天线式拉杆41中心的水平仪413的水泡是否在中心位置来调节好天线式拉杆41的初始平衡；将生物样品A，如蝇类或蟋蟀或蜘蛛或甲虫，取某种的一只称其质量为Md并将其值输入计算机8，然后将该只生物样品A固定在现有的制样磁片上，使该制样磁片与天线式拉杆41左端下方的磁片411吸合，使生物体样品A被悬挂在磁片411上，因而使天线式拉杆41左端偏重而略向下倾斜；将物体B，如砂纸或抛光纸或玻璃或塑料或胶体，放置在可旋转载物台3的带有滚动轴承的载物圆台31上，旋动带有滚动轴承的载物圆台31使物体B移至磁片411正下方，旋动可旋转载物台3的第一升降装置的第一升降调节螺杆321使带有滚动轴承的载物圆台31缓慢上升至使与生物体A刚刚接触；调节温度传感器5、湿度传感器6使可开式透明箱体1内环境温湿度控制在温度20-25t:,湿度65-70%;然后立即关闭可开式透明箱体1的活动门102;打开计算机8的控制电动式微量进样器7的操作软件，设置电动式微量进样器7的每次进样量，每次进样量为质轻液体如酒精或低密度聚乙烯，每次进样量p为0.02mg-2g，鼠标每点击一下，将此设置的进样量注入储液器414中；[9]利用摄像头2拍摄生物样品A的整个受力过程并显示在显示器9上，在此整个拍摄过程中可以任意保存一个瞬间图片，经计算机8图像处理软件处理后经过打印机10打印出来；[10]重复步骤[8]中的点击鼠标动作，当显示器9上观测到生物样品A与带有滚动轴承的载物圆台31上的物体B分离的瞬间，停止点击鼠标；[11]通过步骤[3]中已输入计算机8的天线式杠杆41右端的储液器414的中心线与第二升降调节螺杆421的中心线间的力臂Lp、左端磁片411的中心线与第二升降调节螺杆421的中心线间的力臂Ld和步骤[5]中已输入计算机8中的Md，以及设定的每次进样量p和鼠标点击总数N，通过下面公式由计算机8计算出生物样品A与物体B该瞬间的粘附力数值Fa式中，Mp为质轻液体的总质量，Mp=pXN，g为重力加速度，其值为9.8N/kg;重复测试步骤[l]-[ll],共测试20只同种生物体A，获得的20个数据经计算机8数据处理软件处理，得到该种生物体A与物体B间的粘附力平均值、标准方差并由打印机10打印出来。与现有技术相比本发明的优点是(1)根据不同生物体所需的测试精度不同，采用了天线式拉杆结构；(2)消除了微力传感器在测力过程中容易损坏的问题；(3)装有摄像头实时拍摄，实现在线观测，可以观察生物体在整个力学测量中的动态行为；(4)测量对象的范围广，能够测量生物活体，成本较低。图1为一种测量生物活体与物体间粘附力的测力装置示意图图2为可开式透明箱体的结构示意图图3为可旋转载物台的结构示意图图4为测力感应件的结构示意图图1、图2、图3、图4中，1-可开式透明箱体，2-摄像头，3-可旋转载物台，31-带有滚动轴承的载物圆台，321-第一升降调节螺杆，322-带有支撑架的第一升降调节螺母，4-测力感应件，41-天线式拉杆，411-磁片，412-调平小螺母，413-水平仪，414-储液器，421-第二升降调节螺杆，422-带有支撑架的第二升降调节螺母，5-温度传感器，6-湿度传感器，7-电动式微量进样器，8-存储器内存有图像处理和数据处理软件的计算机，9-显示器，10-打印机，11-工作台。具体实施例方式一种测量生物活体与物体间粘附力的测力装置，它包括摄像头2、温度传感器5、湿度传感器6、电动式微量进样器7、存储器内存有图像处理和数据处理软件的计算机8、显示器9、打印机10、工作台11，其特征在于它还包括由放置在工作台11上的外罩101和通过铰链连接在外罩101前壁上的活动门102组成的可开式透明箱体1、由与第一升降调节螺杆321上端连接在一起的带有滚珠轴承的载物圆台31和由上端与带有滚珠轴承的载物圆台31的滚珠轴承相连其中部与带有支撑架的第一升降调节螺母322相连的第一升降调节螺杆321且中部与第一升降调节螺杆321相连的带有支撑架的第一升降调节螺母322构成的第一升降装置其两者共同组成的可旋转载物台3、由固装在天线式拉杆41左端下方的磁片411套装在天线式拉杆41左右两端的调平小螺母412固装在天线式拉杆41中心位置的水平仪413下方固装在天线式拉杆41右端并通过导管(图上未标)，与电动式微量进样器7相连的储液器414组成且通过中下部支撑在第二升降调节螺杆421上端的天线式拉杆41，该处设计成天线式目的在于可以调节拉杆的长度从而适应不同被测物对测试精度的不同要求；该天线式拉杆41和上端与天线式拉杆41中下部相连中部与带有支撑架的第二升降调节螺母422相连的第二升降调节螺杆421中部与第二升降调节螺杆421相连的带有支撑架的第二升降调节螺母422构成的第二升降装置其两者共同组成测力感应件4。所述的可开式透明箱体1可由透明有机玻璃或透明高聚物塑料制成，其形状可以是长方体或立方体，长度L为40-60cm、宽度W为30-50cm、高度H为30-50cm，置于外罩101前壁上的活动门102长度L，为30-50cm、宽度H，为20-40cm。一种测量生物活体与物体间粘附力的测力装置的测试方法，其特征在于通过如下步骤实现的开启计算机8预热十分钟；打开可开式透明箱体1的活动门102，旋动测力感应件4第二升降装置的第二升降调节螺杆421，以调节天线式拉杆41的高度至使摄像头2的位置比天线式拉杆41的左端磁片411的高度低5-10mm;旋动可旋转载物台3的第一升降装置的第一升降调节螺杆321使带有滚动轴承的载物圆台31的高度比天线式拉杆41低8-10cm;[3]根据生物样品(A)与物体间粘附力所要求的测试精度，通过表1查到与此精度对应的天线式拉杆41所需的长度，接着测量天线式杠杆41右端的储液器414的中心线与第二升降调节螺杆421的中心线间的力臂其值为Lp和测量左端磁片411的中心线与第二升降调节螺杆421的中心线间的力臂其值为Ld，并将Lp、Ld的值输入计算机8;表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>调节天线式拉杆41左右两端的调平小螺母412，观察天线式拉杆41中心的水平仪413的水泡是否在中心位置来调节好天线式拉杆41的初始平衡；将生物样品A，如蝇类或蟋蟀或蜘蛛或甲虫，取某种的一只称其质量为Md并将其值输入计算机8，然后将该只生物样品A固定在现有的制样磁片上，使该制样磁片与天线式拉杆41左端下方的磁片411吸合，使生物体样品A被悬挂在磁片411上，因而使天线式拉杆41左端偏重而略向下倾斜；将物体B，如砂纸或抛光纸或玻璃或塑料或胶体，放置在可旋转载物台3的带有滚动轴承的载物圆台31上，旋动带有滚动轴承的载物圆台31使物体B移至磁片411正下方，旋动可旋转载物台3的第一升降装置的第一升降调节螺杆321使带有滚动轴承的载物圆台31缓慢上升至使与生物体A刚刚接触；调节温度传感器5、湿度传感器6使可开式透明箱体1内环境温湿度控制在温度20-25"C，湿度65-70%;然后立即关闭可开式透明箱体1的活动门102;打开计算机8的控制电动式微量进样器7的操作软件，设置电动式微量进样器7的每次进样量，每次进样量为质轻液体如酒精或低密度聚乙烯，每次进样量p为0.02mg-2g，鼠标每点击一下，将此设置的进样量注入储液器414中；利用摄像头2拍摄生物样品A的整个受力过程并显示在显示器9上，在此整个拍摄过程中可以任意保存一个瞬间图片，经计算机8图像处理软件处理后经过打印机10打印出来；重复步骤[8]中的点击鼠标动作，当显示器9上观测到生物样品A与带有滚动轴承的载物圆台31上的物体B分离的瞬间，停止点击鼠标；通过步骤[3]中已输入计算机8的天线式杠杆41右端的储液器414的中心线与第二升降调节螺杆421的中心线间的力臂Lp、左端磁片411的中心线与第二升降调节螺杆421的中心线间的力臂Ld和步骤[5]中已输入计算机8中的Md，以及设定的每次进样量p和鼠标点击总数N，通过下面公式由计算机8计算出生物样品A与物体B该瞬间的粘附力数值Fa式中，Mp为质轻液体的总质量，Mp=pXN，g为重力加速度，其值为9.8N/kg[12]重复测试步骤[l]-[ll]，共测试20只同种生物体A，获得的20个数据经计算机8数据处理软件处理，得到该种生物体A与物体B间的粘附力平均值、标准方差并由打印机10打印出来。上述的摄像头2、温度传感器5、湿度传感器6、电动式微量进样器7(自带操作软件)、存储器内存有图像处理和数据处理软件的计算机8、显示器9、打印机10均有购。以下通过具体实施例进一步说明本发明，但实施例仅用于说明，并不能限制本发明的范围。实施例1:以测量生物样品果蝇与颗粒大小为5pm的抛光纸间的粘附力数值为例[1]开启计算机8预热十分钟；打开可开式透明箱体1的活动门102，旋动测力感应件4第二升降装置的第二升降调节螺杆421，以调节天线式拉杆41的高度至使摄像头2的位置比天线式拉杆41的左端磁片411的高度低5mm;旋动可旋转载物台3的第一升降装置的第一升降调节螺杆321使带有滚动轴承的载物圆台31的高度比天线式拉杆41低8cm;根据生物样品果蝇与抛光纸间粘附力所要求的测试精度0.2mg，通过表1查到与此精度对应的天线式拉杆41所需的长度为30cm，接着测量天线式杠杆41右端的储液器414的中心线与第二升降调节螺杆421的中心线间的力臂其值为Lp=llcm和测量左端磁片411的中心线与第二升降调节螺杆421的中心线间的力臂其值为Lfl2cm，并将Lp、Ld的值输入计算机8;调节天线式拉杆41左右两端的调平小螺母412，观察天线式拉杆41中心的水平仪413的水泡是否在中心位置来调节好天线式拉杆41的初始平衡；取生物样品果蝇一只称其质量Md二1.3mg，将该值输入计算机8，然后用胶将果蝇背部和翅膀粘在现有的制样磁片上，使该制样磁片与天线式拉杆41左端下方的磁片411吸合，使果蝇被悬挂在磁片411上，因而使天线式拉杆41左端偏重而略向下倾斜；将颗粒大小为5pm的抛光纸放置在可旋转载物台3带有滚动轴承的载物圆台31上，旋动带有滚动轴承的载物圆台31使抛光纸移至磁片411正下方，旋动可旋转载物台3的第一升降装置的第一升降调节螺杆321使带有滚动轴承的载物圆台31缓慢上升至使与果蝇刚刚接触；调节温度传感器5、湿度传感器6使可开式透明箱体1内温度为25'C,湿度为65%;然后立即关闭可开式透明箱体1的活动门102;打开计算机8的控制电动式微量进样器7的操作软件，设置电动式微量进样器7的每次进样量，每次进样量为质轻液体酒精，每次进样量p=lmg，鼠标每点击一下，将此设置的进样量注入储液器414中；利用摄像头2拍摄生物样品果蝇的整个受力过程并显示在显示器9上，在此整个拍摄过程中可以任意保存一个瞬间图片，经计算机8图像处理软件处理后经过打印机10打印出来；重复步骤[8]中的点击鼠标动作，当显示器9上观测到生物样品果蝇与带有滚动轴承的载物圆台31上的抛光纸分离的瞬间，停止点击鼠标；通过步骤[3]中已输入计算机8的天线式杠杆41右端的储液器414的中心线与第二升降调节螺杆421的中心线间的力臂Lp二llcm、左端磁片411的中心线与第二升降调节螺杆421的中心线间的力臂Url2cm和步骤[5]中已输入计算机8中的Md=1.3mg，以及设定的每次进样量p=lmg和鼠标点击总数N=32，通过下面公式由计算机8计算出生物样品果蝇与抛光纸该瞬间的粘附力数值Fa二0.275mN;<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>重复测试步骤[l]-[ll]，共测试20只同种生物样品果蝇，获得的20个数据经计算机8数据处理软件处理，得到该种生物样品果蝇与该种抛光纸间的粘附力平均值为0.283mN、标准方差为0.033%，并由打印机10打印出来。实施例2:测量生物样品甲虫与颗粒大小为40|iim的砂纸表面间的粘附力，基本步骤与实施例l相同，其不同之处在于所选的生物样品为甲虫，物体为颗粒大小为40pm的砂纸，根据生物样品甲虫与砂纸间粘附力的测试精度1.5mg，通过表1查到与此精度对应的天线式拉杆41所需的长度为20cm，测得的Lp二8cm，Ld=8cm，Md=10.7mg，每次注入储液器的进样量p二5mg，鼠标点击总数N二57，通过公式由计算机8计算出生物样品甲虫与砂纸该瞬间的粘附力数值Fa=2.69mN，测试20只同种生物样品甲虫，获得的20个数据经计算机8数据处理软件处理，得到该种生物样品甲虫与砂纸间的粘附力平均值为2.71mN、标准方差0.018%,并由打印机10打印出来。本发明为一种测量生物活体与物体间粘附力的测力装置及测试方法，解决了前人不能测试生物活体的难题，为生物力学测量提供了一种有效的手段，进而为研究生物的功能机理、仿生学的发展和应用奠定了基础。权利要求1.一种测量生物活体与物体间粘附力的测力装置，它包括摄像头(2)、温度传感器(5)、湿度传感器(6)、电动式微量进样器(7)、存储器内存有图像处理和数据处理软件的计算机(8)、显示器(9)、打印机(10)、工作台(11)，其特征在于它还包括由放置在工作台(11)上的外罩(101)和通过铰链连接在外罩(101)前壁上的活动门(102)组成的可开式透明箱体(1)、由与第一升降调节螺杆(321)上端连接在一起的带有滚珠轴承的载物圆台(31)和由上端与带有滚珠轴承的载物圆台(31)的滚珠轴承相连其中部与带有支撑架的第一升降调节螺母(322)相连的第一升降调节螺杆(321)且中部与第一升降调节螺杆(321)相连的带有支撑架的第一升降调节螺母(322)构成的第一升降装置其两者共同组成的可旋转载物台(3)、由固装在天线式拉杆(41)左端下方的磁片(411)套装在天线式拉杆(41)左右两端的调平小螺母(412)固装在天线式拉杆(41)中心位置的水平仪(413)下方固装在天线式拉杆(41)右端并通过导管与电动式微量进样器(7)相连的储液器(414)组成且通过中下部支撑在第二升降调节螺杆(421)上端的天线式拉杆(41)和上端与天线式拉杆(41)中下部相连中部与带有支撑架的第二升降调节螺母(422)相连的第二升降调节螺杆(421)中部与第二升降调节螺杆(421)相连的带有支撑架的第二升降调节螺母(422)构成的第二升降装置其两者共同组成的测力感应件(4)。2.根据权利要求l所述的一种测量生物活体与物体间粘附力的测力装置，其特征在于所述的可开式透明箱体(1)可由透明有机玻璃或透明高聚物塑料制成，其形状可以是长方体或立方体，长度L为40-60cm、宽度W为30-50cm、高度H为30-50cm，置于外罩(101)前壁上的活动门(102)长度L，为30-50cm、宽度H，为20-40cm。3.—种测量生物活体与物体间粘附力的测力装置的测试方法，其特征在于通过如下步骤实现的[1]开启计算机(8)预热十分钟；[2]打开可开式透明箱体(1)的活动门(102)，旋动测力感应件(4)第二升降装置的第二升降调节螺杆(421)，以调节天线式拉杆(41)的高度至使摄像头(2)的位置比天线式拉杆(41)的左端磁片(411)的高度低5-10mm;旋动可旋转载物台(3)的第一升降装置的第一升降调节螺杆(321)使带有滚动轴承的载物圆台(31)的高度比天线式拉杆(41)低8-10cm;[3]根据生物样品(A)与物体间粘附力所要求的测试精度，通过表1査到与此精度对应的天线式拉杆(41)所需的长度，接着测量天线式杠杆(41)右端的储液器(414)的中心线与第二升降调节螺杆(421)的中心线间的力臂其值为Lp和测量左端磁片(411)的中心线与第二升降调节螺杆(421)的中心线间的力臂其值为Ld，并将Lp、Ld的值输入计算机(8);表1<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>[4]调节天线式拉杆(41)左右两端的调平小螺母(412)，观察天线式拉杆(41)中心的水平仪(413)的水泡是否在中心位置来调节好天线式拉杆(41)的初始平衡；[5]将生物样品(A)，如蝇类或蟋蟀或蜘蛛或甲虫，取某种的一只称其质量为Md并将其值输入计算机(8)，然后将该只生物样品(A)固定在现有的制样磁片上，使该制样磁片与天线式拉杆(41)左端下方的磁片(411)吸合，使生物体样品(A)被悬挂在磁片(411)上，因而使天线式拉杆(41)左端偏重而略向下倾斜；[6]将物体(B)，如砂纸或抛光纸或玻璃或塑料或胶体，放置在可旋转载物台(3)的带有滚动轴承的载物圆台(31)上，旋动带有滚动轴承的载物圆台(31)使物体(B)移至磁片(411)正下方，旋动可旋转载物台(3)的第一升降装置的第一升降调节螺杆(321)使带有滚动轴承的载物圆台(31)缓慢上升至使与生物体(A)刚刚接触；[7]调节温度传感器(5)、湿度传感器(6)使可开式透明箱体(1)内环境温湿度控制在温度20-25。C,湿度65-70%;然后立即关闭可开式透明箱体(1)的活动门(102);[8]打开计算机(8)的控制电动式微量进样器(7)的操作软件，设置电动式微量进样器(7)的每次进样量，每次进样量为质轻液体如酒精或低密度聚乙烯，每次进样量p为0.02mg-2g，鼠标每点击一下，将此设置的进样量注入储液器(414)中；[9]利用摄像头(2)拍摄生物样品(A)的整个受力过程并显示在显示器(9)上，在此整个拍摄过程中可以任意保存一个瞬间图片，经计算机(8)图像处理软件处理后经过打印机(10)打印出来；[10]重复步骤(8)中的点击鼠标动作，当显示器(9)上观测到生物样品(A)与带有滚动轴承的载物圆台(31)上的物体(B)分离的瞬间，停止点击鼠标；[11]通过步骤[3]中已输入计算机(8)的天线式杠杆(41)右端的储液器(414)的中心线与第二升降调节螺杆(421)的中心线间的力臂Lp、左端磁片(411)的中心线与第二升降调节螺杆(421)的中心线间的力臂Ld和步骤[5]中己输入计算机(8)中的Md，以及设定的每次进样量p和鼠标点击总数N，通过下面公式由计算机(8)计算出生物样品(A)与物体(B)该瞬间的粘附力数值Fa式中，Mp为质轻液体的总质量，Mp=pXN，g为重力加速度，其值为9.8N/kg;[12]重复测试步骤[l]-[ll]，共测试20只同种生物体(A)，获得的20个数据经计算机(8)数据处理软件处理，得到该种生物体(A)与物体(B)间的粘附力平均值、标准方差并由打印机(10)打印出来。全文摘要本发明属于力学测量仪器领域，它公开了一种测量生物活体与物体间粘附力的测力装置及测试方法。本发明的测试装置它包括可开式透明箱体、测力感应件、可旋转载物台、摄像头、电动式微量进样器、温度传感器、湿度传感器、计算机及显示和打印装置。通过本发明的测力装置和测试方法可以测量生物活体与各种粗糙表面间的粘附力。文档编号G01N33/48GK101482553SQ20081020323公开日2009年7月15日申请日期2008年11月24日优先权日2008年11月24日发明者霞印,晶高申请人:东华大学
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