医疗器械疲劳测试系统的比较

在过去的二十年中，疲劳试验经历了几次重大的技术变革。1990年以前，几乎所有的疲劳试验人员都采用伺服液压原理对试样施加载荷。伺服液压自20世纪50年代中期开始使用，是建筑材料、汽车、航空航天和大型结构试验机的事实标准技术。上世纪90年代，制造商开始试验其他驱动技术，包括伺服气动和直线电机。

尽管21世纪的大多数医疗器械测试应用都采用了直线电机技术，但每种技术都有其独特的特点，这使得它在医疗器械测试中不可或缺。

伺服液压（SH）

当大多数人想到伺服液压测试系统时，他们通常会想到MTS系统。MTS系统公司在20世纪50年代中期成立的材料试验系统研究部（Material test Systems Division of Research）推出了第一个伺服液压试验系统。MTS公司采用了为航空航天飞行控制系统设计的伺服阀和液压缸技术，并将其应用于疲劳试验。在此之前，疲劳试验要么在旋转弯曲机上进行，要么在共振（弹簧/质量）试验系统上进行。新的伺服液压方法的优点是加载“R”比可以控制到-1.0以外的其他值。

此外，施加的载荷可以从几千牛顿扩展到几百万牛顿，加载通道的数量也可以扩展。例如，一个简单的疲劳试验机可能只有一个加载执行器，而飞机机翼试验台可能有30到40个执行器。随着伺服液压试验系统市场的成熟，其他公司也进入了这个市场。如今，伺服液压测试系统的供应商包括MTS、Instron、Saginomiya、Shimadzu、Shore Western和Zwick。

伺服液压执行机构的尺寸可以满足几乎任何负载要求，并且执行机构可以设计成几乎任何冲程（最常见的冲程长度为100mm、150mm或250mm）。伺服液压执行机构也相对容易设计，如果你有一个特殊的行程和力的要求，一个新的定制执行机构可以在几个小时内设计

然而，SH执行器可以设计为约5kN的最小实际力额定值。对于小于5kN的负载，油封的摩擦会导致系统分辨率的问题。还有清洁度的担忧 - 如果在测试期间SH执行器密封泄漏，则可以污染测试样品。

此外，SH执行器设计用于持续数百万个循环而不会疲劳故障或密封泄漏。虽然这种寿命水平适用于典型的骨科测试（高达1000万次），但它不足以足够耐用的心血管设备（4亿至600万次）。由于它们的设计，SH系统需要高功率（5HP最小）液压泵，该液压泵必须经常改变，使其成为相对高的维护系统。

伺服气体（SP）测试系统

SP测试系统与液压测试系统类似，只是它使用压缩空气而不是液压油作为驱动介质。EnduraTEC在20世纪90年代初将这些系统引入骨科市场，作为SH系统的低成本替代品。虽然SP系统有望在这一市场领域产生影响，但它们并未在主流市场流行起来。与基于流体的系统相比，性能频率有限，而且大多数客户已经在SH系统上投入了大量资金，这一事实限制了SP系统的影响。

仍然，对于较低的力（即，小于1kN）和中等的测试频率（10 Hz无无人机）应用，SP系统代表了SH系统的可行替代方案。提供SP系统的唯一制造商是Enduratec。

单相直线电机（SPLM）

单相直线电机产生的力与施加的电流成比例。在90年代中期，EnduraTEC开始提供带有音圈的测试系统，用于支架和导线测试。专利5670708代表了一种支架移植测试仪，它是使用两个音圈作为驱动手段开发的。音圈后来被Bose公司开发的移动磁铁直线电机所取代。

移动磁铁设计优于语音线圈方法，因为它消除了容易疲劳失效的飞行引线，更容易冷却并具有较低的移动质量。移动磁铁电机也用于Enduratec（后来Bose和Ta Instruments）提供的电磁疲劳试验仪器。

SPLM系统有时是首选，因为其低输出力范围非常适合测试为血管内市场开发的小型医疗设备。此外，柔性轴承系统和移动磁铁设计提供了极高的使用寿命，与驱动SHor SP系统所需的功率相比，驱动SPLM所需的功率非常低。因此，由于移动质量较低，很容易获得60Hz及更高的测试频率。

然而，与其他系统相比，SPLM系统的受力能力较低，并且可以施加的冲程量通常是有限的，并且取决于SPLM的尺寸。另一个缺点是，由于所用组件的性质，几乎不存在随时定制SPLMs的能力，这使得一次性项目变得困难。

目前只有一家使用移动磁铁SPLM的测试系统供应商，这就是TA仪器。

多相线性电机（MPLM）

第一台MPLM测试仪于1998年由MTS系统公司引进并获得专利。该系统的特点是一个水平安装的直线电机，有一个100毫米的空气轴承支持系统中风。它是为半导体和医疗设备测试行业的精密低力疲劳应用而设计的。尽管其先进的设计，它没有使emuch的影响，在市场上最有可能的，因为这是一个新的技术，不符合SH范式的MTS的文化。

在2000年初通过enduraTec成功引入SPLM测试系统后，Instron和MTS决定提供电动测试系统替代品。在2000年代后期，Instron推出了其电赋液，2014年的MTS介绍了其Acumen系列的全电动试验仪器。两种系统都具有十字头安装的多相线圈电动机，具有移动的音圈或磁衔铁，该电枢被支撑在线性球轴承系统。

直线电机的多相设计使其能够提供更高的负载和更长的总行程。例如，最小的TA电动测试仪额定为200N，总行程为12.5mm，而最小的Instron ElectroPuls测试仪额定为1000N，总行程为60mm。虽然有人可能认为MPLM方法优于SPLM，但是MPLM相对于SPLM有以下相对的优点和缺点。

MPLM系统的附加阶段意味着电动机可以产生更多的功率。如果磁体组件的尺寸相同，则具有三个磁体的MPLM（多相运动所需）将产生两倍的力作为具有相当尺寸的单磁体的SPLM。MPLM还具有较长的行程能力，使得更容易测试更长的标本并随着行程更长的灵活性来设置测试。

然而，MPLM系统有几个缺点。由于MPLM中的移动电枢具有更多的线圈或磁体组件，因此移动质量更大。这意味着在高测试频率下，如果不采取小心将框架与板凳隔离，则在高测试频率下诱导的振动可能是基本的。虽然SPLM在60Hz和Up跑步时速度非常舒适，但MPLM系统通常难以实现高于30Hz的频率。为了提供更长的整体行程，MPLM系统具有滚子轴承支撑系统。

结论

元素具有宽广的设备，包括SH，SP，SPLM和MPLM测试系统。在设置测试时，我们能够选择最适合所需测试条件的测试系统。

例如，如果您想通过施加几毫米的位移在高频（30Hz或更大）上最多可测试15个样本，我们将利用SPLM测试系统。如果要在高负载和较低的测试频率下测试单个标本，我们将通过MPLM或SH基系统进行浏览。通过我们广泛的设备基地和机械测试竞技场的广泛体验，元件能够提供最可靠的测试条件。