[發明專利]基于表面對稱電極壓電材料桿的人體耳石器官實體模型

在審

• 申請號: 202011177951.8
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112526167A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 邊義祥;陳宇航;鄭再象;郭廣明;朱林;吳志學;劉冬稔;王昌龍;陳文家;姜亞妮
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G01P15/09
• 分類號: G01P15/09
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 吳茂杰

本發明公開一種基于表面對稱電極壓電材料桿的人體耳石器官實體模型，精確模仿人體耳石器官的結構和工作機制。本發明的人體耳石器官實體模型，包括圓盒狀剛性殼體(8)和連通管(9)，其間充滿液體(7)；剛性殼體(8)內設有圓柱狀柔性彈性體(5)，剛性殼體(8)底部與柔性彈性體(5)連接處設有以柔性彈性膜(4)密封的空隙，還包括底座(2)及固定于底座(2)底部的表面對稱電極壓電材料桿(11、12、13、14)和下部與表面對稱電極壓電材料桿(11、12、13、14)接觸的階梯結構彈性桿(3)，階梯結構彈性桿(3)的上部穿過所述柔性彈性膜(4)密封于柔性彈性體(5)中。

技術領域

本發明屬于人體器官仿生技術領域，特別是一種基于表面對稱電極壓電材料桿的人 體耳石器官實體模型。

背景技術

人體前庭系統中的耳石器官，包括橢圓囊和球囊，可以感知人體頭部的直線加速度， 用于保持身體平衡、維持穩定視覺，是人形重要的感覺器官。由于體積小、結構復雜、隱藏在頭骨中，很難通過現有的技術手段，直接測量耳石器官內部的力學響應。而根據 真實的人體耳石器官結構，用人工材料(或器件)代替相應的生物組織，設計制備人體 耳石器官實體模型，可以較真實地觀察和測量出人體耳石器官的工作機制，并進行各種 生物體無法開展的物理實驗，促進了解相關前庭疾病的病因。

目前，人體耳石器官實體模型的結構如中國發明專利“仿耳石器官結構的直線加速 度傳感器”(申請號：201610271820.3公開日：2016.08.24)所述，包括剛性殼體、柔性 彈性體，固定在剛性殼體底部的多根并聯在一起的含金屬芯壓電纖維，粘接在柔性彈性 體頂端的剛性元件，連接剛性元件和外部剛性殼體的彈性元件，將含金屬芯壓電纖維的 對稱電極用兩根導線引出，兩根導線分別連接在電荷放大器輸入端的正負極上，將整個 裝置固定在激振器上，激振器上下振動時，彈性元件伸縮隨之帶動剛性元件，這時柔性 彈性體會發生彈性形變，含金屬芯壓電纖維也會發生彈性形變，含金屬芯壓電纖維也會 發生彈性形變，包裹在柔性彈性體里的含金屬芯壓電纖維會得到一個沖擊信號，由于壓 電效應，壓電材料上的表面電極有電荷發生，由于電極位置的不同，電極上產生的電荷 或電壓是不同的。這樣我們通過采集電極上的電荷信號，經數據處理分析，即可得其加 速度信息。

上述直線加速度傳感器的結構和人體的耳石器官結構有很大不同，柔性彈性體直接 暴露在空氣中。當有直線加速度作用時，依靠柔性彈性體及其上的固體顆粒的慣性，是柔性彈性體發生彎曲變形。而人體耳石器官中的感受器，即囊斑是浸泡在人體內淋巴液 中的。頭部受到直線加速度作用時，由于慣性力的作用，內淋巴液體向相反方向運動。 依靠液體摩擦力的作用，囊斑產生彎曲變形，進而產生傳感信號。因此，中國發明專利 “仿耳石器官結構的直線加速度傳感器”與人體耳石器官的結構不同，感知直線加速度 的工作原理完全不同，其生物力學特性也有很大的區別，不能完全模仿人體耳石器官的 工作機制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于表面對稱電極壓電材料桿的人體耳石器官實體模 型，精確模仿人體耳石器官的結構和工作機制。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種基于表面對稱電極壓電材料桿的人體耳石器官實體模型，包括圓盒狀剛性殼體 8，其上方設有十字交叉的連通管9，所述連通管9各端向下彎曲，與剛性殼體8側壁密 封固連；

在所述剛性殼體8內設有圓柱狀柔性彈性體5，所述柔性彈性體5與剛性殼體8圓心重合，下端與剛性殼體8底部固定連接；

所述剛性殼體8底部與柔性彈性體5連接處設有空隙，并以柔性彈性膜4將該空隙密封；

還包括底部及周邊封閉、上部開口的底座2及固定于所述底座2底部的第一至四表面對稱電極壓電材料桿11、12、13、14；