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基于压电叠堆的砧骨激励式人工中耳低功耗结构设计

发布时间:2018-01-27 03:21

  本文关键词: 人工中耳 砧骨激励 压电振子 位移放大结构 有限元模型 功耗 出处:《医用生物力学》2017年01期  论文类型:期刊论文


【摘要】:目的设计一种具有位移放大结构的压电振子改进方案,用于降低现有砧骨激励式人工中耳压电叠堆振子的功耗。方法首先,基于人耳解剖结构,设计带有位移放大结构和仅仅由压电叠堆构成的两种压电振子,并建立相应压电振子与中耳的耦合力学模型。通过对比该两种耦合力学模型的计算结果,分析引入位移放大结构前后的人工中耳听力补偿性能及功耗。结果引入位移放大结构后,压电振子在10.5 V有效电压驱动下,在1 kHz频率处的等效声压级由之前的100 dB增大至113 dB。此外,由压电叠堆直接激振时,振子在1、2和4 kHz处的功耗分别为6.42、1.56和0.28 mW;引入位移放大结构后,压电振子对应上述3个频率点的功耗分别降低至0.39、0.09和0.01 mW。结论所设计的带有位移放大结构的压电振子能够提高砧骨激励式人工中耳的听力补偿能力,有效降低压电振子的功耗。研究结果将有助于人工中耳结构设计的进一步完善,从而达到更好的听力补偿效果。
[Abstract]:Objective to design an improved piezoelectric vibrator with displacement amplification structure to reduce the power consumption of the existing artificial middle ear piezoelectric stack vibrator. Methods first of all, based on the human ear anatomical structure. Two kinds of piezoelectric oscillators with displacement amplification structure and only a piezoelectric stack are designed, and the coupled mechanical models of the corresponding piezoelectric oscillators and the middle ear are established. The results of the two coupling mechanical models are compared. The hearing compensation performance and power consumption of the artificial middle ear before and after the introduction of the displacement amplifier were analyzed. Results the piezoelectric oscillator was driven by an effective voltage of 10.5 V after the introduction of the displacement amplification structure. The equivalent sound pressure level at 1 kHz frequency is increased from 100dB to 113dB.Furthermore, when the vibration is directly excited by the piezoelectric stack, the oscillator is at 1. The power consumption at 2 and 4 kHz was 6.42 mW1.56 and 0.28 MW, respectively. When the displacement amplifier is introduced, the power consumption of the piezoelectric oscillator corresponding to the above three frequency points is reduced to 0.39 respectively. Conclusion the piezoelectric vibrator with displacement amplification structure can improve the hearing compensation ability of the incised artificial middle ear. The research results will be helpful to the further improvement of the structure design of the artificial middle ear and thus achieve a better hearing compensation effect.
【作者单位】: 中国矿业大学机电工程学院;复旦大学附属中山医院耳鼻喉科;
【基金】:国家自然科学基金项目(51305442) 江苏省自然科学基金项目(BK20130194) 江苏省博士后科研资助计划(1301122C)
【分类号】:R764;R318.18
【正文快照】: 针对助听器存在的耳道堵塞、高频增益小、伴有声反馈等问题,国内外很多机构开始研究人工中耳——一种植入式助听装置[1-3]。根据驱动原理的不同,人工中耳又可分为电磁式和压电式两种[4]。与电磁式相比,压电式具有频带宽、制造成本低、功耗小及抗电磁干扰等优点。目前,日本Rion

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本文编号:1467419

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