基于表面对称电极压电材料杆的人体耳石器官实体模型制造技术

本发明专利技术公开一种基于表面对称电极压电材料杆的人体耳石器官实体模型，精确模仿人体耳石器官的结构和工作机制。本发明专利技术的人体耳石器官实体模型，包括圆盒状刚性壳体(8)和连通管(9)，其间充满液体(7)；刚性壳体(8)内设有圆柱状柔性弹性体(5)，刚性壳体(8)底部与柔性弹性体(5)连接处设有以柔性弹性膜(4)密封的空隙，还包括底座(2)及固定于底座(2)底部的表面对称电极压电材料杆(11、12、13、14)和下部与表面对称电极压电材料杆(11、12、13、14)接触的阶梯结构弹性杆(3)，阶梯结构弹性杆(3)的上部穿过所述柔性弹性膜(4)密封于柔性弹性体(5)中。

【技术实现步骤摘要】
基于表面对称电极压电材料杆的人体耳石器官实体模型
本专利技术属于人体器官仿生
，特别是一种基于表面对称电极压电材料杆的人体耳石器官实体模型。
技术介绍
人体前庭系统中的耳石器官，包括椭圆囊和球囊，可以感知人体头部的直线加速度，用于保持身体平衡、维持稳定视觉，是人形重要的感觉器官。由于体积小、结构复杂、隐藏在头骨中，很难通过现有的技术手段，直接测量耳石器官内部的力学响应。而根据真实的人体耳石器官结构，用人工材料(或器件)代替相应的生物组织，设计制备人体耳石器官实体模型，可以较真实地观察和测量出人体耳石器官的工作机制，并进行各种生物体无法开展的物理实验，促进了解相关前庭疾病的病因。目前，人体耳石器官实体模型的结构如中国专利技术专利“仿耳石器官结构的直线加速度传感器”(申请号：201610271820.3公开日：2016.08.24)所述，包括刚性壳体、柔性弹性体，固定在刚性壳体底部的多根并联在一起的含金属芯压电纤维，粘接在柔性弹性体顶端的刚性元件，连接刚性元件和外部刚性壳体的弹性元件，将含金属芯压电纤维的对称电极用两根导线引出，两根导线分别连接在电荷放大器输入端的正负极上，将整个装置固定在激振器上，激振器上下振动时，弹性元件伸缩随之带动刚性元件，这时柔性弹性体会发生弹性形变，含金属芯压电纤维也会发生弹性形变，含金属芯压电纤维也会发生弹性形变，包裹在柔性弹性体里的含金属芯压电纤维会得到一个冲击信号，由于压电效应，压电材料上的表面电极有电荷发生，由于电极位置的不同，电极上产生的电荷或电压是不同的。这样我们通过采集电极上的电荷信号，经数据处理分析，即可得其加速度信息。上述直线加速度传感器的结构和人体的耳石器官结构有很大不同，柔性弹性体直接暴露在空气中。当有直线加速度作用时，依靠柔性弹性体及其上的固体颗粒的惯性，是柔性弹性体发生弯曲变形。而人体耳石器官中的感受器，即囊斑是浸泡在人体内淋巴液中的。头部受到直线加速度作用时，由于惯性力的作用，内淋巴液体向相反方向运动。依靠液体摩擦力的作用，囊斑产生弯曲变形，进而产生传感信号。因此，中国专利技术专利“仿耳石器官结构的直线加速度传感器”与人体耳石器官的结构不同，感知直线加速度的工作原理完全不同，其生物力学特性也有很大的区别，不能完全模仿人体耳石器官的工作机制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于表面对称电极压电材料杆的人体耳石器官实体模型，精确模仿人体耳石器官的结构和工作机制。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于表面对称电极压电材料杆的人体耳石器官实体模型，包括圆盒状刚性壳体8，其上方设有十字交叉的连通管9，所述连通管9各端向下弯曲，与刚性壳体8侧壁密封固连；在所述刚性壳体8内设有圆柱状柔性弹性体5，所述柔性弹性体5与刚性壳体8圆心重合，下端与刚性壳体8底部固定连接；所述刚性壳体8底部与柔性弹性体5连接处设有空隙，并以柔性弹性膜4将该空隙密封；还包括底部及周边封闭、上部开口的底座2及固定于所述底座2底部的第一至四表面对称电极压电材料杆11、12、13、14；还包括下部直径大、上部直径小的阶梯结构弹性杆3，所述阶梯结构弹性杆3下端固定在底座2底部，所述第一至四表面对称电极压电材料杆11、12、13、14周向均匀环绕于阶梯结构弹性杆3，所述阶梯结构弹性杆3的上部穿过所述柔性弹性膜4密封于柔性弹性体5中；所述第一至四表面对称电极压电材料杆11、12、13、14分别与所述弹性杆3的一侧接触；所述底座2上端与刚性管道9底部固定连接，并使第一至四表面对称电极压电材料杆11、12、13、14中相间的两两下端连线与对应的连通管9轴线平行；所述连通管9与刚性壳体8形成的密闭空间充满液体7。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：能精确模仿人体耳石器官的结构和工作机制：本专利技术完全模仿人体内耳中耳石器官的结构和功能，能够计算出直线加速度的大小和方向，以用于医学领域，研究人体的耳石器官的功能机制，也可以用于检测人体耳石器官的功能检查。也可以用于机器人领域，感知机器人头部的直线加速度方向和大小，进而保持机器人在运动中的清晰视觉，感知身体的姿态、维持身体平衡。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。附图说明图1是本专利技术基于表面对称电极压电材料杆的人体耳石器官实体模型的结构示意图。图2是本专利技术基于表面对称电极压电材料杆的人体耳石器官实体模型的俯视图。图3是图1中底座的俯视图。图4是图1中表面对称电极压电材料杆的横剖面图。图5是图1中表面对称电极压电材料杆的纵剖面图。图中，第一至四表面对称电极压电材料杆11、12、13、14，底座2，阶梯结构弹性杆3，第二表面对称电极压电材料杆4，柔性弹性膜5，柔性弹性体6，液体7，连接管8，刚性管道9，弯曲刚性金属芯101，压电材料102，第一表面金属薄层103，第二表面金属薄层104，第一压电材料极化部分105，第二压电材料极化部分106，极化方向107。具体实施方式如图1、2所示，本专利技术基于表面对称电极压电材料杆的人体耳石器官实体模型，包括圆盒状刚性壳体8，其上方设有十字交叉的连通管9，所述连通管9各端向下弯曲，与刚性壳体8侧壁密封固连；在所述刚性壳体8内设有圆柱状柔性弹性体5，所述柔性弹性体5与刚性壳体8圆心重合，下端与刚性壳体8底部固定连接；所述刚性壳体8底部与柔性弹性体5连接处设有空隙，并以柔性弹性膜4将该空隙密封；还包括底部及周边封闭、上部开口的底座2及固定于所述底座2底部的第一至四表面对称电极压电材料杆11、12、13、14；还包括下部直径大、上部直径小的阶梯结构弹性杆3，所述阶梯结构弹性杆3下端固定在底座2底部，所述第一至四表面对称电极压电材料杆11、12、13、14周向均匀环绕于阶梯结构弹性杆3，所述阶梯结构弹性杆3的上部穿过所述柔性弹性膜4密封于柔性弹性体5中；所述第一至四表面对称电极压电材料杆11、12、13、14分别与所述弹性杆3的一侧接触；如图3所示。所述底座2上端与刚性管道9底部固定连接，并使第一至四表面对称电极压电材料杆11、12、13、14中相间的两两下端连线与对应的连通管9轴线平行；所述连通管9与刚性壳体8形成的密闭空间充满液体7。作为改进，所述柔性弹性体5上表面阵列排布有多个固体颗粒6。柔性弹性体5表面镶嵌的固体颗粒，由于密度高于柔性弹性体，增加了惯性力的大小，使测量更灵敏。如图4、5所示，所述第一表面对称电极压电材料杆11包括弯曲刚性金属芯101和上端与所述弯曲刚性金属芯101下端固定连接的圆柱状压电材料102，还包括紧贴于压电材料102一侧的第一表面金属薄层103和相对另一侧的第二表面金属薄层104；所述弯曲刚性金属芯101的上端与弹性杆3一侧接触。优选地，所述第一至四表面对称电极压电材料杆11、12、13、14形状、结构相同，关于弹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于表面对称电极压电材料杆的人体耳石器官实体模型，其特征在于：/n包括圆盒状刚性壳体(8)，其上方设有十字交叉的连通管(9)，所述连通管(9)各端向下弯曲，与刚性壳体(8)侧壁密封固连；/n在所述刚性壳体(8)内设有圆柱状柔性弹性体(5)，所述柔性弹性体(5)与刚性壳体(8)圆心重合，下端与刚性壳体(8)底部固定连接；/n所述刚性壳体(8)底部与柔性弹性体(5)连接处设有空隙，并以柔性弹性膜(4)将该空隙密封；/n还包括底部及周边封闭、上部开口的底座(2)及固定于所述底座(2)底部的第一至四表面对称电极压电材料杆(11、12、13、14)；/n还包括下部直径大、上部直径小的阶梯结构弹性杆(3)，所述阶梯结构弹性杆(3)下端固定在底座(2)底部，所述第一至四表面对称电极压电材料杆(11、12、13、14)周向均匀环绕于阶梯结构弹性杆(3)，所述阶梯结构弹性杆(3)的上部穿过所述柔性弹性膜(4)密封于柔性弹性体(5)中；/n所述第一至四表面对称电极压电材料杆(11、12、13、14)分别与所述弹性杆(3)的一侧接触；/n所述底座(2)上端与刚性管道(9)底部固定连接，并使第一至四表面对称电极压电材料杆(11、12、13、14)中相间的两两下端连线与对应的连通管(9)轴线平行；/n所述连通管(9)与刚性壳体(8)形成的密闭空间充满液体(7)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于表面对称电极压电材料杆的人体耳石器官实体模型，其特征在于：
包括圆盒状刚性壳体(8)，其上方设有十字交叉的连通管(9)，所述连通管(9)各端向下弯曲，与刚性壳体(8)侧壁密封固连；
在所述刚性壳体(8)内设有圆柱状柔性弹性体(5)，所述柔性弹性体(5)与刚性壳体(8)圆心重合，下端与刚性壳体(8)底部固定连接；
所述刚性壳体(8)底部与柔性弹性体(5)连接处设有空隙，并以柔性弹性膜(4)将该空隙密封；
还包括底部及周边封闭、上部开口的底座(2)及固定于所述底座(2)底部的第一至四表面对称电极压电材料杆(11、12、13、14)；
还包括下部直径大、上部直径小的阶梯结构弹性杆(3)，所述阶梯结构弹性杆(3)下端固定在底座(2)底部，所述第一至四表面对称电极压电材料杆(11、12、13、14)周向均匀环绕于阶梯结构弹性杆(3)，所述阶梯结构弹性杆(3)的上部穿过所述柔性弹性膜(4)密封于柔性弹性体(5)中；
所述第一至四表面对称电极压电材料杆(11、12、13、14)分别与所述弹性杆(3)的一侧接触；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：边义祥，陈宇航，郑再象，郭广明，朱林，吴志学，刘冬稔，王昌龙，陈文家，姜亚妮，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32