埋入式义齿电容压力传感器在线检测系统

一、前言

    患者天然牙缺失，采用可摘义齿修复后，义齿下方粘膜及粘膜下方的骨组织所承受的作用力直接影响到这些组织的健康，当作用力在支持组织耐受范围之内时，作用力有利于支持组织健康，当作用力超过耐受力时，则对支持组织产生损伤，所以要评价一种义齿的好坏就必须了解其对下方组织的作用力情况。几十年来，对这个作用力的测定一直为口腔修复学界和医用传感器研究者所关注。现有的测定方法多是在义齿基托下方粘贴一个贴片电阻式压力传感器，但贴片电阻式压力传感器的弹性模量与义齿基托不一致，与检测组织表面也不吻合，也难与周围基托表面平齐，而且容易损坏，所测力的大小误差比较大，并难以测定实时出力的分布情况。

    本文介绍一种采用分布式埋植入义齿基托内 MEMS 电容式压力传感器能够准确测试出义齿下方粘膜及粘膜下方的骨组织所承受的力和力的分布。该传感器结构稳定，测量稳定性好，具有良好的线性度，力的最小分辨率为 0.1g[1]，灵敏度高，能够在-100°C～200°C 的温度范围内稳定工作，具有较宽的温度适用范围，能够适用于口腔的恶劣环境下作用力的测定。以下详细介绍系统的组成极其工作原理

二、系统组成及工作原理

    在线测试系统由两个主要部分组成：硬件系统和软件系统。下面对各个部分的组成结构、性能特点做出详细设计介绍。

1、硬件系统的组成及特点分析

硬件主要由义齿、A/D 转换器与 USB 接口、微机系统三部分组成，其整体系统实物图如图 1所示。

(1)       义齿：该设备是一组专门设计的 MEMS 电容式压力传感器。该结构上电极板由 P+膜和用来做绝缘层的 SiO2组成，通过其受力变形感知义齿咬合压力的大小。下极板的引线与玻璃板上溅射的金属电极相连，此电极由两种不同的金属钛和铜先后溅射而成，以保证既有良好的粘接性能又有良好的导电性。其具体参数如下表 1 所示。

 (2)A/D 与接口：A/D 转换与接口部分采用 UA303 型A/D 采集器。该采集器测量精度高，传输速度快、编程简便，可与带 USB 接口的各种台式计算机、笔记本机连接。此外，该采集器还具连接方便、无需外接电源、，可即插即用等优点。其任务是对脉象仪的模拟输出按一定频率进行采样，完成 A/D 转换，然后输出到微机系统。

(3)微机系统：微机系统的主要任务是数据分析处理、人 机 交 互 和 显 示 。 本 系 统 软 件 是 用 Microsoft VisualStudio .NET 2003 编制的，在编制过程中对计算要求比较高，但一旦软件编制完成，生成可执行文件，就可以在很低的配置下运作，即使是 486 计算机也足够运行该软件。