CN105496361A - 节肢动物微振动感受器结构的幅频响应特性在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节肢动物微振动感受器结构的幅频响应特性在线检测装置，包括有任意函数信号发生器、延时继电器、上位机、高速摄像机、微距镜头、轨道、微振动发生器、体视显微镜、节肢动物夹持器、隔振台和夹持器定位控制台。夹持器采用负压吸附装置对节肢动物的腹部进行吸附，采用腿部夹持器对节肢动物的腿部进行精确夹持，通过第一步进电机和第二步进电机调节腿部夹持器的水平位移和纵向位移，使得在固定节肢动物腿部的基础上，便于对腿部的微振动感受器进行准确的定位和观察。通过任意函数信号发生器控制微振动的幅值、频率及刺激时间。高速摄像机和微距镜头快速捕捉瞬时微振动刺激时微振动感受器结构的动态变化，并对微振动感受器受外力作用时结构的变化通过上位机进行分析。

Description

节肢动物微振动感受器结构的幅频响应特性在线检测装置

技术领域

本发明属于动物微振动感知能力检测领域，具体涉及一种节肢动物微振动感受器结构的幅频响应特性在线检测装置。

背景技术

微振动检测在工程应用和科学测量中占有重要的位置，广泛应用在精密机械的低速回转运动的微振动检测和故障诊断、地震和地脉动测量及工程地质勘察、精密设备的隔振地基评测、机床运动精度测量等领域。目前，广泛应用的微振动测量方法是相对式测量，如干涉仪、光学多普勒测振仪、光电摄影技术等。但是相对测量需要有静止不动的基础，这对于工程中微振动测量是难以实现的，同时，光学测量要求严格的环境条件，仪器价格也十分昂贵。此外，工程中广泛应用涡流传感器进行相对测量，但是，涡流传感器很难应用实现对大型结构体低频微振动的检测。因此，研发测量精度高，易于调节、抗干扰能力强的新型微振动检测装置已成为国际学术界和工程领域的热点问题。随着仿生学研究的不断深入，从仿生学角度开展低频微振动测量的研究，为新型低频微振动传感器的研发提供了新的思路。研究发现节肢动物体表高度进化的机械感受器和神经系统极好的适应了环境的变化。感受器是节肢动物(蝎子、蜘蛛、蟋蟀等)对外界各种信号做出反应的重要器官。在各种感知器官中，位于腿部的缝感受器是节肢动物感知地面微振动信号的器官。蝎子腿部的琴形缝对地面的低频微振动信号极为灵敏，其感知机理为：地面的微振动信号可导致琴形缝感受器产生微米级的变形使得缝底部产生应力集中并使与之相关的神经元产生生物电信号。节肢动物琴形缝宽度随频率变化的动态特性是节肢动物辨识低频范围内产生微振动信号生物种类的重要手段。

因此研究微振动信号频率对节肢动物琴形缝感受器缝变形的影响，对揭示节肢动物微振动感知机理及其研发仿生微振动传感器具有重要的科学探索价值和广阔工程应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种节肢动物微振动感受器结构的幅频响应特性在线检测装置，具体是针对节肢动物琴形缝感受器缝的宽度随微振动信号振动频率变化的在线测试装置。

本发明包括任意函数信号发生器、延时继电器、上位机、高速摄像机、微距镜头、轨道、微振动发生器、体视显微镜、节肢动物夹持器、隔振台和夹持器定位控制台；任意函数信号发生器与延时继电器相连，延时继电器与微振动发生器连接，微振动发生器放置在节肢动物夹持器上，微振动发生器由任意函数信号发生器驱动输出不同频率幅值的振动信号，延时继电器控制低频微振动作用的时间，任意函数信号发生器、延时继电器和节肢动物夹持器放置在隔振台上；节肢动物夹持器固定在隔振台上，节肢动物夹持器包括有底座、支柱、夹持设备支撑台、第一弹簧、夹持器升降台、下固定台、腿部固定夹下啮合版、腿部固定夹上啮合板、立式轴承、上固定台、第一横向光轴、滑块、第一横向滑动杆、纵向光轴、齿条、第一步进电机、传动齿轮、推板、第二弹簧、凸轮、第二步进电机、法兰螺母、传动丝杆、第三步进电机、侧板、负压吸附台、第二横向滑动杆、第二横向光轴；底座固定在隔振台上，第三步进电机固定在底座上，传动丝杆通过联轴器与第三步进电机相连并穿过夹持器支撑台，法兰螺母定位安装在下固定台和夹持器升降台中心与传动丝杆配合使用实现夹持器升降台上部件的升降，夹持器支撑台通过支柱固定在底座上，夹持器升降台通过其支柱与支撑台配合使用，第一弹簧安装在升降台的支柱上辅助第三步进电机实现升降台的升降，第二步进电机和负压吸附台固定在下固定台上，第二横向光轴通过立式轴承固定在下固定台上，腿部固定夹下啮合板位于负压吸附台的两侧并固定在滑块上，通过滑块在第二横向光轴上实现横向滑动，腿部固定夹上啮合板套在纵向光轴上实现纵向滑动，纵向光轴两端分别固连在腿部固定夹下啮合板和上侧滑块，上侧滑块可在第一横向光轴上实现横向移动，第一横向光轴通过立式轴承固连在上固定台，齿条固定在左侧的腿部固定夹上啮合板上并与传动齿轮配合，通过第一步进电机带动齿轮转动从而控制两侧的腿部固定夹上啮合板在纵向的精确移动，第一步进电机固定在侧板上，侧板通过螺栓与左侧的滑块固连，从而可实现横向滑动，第一横向滑动杆的一端与右侧的腿部固定夹上啮合板固连，并可在左侧的腿部固定夹上啮合板内滑动，第二横向滑动杆的一端固连在右侧的腿部固定夹下啮合版上，第二横向滑动杆的另一侧与推板固连并可在左侧的腿部固定夹下啮合版和侧板内滑动，凸轮由第二步进电机控制实现转动，通过凸轮的精确转动控制推板和侧板的横向移动从而精确控制两侧腿部啮合板在水平方向上的间距；夹持器定位控制台对节肢动物夹持器上的第一步进电机、第二步进电机和第三步进电机实现动作控制；体视显微镜实现对节肢动物位置固定及刺激过程中的观察，便于精确操作；借助负压吸附台固定节肢动物的躯体，借助其两侧的啮合夹持板对需要观察的琴形缝微振动感受器的位置进行精确定位，为了保证固定的效果及更好的配合观察装置，该夹持器系统可进行细微调节；配有微距镜头的高速摄像机安装在轨道上并与上位机相连，高速摄像机可以捕捉在给予不同频率的微振动刺激前后琴形缝感受器缝宽度的变化情况，并将捕捉的信息输入上位机。

本发明的有益效果：

1、通过任意函数信号发生器控制微振动的幅值、频率及刺激时间。

2、高速摄像机和微距镜头快速捕捉瞬时微振动刺激时微振动感受器结构的动态变化，并对微振动感受器受外力作用时结构的变化通过上位机进行分析。

3、夹持器采用负压吸附装置对节肢动物的腹部进行吸附，采用腿部夹持器对节肢动物的腿部进行精确夹持，通过步进电机一、二调节腿部夹持器的水平位移和纵向位移，使得在固定节肢动物腿部的基础上，便于对腿部的微振动感受器进行准确的定位和观察。

附图说明

图1为本发明实施例的立体示意图。

图2本发明实施例的节肢动物夹持器的主视图。

图3本发明实施例的节肢动物夹持器的立体示意图。

其中：1—任意函数信号发生器；2—延时继电器；3—上位机；4—高速摄像机；5—微距镜头；6—轨道；7—微振动发生器；8—体视显微镜；9—节肢动物夹持器；10—隔振台；11—夹持器定位控制台；12—底座；13—支柱；14—夹持器支撑台；15—第一弹簧；16—夹持器升降台；17—下固定台；18—腿部固定夹下啮合板；19—腿部固定夹上啮合板；20—立式轴承；21—上固定台；22—第一横向光轴；23—滑块；24—第一横向滑动杆；25—纵向光轴；26—齿条；27—第一步进电机；28—传动齿轮；29—推板；30—第二弹簧；31—凸轮；32—第二步进电机；33—法兰螺母；34—传动丝杆；35—第三步进电机；36—侧板；37—负压吸附台；38—第二横向滑动杆；39—第二横向光轴。

具体实施方式

请参阅图1、图2和图3所示，本实施例包括任意函数信号发生器1、延时继电器2、上位机3、高速摄像机4、微距镜头5、轨道6、微振动发生器7、体视显微镜8、节肢动物夹持器9、隔振台10和夹持器定位控制台11；任意函数信号发生器1与延时继电器2相连，延时继电器2与微振动发生器7连接，微振动发生器7放置在节肢动物夹持器9上，微振动发生器7由任意函数信号发生器1驱动输出不同频率幅值的振动信号，延时继电器2控制低频微振动作用的时间，任意函数信号发生器1、延时继电器2和节肢动物夹持器9放置在隔振台10上；节肢动物夹持器9固定在隔振台10上，节肢动物夹持器9包括有底座12、支柱13、夹持设备支撑台14、第一弹簧15、夹持器升降台16、下固定台17、腿部固定夹下啮合版18、腿部固定夹上啮合板19、立式轴承20、上固定台21、第一横向光轴22、滑块23、第一横向滑动杆24、纵向光轴25、齿条26、第一步进电机27、传动齿轮28、推板29、第二弹簧30、凸轮31、第二步进电机32、法兰螺母33、传动丝杆34、第三步进电机35、侧板36、负压吸附台37、第二横向滑动杆38、第二横向光轴39；底座12固定在隔振台10上，第三步进电机35固定在底座12上，传动丝杆34通过联轴器与第三步进电机35相连并穿过夹持器支撑台14，法兰螺母33定位安装在下固定台17和夹持器升降台16中心与传动丝杆34配合使用实现夹持器升降台16上部件的升降，夹持器支撑台14通过支柱固定在底座12上，夹持器升降台16通过其支柱与支撑台14配合使用，第一弹簧15安装在升降台16的支柱上辅助第三步进电机35实现升降台的升降，第二步进电机32和负压吸附台37固定在下固定台17上，第二横向光轴39通过立式轴承20固定在下固定台上17，腿部固定夹下啮合板18位于负压吸附台37的两侧并固定在滑块上，通过滑块在第二横向光轴39上实现横向滑动，腿部固定夹上啮合板19套在纵向光轴25上实现纵向滑动，纵向光轴25两端分别固连在腿部固定夹下啮合板18和上侧滑块23，上侧滑块23可在第一横向光轴22上实现横向移动，第一横向光轴22通过立式轴承20固连在上固定台21，齿条26固定在左侧的腿部固定夹上啮合板19上并与传动齿轮28配合，通过第一步进电机27带动齿轮28转动从而控制两侧的腿部固定夹上啮合板19在纵向的精确移动，第一步进电机27固定在侧板36上，侧板通过螺栓与左侧的滑块固连，从而可实现横向滑动，第一横向滑动杆24的一端与右侧的腿部固定夹上啮合板19固连，并可在左侧的腿部固定夹上啮合板19内滑动，第二横向滑动杆38的一端固连在右侧的腿部固定夹下啮合版18上，第二横向滑动杆38的另一侧与推板29固连并可在左侧的腿部固定夹下啮合版18和侧板36内滑动，凸轮31由第二步进电机32控制实现转动，通过凸轮31的精确转动控制推板29和侧板36的横向移动从而精确控制两侧腿部啮合板在水平方向上的间距；夹持器定位控制台11对节肢动物夹持器上的第一步进电机27、第二步进电机32和第三步进电机35实现动作控制；体视显微镜8实现对节肢动物位置固定及刺激过程中的观察，便于精确操作；借助负压吸附台37固定节肢动物的躯体，借助其两侧的啮合夹持板对需要观察的琴形缝微振动感受器的位置进行精确定位，为了保证固定的效果及更好的配合观察装置，该夹持器系统可进行细微调节；配有微距镜头5的高速摄像机4安装在轨道6上并与上位机3相连，高速摄像机4可以捕捉在给予不同频率的微振动刺激前后琴形缝感受器缝宽度的变化情况，并将捕捉的信息输入上位机3。

本发明的工作过程和原理为：

启动负压吸附装置，将选取的节肢动物活体的腹部朝下进行吸附，在体视显微镜8下调整节肢动物的位置便于后续观察，将节肢动物的腿部放置在腿部固定夹下啮合版18上，启动第二步进电机使得位于负压吸附台37两侧的腿部固定夹移动到便于腿部固定和微振动感受器7观察的位置，启动第一步进电机27使得腿部固定夹上啮合板19下移对腿部进行固定；启动轨道上的高速摄像相机4并调节其位置，启动第二步进电机32和第三步进电机35调节吸附台的高度和腿部微振动感受器7的水平位置，同时调节微距镜头5完成对微振动感受器7的准确定位；在体视显微镜8下调整微振动发生器7与节肢动物腿部末端的接触位置便于给予振动刺激；保持已调整好的位置不变启动任意函数信号发生器1输出不同频率不同幅值的波形使得微振动发生器7产生不同频率和振幅的微弱振动，延时继电器2控制输入到微振动发生器7信号的作用时间；当有微振动刺激时通过高速摄像机4进行捕捉并将信号输入到上位机3中进行后续分析。

Claims (1)

1.一种节肢动物微振动感受器结构的幅频响应特性在线检测装置，其特征在于：包括任意函数信号发生器(1)、延时继电器(2)、上位机(3)、高速摄像机(4)、微距镜头(5)、轨道(6)、微振动发生器(7)、体视显微镜(8)、节肢动物夹持器(9)、隔振台(10)和夹持器定位控制台(11)；任意函数信号发生器(1)与延时继电器(2)相连，延时继电器(2)与微振动发生器(7)连接，微振动发生器(7)放置在节肢动物夹持器(9)上，微振动发生器(7)由任意函数信号发生器(1)驱动输出不同频率幅值的振动信号，延时继电器(2)控制低频微振动作用的时间，任意函数信号发生器(1)、延时继电器(2)和节肢动物夹持器(9)放置在隔振台(10)上；节肢动物夹持器(9)固定在隔振台(10)上，节肢动物夹持器(9)包括有底座(12)、支柱(13)、夹持设备支撑台(14)、第一弹簧(15)、夹持器升降台(16)、下固定台(17)、腿部固定夹下啮合版(18)、腿部固定夹上啮合板(19)、立式轴承(20)、上固定台(21)、第一横向光轴(22)、滑块(23)、第一横向滑动杆(24)、纵向光轴(25)、齿条(26)、第一步进电机(27)、传动齿轮(28)、推板(29)、第二弹簧(30)、凸轮(31)、第二步进电机(32)、法兰螺母(33)、传动丝杆(34)、第三步进电机(35)、侧板(36)、负压吸附台(37)、第二横向滑动杆(38)、第二横向光轴(39)；底座(12)固定在隔振台(10)上，第三步进电机(35)固定在底座(12)上，传动丝杆(34)通过联轴器与第三步进电机(35)相连并穿过夹持器支撑台(14)，法兰螺母(33)定位安装在下固定台(17)和夹持器升降台(16)中心与传动丝杆(34)配合使用实现夹持器升降台(16)上部件的升降，夹持器支撑台(14)通过支柱固定在底座(12)上，夹持器升降台(16)通过其支柱与支撑台(14)配合使用，第一弹簧(15)安装在升降台(16)的支柱上辅助第三步进电机(35)实现升降台的升降，第二步进电机(32)和负压吸附台(37)固定在下固定台(17)上，第二横向光轴(39)通过立式轴承(20)固定在下固定台上(17)，腿部固定夹下啮合板(18)位于负压吸附台(37)的两侧并固定在滑块上，通过滑块在第二横向光轴(39)上实现横向滑动，腿部固定夹上啮合板(19)套在纵向光轴(25)上实现纵向滑动，纵向光轴(25)两端分别固连在腿部固定夹下啮合板(18)和上侧滑块(23)，上侧滑块(23)能在第一横向光轴(22)上实现横向移动，第一横向光轴(22)通过立式轴承(20)固连在上固定台(21)，齿条(26)固定在左侧的腿部固定夹上啮合板(19)上并与传动齿轮(28)配合，通过第一步进电机(27)带动齿轮(28)转动从而控制两侧的腿部固定夹上啮合板(19)在纵向的移动，第一步进电机(27)固定在侧板(36)上，侧板通过螺栓与左侧的滑块固连，从而能实现横向滑动，第一横向滑动杆(24)的一端与右侧的腿部固定夹上啮合板(19)固连，并能在左侧的腿部固定夹上啮合板(19)内滑动，第二横向滑动杆(38)的一端固连在右侧的腿部固定夹下啮合版(18)上，第二横向滑动杆(38)的另一侧与推板(29)固连并能在左侧的腿部固定夹下啮合版(18)和侧板(36)内滑动，凸轮(31)由第二步进电机(32)控制实现转动，通过凸轮(31)的精确转动控制推板(29)和侧板(36)的横向移动从而控制两侧腿部啮合板在水平方向上的间距；夹持器定位控制台(11)对节肢动物夹持器上的第一步进电机(27)、第二步进电机(32)和第三步进电机(35)实现动作控制；体视显微镜(8)实现对节肢动物位置固定及刺激过程中的观察；借助负压吸附台(37)固定节肢动物的躯体，借助其两侧的啮合夹持板对需要观察的琴形缝微振动感受器的位置进行定位；微距镜头(5)的高速摄像机(4)安装在轨道(6)上并与上位机(3)相连，高速摄像机(4)能捕捉在给予不同频率的微振动刺激前后琴形缝感受器缝宽度的变化情况，并将捕捉的信息输入上位机(3)。