非结构化环境下生物材料湿表面高分辨率应变检测理论及方法

基本信息
批准号:51575099
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:钟平
学科分类:
依托单位:东华大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:何国兴,姜萌,鲍云,杨馥,吴彦斌,李鹏飞,谭敏,陆泓波,周春雨
关键词:
应变传感器
结项摘要

Based on the imaging principle of digital speckle pattern interferometry (DSPI), thenew theory and methodof the deformation and strain detectionare studied for the wet surface of biological materials. The imaging method of laser speckle interference on biological material wet surface is researched. And by studying thedeformation and strain laws of the wet surface of biomaterials in the process of dynamic loading and the machanism by which random factors influence the interferometric images in the test, we propose the new space phase shift technology and the three-dimensional deformation data synchronous acquisition technology to solve difficult problems like interface physiological changes in the environment, external disturbances, dynamic loading and other unstructured environmental factors that affect the detection system.By exploring the inherent connection between the biomaterial interface three-dimensional strain and the complex contour data, we can reveal the mechanism by which macroscopic scale contour constrain the nanometer precision strain at detection interface and put forward the method that reconstruct the 3d geometric morphology of the strain distribution. On this basis, we solve the key technologies of the three-dimensional high-resolution biomaterials wet surface strain detection and design new precision-controllable DSPI system to realize capturing the strain response of which physiological load frequency ranges between 1-20HZ, measuring sensitivity between 20-50nm,and the measuring accuracy at 100nm. The research results have important significance on the understanding of biomechanical characterization at the bone-implant interface. Especially, on patients' limb-installation and computational simulations evaluate, as well as implant materials selection and designs.

基于数字散斑干涉(DSPI)成像原理,探求生物材料湿表面应变检测的新理论和方法。研究生物材料湿表面激光散斑干涉成像方法和规律。研究加载过程中生物材料湿表面应变规律及随机因素对相位干涉图像的影响机理,提出新型空间相位移技术和三维形变数据同步采集技术,解决检测界面生理环境变化、外部扰动及动态加载等非结构化环境因素对检测系统影响的难题;探究生物材料界面三维应变与复杂轮廓数据的内在关联,揭示宏观尺度轮廓形状与检测界面纳米精度应变的关联与约束机制,提出应变几何形貌三维分布图重建方法。在此基础上,解决生物材料湿表面高分辨率三维应变检测的关键技术并设计新型精密可控的DSPI系统,实现捕捉生理负荷频率范围为1-20HZ的应变响应,测量灵敏度20-50nm,测量精确度100nm。研究成果对获取骨质物和植入物界面生物力学特性,特别是对患者假肢安装和使用效果的评估及植入物的材料选择、设计计等具有重要的意义。

项目摘要

为了解外部动态载荷下活性骨骼界面全域应变分布,以评估假肢接触界面潜在的应力误匹配,压力或应力分布不均匀等,研究在苛刻条件下(检测材料的活性、检测过程的动态性及检测界面轮廓形状的复杂性)生物活性材料界面面内应变的高精度检测理论和方法。.本申请基于数字散斑干涉(DSPI)成像原理,探求生物材料湿表面应变检测的新理论和方法。本申请通过研究生物材料湿表面激光散斑干涉成像原理和规律,探究生物材料湿表面应变规律及随机因素对相位干涉图像的影响机理,并通过分析生理状态下生物活性材料界面非结构化因素对激光散斑稳定性影响,解决了形变前、后散斑干涉图像的“去相关”问题;提出了一种新型空间相位移技术和三维形变数据同步采集技术,解决检测界面生理环境变化、外部扰动及动态加载等非结构化环境因素对检测系统影响的难题;探究了生物材料界面三维应变与复杂轮廓数据的内在关联,揭示宏观尺度轮廓形状与检测界面纳米精度应变的关联与约束机制,提出了应变几何形貌三维分布图重建方法;通过对散斑干涉相位图进行模态分析,实现对其多尺度、自适应有效滤波;最后,将上述研究成果应用于三维变检测的新型DSPI传感系统设计,实现动态加载条件下生物活性材料界面面内应变的高精度检测,丰富DSPI应变检测的理论与方法。.最终解决了生物材料湿表面高分辨率三维应变检测的关键技术,并设计新型精密可控的DSPI系统,实现了捕捉生理负荷频率范围为1-20HZ的应变响应,测量灵敏度20-50nm,测量精确度100nm。研究成果对获取骨质物和植入物界面生物力学特性,特别是对患者假肢安装和使用效果的评估及植入物的材料选择、设计计等具有重要的意义。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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