[發明專利]基于表面對稱電極壓電材料桿的人體半規管實體模型

在審

• 申請號: 202011177954.1
• 申請日: 2020-10-29
• 公開（公告）號: CN112379123A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 邊義祥;陳宇航;姜亞妮;鄭再象;郭廣明;朱林;吳志學;劉冬稔;王昌龍;陳文家
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G01P15/09
• 分類號: G01P15/09;G01P15/08;G01P13/02
• 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半規管實體模型，能準確測量角加速度。本發明的人體半規管實體模型，包括剛性管道(9)和連接管(8)，其內充滿液體(7)；還包括周邊與剛性管道(9)內壁密閉固連的柔性彈性體(6)，還包括底座(2)、固定于底座(2)底部的第一、二表面對稱電極壓電材料桿(1、4)及下端固定在底座(2)底部、上部穿過剛性管道(9)底部與柔性彈性體(6)連接處設置的柔性彈性膜(5)并密封于柔性彈性體(6)中的階梯結構彈性桿(3)，第一、二表面對稱電極壓電材料桿(1、4)分別與彈性桿(3)下部兩側接觸。

技術領域

本發明屬于仿生加速度傳感器技術領域，特別是一種基于表面對稱電極壓電材料桿的人體半規管實體模型。

背景技術

人體前庭系統中的半規管，可以感知人體頭部的角加速度，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，直接測量半規管內部的力學響應。而根據真實的人體半規管結構，用人工材料(或器件)代替相應的生物組織，設計制備人體半規管實體模型，可以較真實地觀察和測量出人體半規管的工作機制，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，人體半規管實體模型的結構如中國發明專利“人工纖毛的仿耳蝸半規管旋轉加速度傳感器”(申請號：201510750074.1公開日：2016.03.09)所述，包括一根以上中空的完全管道，該管道兩端和一個密封的容器相連通，管道和容器內充滿絕緣液，每根管道內部的壺腹嵴上設置一個以上凸起的纖維裝置。

上述旋轉加速度傳感器由于采用含金屬芯壓電纖維傳感元件，其中金屬芯的彈性模量較高，與人體半規管中的纖毛感覺細胞中的彈性模量有著很大的不同，也導致其生物力學特性和人體半規管有這很大的區別；且其管道中的塑形材料沒有完全分隔管道，旋轉時管道內的液體可以流經塑形材料表面，在管道內形成環流，這和人體半規管中壺腹嵴完全分隔開管道的結構有著本質的區別，內部流體流動方式也完全不同，其生物力學特性也有很大的區別，存在角加速度與直線加速度的耦合問題，導致角加速度測量不夠準確。

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半規管實體模型，能夠有效區分角加速度和直線加速度，準確測量角加速度。

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半規管實體模型，包括一個剛性管道9和與所述剛性管道9兩端密閉連接的圓環狀連接管8，所述剛性管道9水平放置，所述圓環狀連接管8從剛性管道4上方越過；

在所述剛性管道9與圓環狀連接管8構成的密閉空間內充滿液體7；

還包括置于所述剛性管道9中部的柔性彈性體6，所述柔性彈性體6周邊與剛性管道9內壁密閉固定連接，將剛性管道9縱向分隔為互不相通的兩部分；

所述剛性管道9底部與柔性彈性體6連接處設有縫隙，并以柔性彈性膜5將該縫隙密封；

還包括一底部及周邊封閉、上部開口的底座2及固定于所述底座2底部的第一表面對稱電極壓電材料桿1和第二表面對稱電極壓電材料桿4；

還包括一下部直徑大、上部直徑小的階梯結構彈性桿3，所述階梯結構彈性桿3下端固定在底座2底部，位于第一表面對稱電極壓電材料桿1和第二表面對稱電極壓電材料桿4之間，其上部穿過所述柔性彈性膜5密封于柔性彈性體6中；

所述第一表面對稱電極壓電材料桿1與所述彈性桿3一側接觸，所述第二表面對稱電極壓電材料桿4與所述彈性桿3相對的另一側接觸；

所述底座2上端與剛性管道9底部固定連接，并使第一表面對稱電極壓電材料桿1與第二表面對稱電極壓電材料桿4下端連線與剛性管道9軸線平行。

本發明與現有技術相比，其顯著優點為：