节肢动物螯足力量的测量方法及装置与流程

本发明涉及一种测量节肢动物螯足力量的方法及其所使用的螯足力量测量装置，属于节肢动物力量测量领域。

背景技术：

节肢动物的步足变形成钳，特称螯足，用来取食或御敌。节肢动物螯足力量大小是其重要的生物学特征之一，也可作为评判经济型节肢动物品质的指标。为满足科学研究的需要，更好的了解节肢动物螯足力量对其摄食、御敌等行为的影响，需要通过一种专门的节肢动物螯足力量测量计测量其螯足力量，以满足科学研究的需要。

在节肢动物力量测量领域有时根据科研需要须测量蟹螯足的力量，但现有的力量测量计多为人类使用的握力计，不适合应用于节肢动物螯足力量的测量。为了满足科学研究的需要，有必要设计一种专门针对节肢动物螯足力量的测量计。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种节肢动物螯足力量的测量方法及装置，以克服现有测量设备和技术的不足。

一种节肢动物螯足力量的测量方法，其特征在于包括以下步骤：将两块夹板彼此相对的一面通过压力弹簧连接，其中一块夹板的一端与滑动电阻固定连接，另一块夹板的一端与滑动电阻器的滑块连接；令节肢动物的螯足夹持两块夹板，以改变滑动电阻的电阻值，通过检测电阻值以获得电阻的改变量，通过电阻的改变量获得电阻滑块的位移量即所述压力弹簧的形变量，最后根据胡克定律得到该节肢动物螯足力量的大小。

所述的滑动电阻与电流表串联并接有电源；以电流表测量螯足夹持两块夹板时通过滑动电阻的电流，并根据测得的电流计算电阻的改变量。

所述的滑动电阻与电压表并联并接有电源；以电压表测量螯足夹持两块夹板时滑动电阻的电压，并根据测得的电压计算电阻的改变量。

一种节肢动物螯足力量测量装置，其特征在于该装置包括外壳和安装在外壳上的测力棒，测力棒包括与所述外壳固定相连的固定夹板以及位于固定夹板上方的可移动夹板，可移动夹板通过压力弹簧与固定夹板相连；所述外壳内设有滑动电阻r2、定值电阻r1、带有a/d转换器的单片机、led数字显示器、开关以及电源，所述可移动夹板朝向外壳的一端设有连接杆，该连接杆与滑动电阻r2上的滑块相连；

定值电阻r1及滑动电阻串联，且二者之间有点电压测量点，该测量点与单片机相连，并通过单片机测量该测量点的点电压；测量时，测力棒的压力弹簧受力压缩，测力棒的可移动夹板向固定夹板移动，从而带动连接杆改变滑动电阻r2阻值大小，进而改变测量点的点电压大小，单片机采集测量点的电压信号并将点电压信号转换成数字信号，将电压值换算成弹簧弹力并在led数字显示器上显示，所述电源为整个装置供电，且该电源由开关进行控制。

一种节肢动物螯足力量测量装置，其特征在于该装置包括外壳和安装在外壳上的测力棒，测力棒包括与所述外壳固定相连的固定夹板以及位于固定部上方的可移动夹板，可移动夹板通过压力弹簧与固定夹板相连；所述外壳内设有滑动电阻r2、电流表、开关以及电源，所述可移动夹板朝向外壳的一端设有连接杆，该连接杆与滑动电阻r2上的滑块相连。

当所述测力棒未被夹持时，令所述滑动电阻r2的阻值为最大值，并以此时电流表的指针位置为0刻度；当所述测力棒中的压力弹簧被完全压缩时，所述滑动电阻r2的阻值为最小值，以此时电流表的指针位置为最大力度值，以此对电流表刻度盘进行划分。

上述节肢动物螯足力量测量装置还包括单片机与led数字显示器，所述的单片机接收所述电流表测得的电流值，计算出对应的弹簧弹力，并通过led数字显示器进行显示。

所述测力棒内外两端均为圆球状，两端之间部分的宽度小于两端圆球的直径，所述可移动夹板位于测力棒中部的两个圆球之间，并与其下方的固定夹板的中段部分相互贴近而形成短棒状结构；两端的圆球光滑，从而使螯足无论夹取何处均可使其滑至可移动部进行准确测量；可移动夹板的边缘与固定夹板之间覆盖防水膜，以保证测力计内部电路干燥；上述短棒状结构的截面呈椭圆形，以模仿贝壳圆弧状，可以更好的适应节肢动物的螯足形状。

所述的测力棒的被夹持部分设有可拆卸式橡胶外皮，橡胶外皮带有细小凹槽，颜色为黑色。

所述的单片机采用ac8051f410单片机，该单片机内置8位中央处理器，flash程序存储器，12位sar模拟/数字转换器，精度高、数据并行输出，速度满足测试需求；并由编译器keil在单片机上编程植入ucos-ii，以实现记录测量过程中力量大小。

测量时，压力弹簧带动连接杆改变滑动变阻器r2阻值大小，因而压力弹簧形变量x与滑动变阻器r2的形变量相同，滑动变阻器r2的阻值变化与其滑动距离成正比，即r3/r2=（l-x）/l（l为未测量时滑动变阻器的长度，r2为滑动变阻器最大阻值，r3为滑动变阻器r2滑动距离为x时的阻值），因此通过测量r3可进一步计算出压力弹簧形变量x，由胡克定律f=kx（k为压力弹簧劲度系数）可得出螯足力；

所述单片机接收滑动电阻r2与定值电阻r1间测量点的电压信号ｕ=r3/（r1+r3）×参考电压（参考电压为固定值），通过a/d转换器采集该电压信号u并将电压信号转换为数字信号，输出4096×ｕ／参考电压的二进制数字信号，单片机根据公式ｕ=r3/（r1+r3）×参考电压计算出测力时滑动变阻器r3阻值大小。

所述的led数字显示器由多个8段式led数码显示管组成；显示管的引脚与单片机输出端口相接，通过对单片机进行编程控制单片机输出高/低电平进而控制这多个8段式led数码显示管的亮/灭产生的组合显示出各种数字。

为使led数字显示器及单片机能够准确、稳定地正常工作，且为保证便携式测力计的体积小、重量轻、便于携带等特点，使用+5v直流电源。

发明优点

本发明涉及原理简单可靠，可根据动物特点设计不同颜色和大小的测力计，能更好的满足螯足力量的精确测量，橡胶外皮的细小凹槽内可填充诱食剂等，引诱被测动物主动夹取测力棒可移动部，同时柔软的橡胶可保护动物的螯足及测力计在测量时不受损伤。测力棒固定部上下端圆球光滑，螯足无论夹取何处均可使其滑至可移动部分进行准确测量。橡胶外皮的可拆卸设计使同一测力计只需更换不同的绝缘塑料外套即可测量不同的动物，快捷方便，且橡胶防水适应于水中操作。

测力计体积小、重量轻、便于携带，且测量方法简单，不仅适合在实验室测量，更适宜于野外科研实验测量，为科学实验提供更准确的力量数据。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图（测力棒为圆柱形）。

图2是图1的内部电路设计图。

图3是本发明的整体结构示意图（测力棒两端为球状）。

图4是图3的内部电路设计图。

图5是测力棒被夹持部分的截面图。

图6是本发明采用电流表方案的电路图。

图7是本发明采用电流表、单片机和显示器的方案的电路图。

其中，图7a是单片机和显示器采用内置的方式，图7b是单片机和显示器采用外接的方式。

图8是本发明采用电流表方案时的电流表表盘示意图。

其中：1、测力棒，2、橡胶外皮，3、压力弹簧，4、连接杆，5、滑动电阻r2，6、定值电阻r1，7、a/d转换器，8、单片机，9、led数字显示器，10、开关键，11、电源，12、外壳，13、防水膜，14、电流表。

具体实施方式

一种节肢动物螯足力量的测量方法，其特征在于包括以下步骤：将两块夹板彼此相对的一面通过压力弹簧连接，其中一块夹板的一端与滑动电阻固定连接，另一块夹板的一端与滑动电阻器的滑块连接；令节肢动物的螯足夹持两块夹板，以改变滑动电阻的电阻值，

所述的滑动电阻与电流表串联并接有电源；以电流表测量螯足夹持两块夹板时通过滑动电阻的电流，并根据测得的电流计算电阻的改变量；

或者所述的滑动电阻与电压表并联并接有电源；以电压表测量螯足夹持两块夹板时滑动电阻的电压，并根据测得的电压计算电阻的改变量；

通过电阻的改变量获得电阻滑块的位移量即所述压力弹簧的形变量，最后根据胡克定律得到该节肢动物螯足力量的大小。

显然，将上述滑动电阻替换成位移传感器，通过位移传感器监测两块夹板的相对位移，即夹板被夹持时压力弹簧的形变量，进而根据胡克定律直接得到节肢动物螯足的夹持力。

如图1-7所示，本发明包括外壳12，测力棒1、橡胶外皮2、压力弹簧3、连接杆4、滑动电阻r25、定值电阻r16、a/d转换器7、单片机8、led数字显示器9、开关键10、电源11、防水膜13，电流表14。

实施例1

如图1-5，一种节肢动物螯足力量测量装置，其特征在于该装置包括外壳12和安装在外壳12上的测力棒1，测力棒1包括与所述外壳12固定相连的固定夹板以及位于固定夹板上方的可移动夹板，可移动夹板通过一根或多根压力弹簧3与固定夹板相连；所述外壳12内设有滑动电阻r25、定值电阻r16、带有a/d转换器7的单片机8、led数字显示器9、开关10以及电源11，所述可移动夹板朝向外壳的一端设有连接杆4，该连接杆4与滑动电阻r25上的滑块相连；

定值电阻r16及滑动电阻5串联，且二者之间有点电压测量点，该测量点与单片机8相连，并通过单片机8测量该测量点的点电压；测量时，测力棒1的压力弹簧3受力压缩，测力棒1的可移动夹板向固定夹板移动，从而带动连接杆4改变滑动电阻r25阻值大小，进而改变测量点的点电压大小，单片机8采集测量点的电压信号并将点电压信号转换成数字信号，将电压值换算成弹簧弹力并在led数字显示器9上显示，所述电源11为整个装置供电，且该电源11由开关10进行控制。

如图1、2，所述测力棒1呈柱状结构，该方案结构简单，易于制作，整个测力棒1均可被用于夹持。

如图3、4，所述测力棒1内外两端均为圆球状，两端之间部分的宽度小于两端圆球的直径，所述可移动夹板位于测力棒1中部的两个圆球之间，并与其下方的固定夹板的中段部分相互贴近而形成短棒状结构；两端的圆球光滑，从而使螯足无论夹取何处均可使其滑至可移动部进行准确测量；可移动夹板的边缘与固定夹板之间的缝隙覆盖防水膜13，以保证测力计内部电路干燥；上述短棒状结构的截面呈椭圆形，以模仿贝壳圆弧状，可以更好的适应节肢动物的螯足形状。

所述的可移动夹板上设有可拆卸式橡胶外皮2，固定夹板位于两个球体之间的部分也设有可拆卸式橡胶外皮2，橡胶外皮2带有细小凹槽，颜色为黑色。

所述的单片机8采用ac8051f410单片机，该单片机内置8位中央处理器，flash程序存储器，12位sar模拟/数字转换器，精度高、数据并行输出，速度满足测试需求；并由编译器keil在单片机8上编程植入ucos-ii，以实现记录测量过程中力量大小。

测量时，压力弹簧3带动连接杆4改变滑动变阻器r25阻值大小，因而压力弹簧3形变量x与滑动变阻器r25的形变量相同，滑动变阻器r25的阻值变化与其滑动距离成正比，即r3/r2=（l-x）/l（l为未测量时滑动变阻器的长度，r2为滑动变阻器最大阻值，r3为滑动变阻器r2滑动距离为x时的阻值），因此通过测量r3可进一步计算出压力弹簧3形变量x，由胡克定律f=kx（k为压力弹簧劲度系数）可得出螯足力；

所述单片机8接收滑动电阻r25与定值电阻r16间测量点的电压信号ｕ=r3/（r1+r3）×参考电压（参考电压为固定值），通过a/d转换器7采集该电压信号u并将电压信号转换为数字信号，输出4096×ｕ／参考电压的二进制数字信号，单片机8）根据公式ｕ=r3/（r1+r3）×参考电压计算出测力时滑动变阻器r3阻值大小。

所述的led数字显示器9由8段式led数码显示管组成；显示管的引脚与单片机输出端口相接，通过对单片机8进行编程控制单片机输出高/低电平进而控制这八段发光二极管的亮/灭产生的组合显示出各种数字。

为使led数字显示器9及单片机8能够准确、稳定地正常工作，且为保证便携式测力计的体积小、重量轻、便于携带等特点，使用+5v直流电源11。

使用时，首先将测力棒的橡胶外皮的细小凹槽内填充诱食剂等，引诱被测动物主动夹取测力棒，同时柔软的橡胶可保护动物的螯足及测力计在测量时不受损伤。

橡胶外皮为可拆卸设计。可以根据不同的动物选择不同颜色的橡胶外皮，实验证明测量蟹螯足力量时测力棒为黑色更容易使动物发挥最大力。

同一测力计只需更换不同颜色的绝缘塑料外套即可测量不同的动物，快捷方便，且橡胶防水适应于水中操作。

其次，螯足夹取测力棒，压力弹簧受力压缩，测力棒的可移动部向固定部移动，从而带动连接杆改变滑动电阻r2阻值大小，进而改变电路电压大小；滑动电阻r2与定值电阻r1间有电压测量点，该测量点与单片机相连，单片机接收该点电压ｕ=r3/(r1+r3)×参考电压（r3为测力时滑动变阻器r2的瞬时阻值），并通过模拟/数字转换器采集电压信号u并将电压信号转换为数字信号，输出4096×ｕ／参考电压的二进制数字信号；通过单片机内部处理器接收模拟/数字转换器的数字信号根据公式ｕ=r3/(r1+r3)×参考电压计算出测力时滑动变阻器r3阻值大小；因压力弹簧形变量x与滑动变阻器r2的形变量相同，滑动变阻器r2的阻值变化与其滑动距离成正比，即r3/r2=(l-x)/l（l为未测量时滑动变阻器的全长，r2、r3、l均为已知量），单片机进一步计算出压力弹簧形变量x；由胡克定律f=kx(k为压力弹簧劲度系数，已知量)可得出所测力的数据。

led数字显示器中各个发光二极管的引脚与单片机的输出端口相接，通过对单片机编程控制单片机输出高/低电平实现各个二极管的亮/灭,进而实现led数字显示器显示测量过程中的力量数据。电源为整个装置供电，且该电源有开关进行控制。

实施例2

该实施例外观设计与实施例1相同（如图1、3），其特征在于采用电流表进行测量，包括外壳12和安装在外壳12上的测力棒1，测力棒1包括与所述外壳12固定相连的固定夹板以及位于固定部上方的可移动夹板，可移动夹板通过压力弹簧3与固定夹板相连；所述外壳12内设有滑动电阻r25、电流表14、开关10以及电源11，所述可移动夹板朝向外壳的一端设有连接杆4，该连接杆4与滑动电阻r25上的滑块相连。

测量时，测力棒1的压力弹簧3受力压缩，测力棒1的可移动部向固定部移动，从而带动连接杆4改变滑动电阻r25阻值大小，进而改变电流大小，且弹簧改变量与电流改变量呈正比例关系，通过电流表14的示数可得出弹力大小即螯足力。

实施例3

在实施例2的基础上，进行以下设计：

其电路图如图6，当所述测力棒1未被夹持时，令所述滑动电阻r25的阻值为最大值，并以此时电流表14的指针位置为0刻度；当所述测力棒1中的压力弹簧3被完全压缩时，所述滑动电阻r25的阻值为最小值，以此时电流表14的指针位置为最大力度值，以此对刻度盘进行划分。可以直接通过电流表指针的位置来读取螯足力量的大小。其电流表表盘如图8所示，其具有两个半圆形刻度，内侧为表示电流的刻度，外侧为表示力的刻度。

据此原理可对该电流表表盘进行改装，根据不同电流时测得的力量大小在电流表电流示数上方标注出对应的力f，即可得到一个测量节肢动物螯足力量的简易测力计。

实施例4

在实施例2的基础上，进行以下设计：

其电路图如图7，上述节肢动物螯足力量测量装置还包括单片机8与led数字显示器9，所述的单片机8接收所述电流表14测得的电流值，计算出对应的弹簧弹力，并通过led数字显示器9进行显示。单片机8与led数字显示器9分内置式和外接式两种。可以通过显示器直接读取数字化的螯足力量大小。