医疗器械疲劳试验系统的比较

在过去的二十年里，疲劳测试经历了几次重大的技术变革。在1990年之前，几乎所有的疲劳试验机都使用伺服液压原理对试件施加载荷。伺服液压技术自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测试设备事实上的标准技术。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。

虽然大多数21世纪的医疗设备测试应用都利用了直线电机技术，但每种技术都具有独特的特性，使其成为医疗设备测试不可或缺的一部分。

伺服液压控制的(SH)

当大多数人想到伺服液测试系统时，他们通常会想到MTS系统。MTS系统在20世纪50年代中期介绍了第一个伺服液测试系统，该系统是在20世纪50年代中期纳入的研究。MTS采用伺服阀和液压缸技术，专为航空航天飞行控制系统而设计，并将其应用于疲劳测试。在此时间之前，在旋转弯曲机或谐振（弹簧/质量）测试系统上进行疲劳试验。新的辅助方法的优点是装载“R”比率可以控制于-1.0以外的东西。

此外，应用的负载可以从几千吨扩大到几百万吨，加载通道的数量也是可伸缩的。例如，一个简单的疲劳试验机可能只有一个加载驱动器，而一个飞机机翼试验台可能有30到40个驱动器。随着伺服液压测试系统市场的成熟，其他公司进入市场。今天，伺服液压测试系统的供应商包括MTS, Instron, Saginomiya，岛津，Shore west和Zwick。

伺服液压执行器可以满足任何负载要求，执行器可以设计为几乎任何行程(最常见的行程长度为100mm, 150mm或250mm)。伺服液压执行器也相对容易设计;如果你有一个特殊的行程和力量要求，一个新的定制执行器可以设计在几个小时的问题

然而，SH执行器的最小实际额定力可设计为约5kN。对于小于5kN的负载，油封的摩擦会导致系统解决方案出现问题。还有一个关于洁净度的问题——如果SH执行器密封在测试期间泄漏，测试样品可能被污染。

此外，SH执行机构的设计可持续数千万次循环，不会出现疲劳故障或密封泄漏。虽然这一水平的寿命对于典型的骨科测试(多达1000万次循环)很有效，但对于心血管设备(4亿至6亿次循环)却不够持久。由于他们的设计，SH系统需要一个高功率(最低5HP)液压泵，并且必须定期更换供油，这使其成为一个相对高维护的系统。

伺服气动(SP)测试系统

SP测试系统与液压测试系统相似，不同之处在于它使用压缩空气代替液压流体作为驱动介质。EnduraTEC在20世纪90年代早期将这些系统引入骨科市场，作为SH系统的低成本替代品。尽管SP系统有希望在这一市场领域产生影响，但它们在主流市场上并不流行。与基于流体的系统相比，SP系统的性能频率有限，而且大多数客户已经在SH系统上投入了大量资金，这限制了SP系统的影响。

尽管如此，对于较低的力(即小于1kN)和中等测试频率(10hz或更少)的应用，SP系统是SH系统的可行替代方案。唯一提供SP系统的制造商是EnduraTEC。

单相线性电机（SPLM）

单相直线电机产生的力是正比于施加的电流量。在90年代中期，EnduraTEC开始提供用于支架和导线测试的声音线圈测试系统。专利5,670,708代表了一种使用两个音圈作为驱动手段的支架移植测试器。声音线圈后来被玻色公司开发的移动磁铁直线电机所取代。

动磁铁的设计优于音圈方法，因为它消除了容易疲劳失效的飞行引线，更容易冷却，移动质量更低。在EnduraTEC(后来是Bose和TA Instruments)提供的电力疲劳测试仪器中也使用了移动磁铁电机。

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的设计提供了极高的寿命，驱动SPLM所需的功率与驱动SHor SP系统相比相当低。因此，由于移动质量较低，易于获得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，可应用的冲程量通常是有限的，取决于SPLM的大小。另一个缺点是，由于所使用组件的性质，几乎不存在容易定制splm的能力，使得一次性项目变得困难。

目前只有一个供应商的测试系统，利用移动磁体SPLMs，这是TA仪器。

多相直线电机(MPLM)

MTS Systems公司于1998年引进并申请了MPLM测试仪的专利。该系统采用了水平安装的直线电机，冲程为100毫米，并配备了空气轴承支持系统。它是专为精密低力疲劳应用在半导体和医疗设备测试行业。尽管它的设计很先进，但它并没有在市场上产生很大的影响，很可能是因为它是一项新技术，不符合MTS文化的SH范式。

在2000年初EnduraTEC公司成功引入SPLM测试系统后，Instron和MTS决定提供一种可替代的电气测试系统。2000年代末，Instron推出了electropulse系列，2014年MTS推出了Acumen系列全电测试仪器。两个系统的特点是十字头安装多相直线电机与一个移动音圈或磁电枢，支持在一个直线滚珠轴承系统。

线性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 ElectroForceTest仪器的额定电流为200N，总冲程为12.5mm，而最小的Instron ElectroPuls测试仪的额定电流为1000N，冲程为60mm。虽然有人可能认为MPLM方法比SPLM好，但是MPLM相对于SPLM有如下的优点和缺点。

MPLM系统的附加阶段意味着电机可以产生更多的功率。如果磁铁组件的大小相同，一个带有三个磁铁的MPLM(多相运动所需的)将产生两倍于一个具有相同大小的单个磁铁的SPLM的力。MPLM还具有更长的冲程能力，因此更容易测试更长的样本，并设置测试，因为更长的冲程提供了更多的灵活性。

然而，MPLM系统也有几个缺点。由于MPLM中移动电枢有更多的线圈或磁铁组件，移动质量更大。这意味着，在高测试频率下，如果不注意将框架与测试台隔离，则诱导到测试台或地板的振动可能是实质性的。虽然SPLM在60Hz及以上的频率下运行非常舒适，但MPLM系统通常难以达到高于30Hz的频率。为了提供更长的整体冲程，MPLM系统采用了滚柱轴承支撑系统。

结论

Element拥有广泛的设备，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。