CN101991474A - 遥控开关型电子人工喉 - Google Patents

Abstract

一种遥控开关型电子人工喉，其中将开关(101)从设备主体分离出来，设备主体固定在使用者颈部，开关(101)戴在使用者手指上或放在口袋中，设备包括遥控开关、无线发射/接收装置(102、103)、波形产生与处理系统(104，10)、功放电路(105，9)、微型电-力转换系统(106)。遥控开关将开关信号通过无线传输方式传输给设备主体，开启设备后，波形产生与处理系统所产生的波形被转换为模拟信号并传给功放电路，经过功放后加于电-力转换系统转换为机械振动，该振动被施加于患者颈部，而产生声门波，该波形再经过患者舌、鼻腔、口腔、唇等器官的调制，在唇外形成语音。

Description

遥控开关型电子人工喉

技术领域

本发明属于语音缺失患者的语音康复领域，特别涉及一种遥控开关型电子人工喉的设计方法。

背景技术

人类用于交流的各种手段中，语音是最基本、最有效和最重要的一种。目前世界上有数十万计的喉癌和其他严重的喉病患者，为了治疗喉部疾病而不得不进行喉头切除手术，这种方法在治疗的同时，也使患者丧失了发声能力，从而也就失去了运用语音进行语言交流的能力。电子人工喉作为一种语音缺失患者使用的外部语音康复方法已经有约40年历史。目前的电子人工喉为一体式设计，使用中患者把人工喉顶在自己喉部，并操纵控制开关产生的脉冲，该脉冲通过振动施加到患者颈部，经组织传到声道，经调制后产生语音。目前的电子人工喉存在语音缺乏变化、带有明显机器味道、背景噪声大等诸多缺点，且长时间使用易造成使用者胳膊和肩部肌肉疲劳。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，减轻使用者负担，本发明人设计了遥控开关型电子人工喉设备，其开关脱离设备主体，可戴于手指或者放在口袋里。本发明的主要目的在于，提供一种遥控开关型电子人工喉，可以提高语音缺失患者的语音可懂度，减轻使用者负担。

本发明的组成如下：遥控式开关，无线发射装置，无线接收装置，波形产生与处理系统，功率放大电路、微型电-力转换系统六个主要部分。该电子人工喉语音可以提高患者所产生语音的可懂度，减轻使用者负担。其中微型电-力转换系统由振动膜片、高场强磁铁、绕组支架、线圈绕组、外磁轭和塑料外壳构成，该系统是基于安培力原理制作的一种简单、无方向转换的电磁装置，响应快速、平滑、无嵌齿、无滞后响应，产生高速、高加速度、直线往复运动。

本发明的主要工作原理基于以下叙述：

遥控式开关把开关信号通过无线发射装置发送送给设备主体，设备主体由专门的固定装置固定在人颈部，设备主体上无线接收装置接收无线发射装置传送来的开关信号，在波形产生与处理系统中预先存储具有个人语音特征的声门波形，波形产生与处理系统按照存储的波形产生连续的声门波信号，该波形按照算法加入幅度扰动和频率扰动；波形产生与处理系统所产生的波形通过系统内的数模转换模块转换为模拟信号；通过模数转换器输出的信号传输至功率放大电路，经过功率放大后施加于电-力转换系统，功率放大电路由专用芯片实现。放大后的波形通过高磁场的电-力能量转换器转换为机械振动，该振动通过振动膜施加于患者颈部，产生声门波，该波形经过患者舌、鼻腔、口腔、唇等器官的调制，在唇外形成语音。

本发明采用了如下的技术设计方案：

本发明的第一个主要特征是提供一种遥控开关型电子人工喉，该设备主要由遥控开关、无线发射接收装置、波形产生与处理系统、功率放大电路、可调控的微型电-力转换器组成。本发明的第二个主要特征是将开关从主体分离出来，通过无线传输方式传输开关信号。

本发明的工作特征如下：

(1)将开关从主体分离出来，通过无线传输方式传输开关信号；

(2)设备主体由专门固定装置固定在人颈部；；

(3)波形产生与处理系统所产生的数字信号通过系统中的DA数模转换电路转换为模拟信号；

(4)通过模数转换器输出的信号波形与功率放大电路连接，经过功率放大到可以驱动电-力转换系统工作，功率放大电路由专用芯片实现。

(5)经过的放大的信号，经过高磁场的电-力能量转换器转换为机械振动，该转换器经过特殊设计，可以最小失真的实现电压波形到机械振动的转换。

(6)由电-力转换器所产生的振动通过振动膜施加于患者颈部，产生声门波。该声门波经过患者舌、鼻腔、口腔、唇等器官的调制，在唇外形成语音。

(7)系统由可充电锂电池供电。

附图说明

为便于理解本发明的原理及其实际运作过程与状况，结合一个实施例及附图对本发明作进一步描述。其中：

图1为该发明的构成原理图；

图2为波形产生与处理系统结构示意图；

图3a为本发明的主体部分外观示意图，图3b是根据本发明的一个实施例的固定装置外观示意图。

图4为本发明的主体部分内部结构示意图。

图5是本发明电-力转换部分结构示意图。

图6本发明遥控开关外观示意图

图7为本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面针对图形进行详细描述：

图1显示了根据本发明的一个实施例的电子人工喉的构成布局，该电子人工喉包括遥控开关101，无线发射装置102，无线接收装置103，波形产生与处理系统104，功率放大电路105、微型电-力转换系统106。

使用中，遥控式开关101响应使用者的操作所产生的开关信号被送到无线发射装置102。无线发射装置102无线发送该开关信号；无线接收装置103接收无线发送的开关信号，并把接收到的开关信号送到波形产生与处理系统104。

波形产生与处理系统104包括能够存储具有个人特征的声门波的存储器、处理与波形控制系统、和D/A数模转化模块。

波形产生与处理系统104输出的声门波信号经过功率放大电路105放大后传输给微型电-力转换系统106，转化为振动膜1(如图3a)的振动。

根据本发明的一个实施例，波形产生与处理系统104基于一个单片机，以单片机自带的存储器存储具有个人特征的声门波波形。通过在单片机中写入程序，实现波形产生与处理功能，包括波形生成、频率扰动和幅度扰动的加入、波形频率和幅度的调节。

本申请人提交的发明名称为“具有个人特征的声门波模拟式电子人工喉”中国专利申请第200910089700.1号中，具体描述了波形频率扰动生成模块和波形幅度扰动生成模块，该申请在此被全文引用。

图2为根据本发明的一个实施例的波形产生与处理系统104的结构示意图，波形产生与处理系统包括存储器201，计算与波形控制部分202和D/A转换模块203。

根据本发明的一个实施例，用单片机自带的存储器作为存储器201，存储具有个人特征的声门波波形；通过在单片机中写入程序，实现波形产生与处理系统104的功能，包括波形生成、频率扰动和幅度扰动的加入、波形频率和幅度的调节，最终生成的声门波通过D/A转换模块转换为模拟信号并传输至功率放大电路。

根据本发明的一个具体实施例，D/A数模转化由专门的D/A芯片实现。

图3a是根据本发明的一个实施例的设备主体外观示意图，其中标号1表示一个振动膜片；2表示一个塑料上端外壳；3表示固定装置接口，设备主体共4个固定装置接口，绕主体中心轴对称分布；4表示一个幅度调节旋钮；5表示一个频率调节旋钮；6表示一个塑料下端外壳。无线接收装置103接收到开始工作的信号后，电子喉开始工作，振动膜片1产生振动；利用幅度调节旋钮4可以调节所产生的振动的幅度，利用幅度调节旋钮5可以调节所产生的振动的频率(频率范围在诸如60-180Hz)。固定装置接口3用于和专用的固定器302相连，将电子喉主体固定在使用者颈部。

图3b是根据本发明的一个实施例的固定装置外观示意图，其中，固定装置的主体304包括诸如外层的防水材料和内层的适合与人体贴合的布料。其中电子喉放置点301用于放置电子喉，电子喉振动膜片朝向使用者颈部；固定器302用于与设备主体上固定装置接口3连接，防止电子喉滑动或改变方向。根据一个具体实施例，固定器302由金属环扣实现，金属环扣一端固定在固定装置上，另一端通过环扣与电子喉主体上固定装置接口相连。

标号303a和303b表示粘贴装置。根据一个具体实施例，使用时将固定装置304绕在使用者颈部，再把粘贴装置303a与303b彼此粘贴在一起(例如，粘贴装置303a与303b采用尼龙褡裢、案扣、纽扣等的形式)，从而将固定装置的主体304连同电子喉设备主体戴于使用者颈部。

图4是根据本发明的一个实施例的内部结构示意图，其中标号1表示一个振动膜片；7表示一个振动头线圈架；8表示一个高强度磁芯；9表示功率放大部分；10表示波形产生与处理系统；11表示一个可充电电池；12表示一个无线接收装置。

图5是根据本发明的一个实施例的电-力转换部分结构示意图，其中标号1表示振动膜片；8表示一个高场强磁铁；7表示一个绕组支架；13表示一个外磁轭；14表示一个塑料外壳；15表示一个线圈绕组。该电-力转换部分是基于安培力原理制造的一种简单、无方向转换的电磁装置，响应快速、平滑、无嵌齿、无滞后，产生高速、高加速度、直线往复运动。

图6根据本发明的一个实施例的遥控开关部分的外观示意图，其中标号101表示遥控开关，其被按下时电子喉开始工作；16表示一个指示灯，工作时亮；17表示类似一个表带的一个附属装置，用于将开关戴于如使用者手指等部位。

图7为根据本发明的一个实施例的电子人工喉的主体部分的工作流程图。

首先通过无线接收装置103检测无线发射装置102无线发送的开关信号(步骤S701和S702；在无线接收装置103接收到开关信号(步骤S702的判定结果为“Y”)后，波形产生与处理系统104开始工作生成并输出波形(步骤S703)；输出的波形传输给D/A数模转换模块，进行D/A转换(步骤S704)；输出的模拟信号由功率放大电路105进行进行功率放大(步骤S705)；放大后的信号输入电力转化装置106，将波形转化为机械振动(步骤S706)；将振动膜的振动施加于患者颈部，产生声门波(步骤S707)。

应当理解的是，以上结合附图和实施例对本发明所进行的描述只是说明而非限定性的，且在不脱离如所附权利要求书所限定的本发明的前提下，可以对上述实施例进行各种改变、变形、和/或修正。

Claims (9)

1.一种遥控开关型电子人工喉，

其特征在于包括：

一个遥控式开关(101)，用于响应使用者的操作而产生开关信号；

一个无线发射装置(102)，用于无线发送所述开关信号；

一个无线接收装置(103)，用于接收所述无线发送的开关信号；

一个波形产生与处理系统(104，10)，用于响应接收到的所述开关信号的触发，生成声门波波形；

一个功率放大电路(105，9)，用于对所述声门波波形进行功率放大；

一个电-力转化装置(106)，用于把放大后的所述声门波波形转化为机械振动。

2.如权利要求1所述的遥控开关型电子人工喉，其特征在于所述电-力转化装置(106)包括：

振动膜片(1)；

高场强磁铁(8)；

绕组支架(7)；

线圈绕组(15)；

塑料外壳(14)；

外磁轭(13)。

3.根据权利要求1所述的电子人工喉，其特征在于所述波形产生与处理系统(104)进一步包括：

能够存储具有个人特征的声门波的存储器(201)；

计算与波形控制部分(202)；

D/A数模转化部分(203)。

4.根据权利要求3所述的电子人工喉，其特征在于所述计算与波形控制部分(202)进一步包括：

波形生成部分，用于生成具有个人特征的声门波信号；

频率扰动生成部分，用于在所述声门波信号中加入频率扰动；

幅度扰动生成部分，用于在所述声门波信号中加入幅度扰动；

波形频率调节部分，用于调节所述声门波信号的频率；

波形幅度调节部分，用于调节所述声门波信号的幅度。

5.根据权利要求4所述的电子人工喉，其特征在于：

所述波形频率调节部分受控于一个频率调节旋钮(5)，用于调节声门波信号的基本频率；

所述波形幅度调节部分受控于一个幅度调节旋钮(4)，用于调节声门波信号的幅度。

6.如权利要求1所述的遥控开关型电子人工喉，其特征在于进一步包括：

用于将所述电子人工喉的主体固定在使用着颈部的固定装置(302，303a，303b，304)。

7.如权利要求1所述的遥控开关型电子人工喉，其特征在于：

所述遥控式开关上带有指示灯，该指示灯当所述遥控式开关为“通”状态时亮。

8.如权利要求7所述的遥控开关型电子人工喉，其特征在于所述遥控式开关可通过一个附属装置佩带于使用者手指上。

9.如权利要求7所述的遥控开关型电子人工喉，其特征在于所述遥控式开关可放于使用者口袋中。

Images