CN106530925A - 动物声学系统模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动物声学系统模拟装置，包括生物喉部发声模拟器、动物外耳声音特性模拟器和控制装置；生物喉部发声模拟器包括模拟喉部，用于生成模拟声波；动物外耳声音特性模拟器包括外耳运动装置，外耳运动装置包括第一牵引机构、第二牵引机构和模拟外耳，在所述模拟外耳根部安装声波探测器，用来测量模拟外耳接收到的声波频率；控制装置包括第一牵引控制器、第二牵引控制器、第一六自由度控制器和第二六自由度控制器；所述各牵引控制器控制第一牵引机构和第二牵引机构带动模拟外耳进行运动；第一六自由度控制器和第二六自由度控制器，用于控制两个六自由度平台改变杓状软骨的空间位置。

Description

动物声学系统模拟装置
技术领域
本发明涉及一种动物声学系统模拟装置。
背景技术
耳部和喉部是生物体的重要器官，喉部是由软骨、韧带、肌肉及粘膜等构成，声带是喉部重要的发声部件，耳部是由外耳、中耳、内耳构成。外耳包括耳廓、外耳道和鼓膜。耳廓的形状有利于声波能量的聚集、收集声音，还可以判断声源的位置。目前对于动物声学系统的模拟尤其是诸如蝙蝠、麋鹿等动物的研究尚处于机理研究阶段，因此急需相应的装置完成动物声学系统的模拟，通过控制相关器件的运动实现喉部发声以及耳部和头部精确的运动控制和模拟相应的模拟、分析和研究。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种动物声学系统模拟装置，可以模拟动物喉部发声后，由耳部接收声波信号，耳部根据声波信号发生相应运动的过程，可以促进动物声波接收机理研究、加速相关声学器件的开发。
为了实现上述目的，本发明采用如下方案：
一种动物声学系统模拟装置，其特征在于，包括生物喉部发声模拟器、动物外耳声音特性模拟器和控制装置；
生物喉部发声模拟器包括张紧装置，所述张紧装置通过连接头与模拟喉部相连，用于对喉部作张紧动作；在模拟喉部两端分别安装一个杓状软骨，在两个杓状软骨上分别安装第一六自由度平台和第二六自由度平台，两个六自由度平台控制杓状软骨的空间位置，用于实现模拟声带的打开与关闭；
动物外耳声音特性模拟器包括外耳运动装置，外耳运动装置包括第一牵引机构、第二牵引机构和模拟外耳；所述模拟外耳用来接收来自生物喉部发声模拟器的声波；第一牵引机构与模拟外耳的耳尖相连，用于控制外耳耳尖做运动；第二牵引机构与模拟外耳的中部连接，用于控制模拟外耳中部做运动；在所述模拟外耳根部安装声波探测器，用来测量模拟外耳接收到的声波频率；
控制装置包括第一牵引控制器、第二牵引控制器、第一六自由度控制器和第二六自由度控制器；第一牵引控制器和第二牵引控制器的输入与所述声波探测器相连；所述各牵引控制器根据声波探测器的测量结果以及所述模拟外耳与模拟喉部的距离，控制第一牵引机构和第二牵引机构带动模拟外耳进行运动；第一六自由度控制器和第二六自由度控制器，用于控制两个六自由度平台改变杓状软骨的空间位置，实现模拟声带的打开与关闭。
所述张紧装置包括张紧电机，张紧电机驱动张紧丝杠旋转，张紧丝杠连接张紧滑块，并带动张紧滑块沿V型槽导块运动，在V型槽导块的末端安装连接头。
在所述连接头上安装张紧力传感器，用于测量张紧装置产生的张紧力；所述控制装置还设有张紧力控制器，其输入与张紧力传感器相连，输出与张紧电机相连，用于根据所述张紧力测量结果控制张紧电机。
在所述V型槽导块上安装第一位移传感器，用来测量张紧装置产生的张紧位移；所述控制装置还设有张紧位移控制器，其输入与第一位移传感器相连，输出与张紧电机相连，用于根据所述张紧位移测量结果控制张紧电机。
将所述外耳运动装置安装在第三六自由度平台上；控制装置还包括第三六自由度控制器；第三六自由度控制器的输入与所述声波探测器相连，用于根据声波探测器的测量结果控制第三六自由度平台的运动，实现对外耳运动装置整体空间位置的调整。
第三六自由度平台与外耳运动装置的整体可视为动物的头部运动装置。
所述第一牵引机构包括第四六自由度平台，在第四六自由度平台上安装耳尖控制支架，第四六自由度平台通过调整耳尖控制支架的空间位置，实现控制外耳耳尖做运动；所述第四六自由度平台与所述第一牵引控制器相连。
所述第二牵引机构包括直线伺服电机，直线伺服电机一端通过支架安装在所述第三六自由度平台上，另一端通过连杆与模拟外耳的中部相连；所述直线伺服电机与所述第二牵引控制器相连，用于控制外耳中部做运动。
在所述直线伺服电机和连杆之间安装第二位移传感器，第二位移传感器与所述第二牵引控制器相连，用来测量模拟外耳中部产生的位移。
所述模拟外耳替换为动物真实外耳。
所述模拟喉部替换为动物真实喉部。
本发明的有益效果：
(1)本发明可以安装模拟喉部或者真实喉部，通过简单连接即可实现喉部声带的运动控制，从而实现发声控制；
(2)本发明可以实现喉部运动的精确控制和模拟。
(3)本发明可以实现根据声波的频率和距离，模拟动物头部(即第三六自由度平台和外耳运动装置的整体)和耳朵的运动，可克服动物耳朵声学特性研究过程中无法主动控制动物头部和耳部运动的困难；
(4)本发明结构紧凑，控制部件完全处于外耳外面，可避免对外耳起来的干扰，从而实现真实模拟；
(5)本发明可以采用真实动物外耳进行模拟。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明生物喉部发声模拟器结构示意图；
图3为本发明动物外耳声音特性模拟器的俯视图。
其中：1连接支架，2底座，3控制器，4支架，5伺服直线电机，6第二位移传感器，7连杆，8第四六自由度平台，9 L型连杆，10耳部连接螺丝，11耳部上端连接头，12模拟外耳，13耳部安装底座，14声波探测器，15第三六自由度平台，16张紧电机，17张紧滑块，18 V型槽导块，19张紧丝杠，20第一位移传感器，21张紧力传感器，22喉部上端连接头，23模拟喉部，24杓状软骨，25第一、第二六自由度平台。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的结构示意图：一种动物声学系统模拟装置，包括生物喉部发声模拟器、动物外耳声音特性模拟器和控制装置；
图2为本发明生物喉部发声模拟器结构示意图：
生物喉部发声模拟器包括张紧装置，张紧装置通过连接头与模拟喉部相连，用于对喉部作张紧动作；在模拟喉部两端分别安装一个杓状软骨，在两个杓状软骨上分别安装第一六自由度平台和第二六自由度平台(目前六自由度平台已实现商业化，可以产生x、y、z方向上的运动，以及绕x、y、z方向的旋转运动)，两个六自由度平台控制杓状软骨的空间位置，用于实现模拟声带的打开与关闭；
张紧装置包括张紧电机，张紧电机固定在底座上，带动张紧丝杠旋转，张紧丝杠带动张紧滑块沿着V型槽导块运动，V型槽导块通过螺栓固定在底座上；张紧滑块上装有张紧力传感器，张紧力传感器与模拟喉部上的上端连接头连接，用来测量张紧力；此时控制装置还设有张紧位移控制器，其输入与第一位移传感器相连，输出与张紧电机相连，可以根据张紧位移测量结果控制张紧电机。第一位移传感器安装在V型槽导块上，用来测量张紧位移；此时控制装置还设有张紧位移控制器，其输入与第一位移传感器相连，输出与张紧电机相连，用于根据所述张紧位移测量结果控制张紧电机。
动物外耳声音特性模拟器包括外耳运动装置，外耳运动装置包括第一牵引机构、第二牵引机构和模拟外耳；模拟外耳用来接收来自生物喉部发声模拟器的声波；第一牵引机构与模拟外耳的耳尖相连，用于控制外耳耳尖做运动；第二牵引机构与模拟外耳的中部连接，用于控制模拟外耳中部做运动；在所述模拟外耳根部安装声波探测器，用来测量模拟外耳接收到的声波频率；
控制装置包括第一牵引控制器、第二牵引控制器、第一六自由度控制器和第二六自由度控制器；第一牵引控制器和第二牵引控制器的输入与所述声波探测器相连；所述各牵引控制器根据声波探测器的测量结果以及所述模拟外耳与模拟喉部的距离，控制第一牵引机构和第二牵引机构带动模拟外耳进行运动；第一六自由度控制器和第二六自由度控制器，用于控制两个六自由度平台改变杓状软骨的空间位置，实现模拟声带的打开与关闭；模拟喉部的下部可连接可控压力的气体，上部可连接咽部、口腔等。
将所述外耳运动装置安装在第三六自由度平台上；控制装置还包括第三六自由度控制器；第三六自由度控制器的输入与所述声波探测器相连，用于根据声波探测器的测量结果控制第三六自由度平台的运动，实现对外耳运动装置整体空间位置的调整。
第三六自由度平台与外耳运动装置的整体可视为动物的头部运动装置。
模拟外耳中部有连接螺丝，螺丝连接连杆与伺服直线电机相连，当开始伺服直线电机时，通过连杆，来使耳部进行后退运动。其上有第二位移传感器。用来测量耳朵后退运动所产生的位移，并将测量结果发送给第二牵引控制器。外耳上部有连接头，通过L型连杆与第四六自由度平台相连，第四六自由度平台用来控制耳朵尖部牵动。
图3为动物外耳声音特性模拟器的俯视图。
所述模拟外耳替换为动物真实外耳。
所述模拟喉部替换为动物真实喉部。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种动物声学系统模拟装置，其特征在于，包括生物喉部发声模拟器、动物外耳声音特性模拟器和控制装置；
生物喉部发声模拟器包括张紧装置，所述张紧装置通过连接头与模拟喉部相连，用于对模拟喉部作张紧动作；在模拟喉部两端分别安装一个杓状软骨，在两个杓状软骨上分别安装第一六自由度平台和第二六自由度平台，两个六自由度平台控制杓状软骨的空间位置，用于实现模拟声带的打开与关闭；
动物外耳声音特性模拟器包括外耳运动装置，外耳运动装置包括第一牵引机构、第二牵引机构和模拟外耳；所述模拟外耳用来接收来自生物喉部发声模拟器的声波；第一牵引机构与模拟外耳的耳尖相连，用于控制外耳耳尖做运动；第二牵引机构与模拟外耳的中部连接，用于控制模拟外耳中部做运动；在所述模拟外耳根部安装声波探测器，用来测量模拟外耳接收到的声波频率；
控制装置包括第一牵引控制器、第二牵引控制器、第一六自由度控制器和第二六自由度控制器；第一牵引控制器和第二牵引控制器的输入与所述声波探测器相连；所述各牵引控制器根据声波探测器的测量结果以及所述模拟外耳与模拟喉部的距离，控制第一牵引机构和第二牵引机构带动模拟外耳进行运动；第一六自由度控制器和第二六自由度控制器，用于控制两个六自由度平台改变杓状软骨的空间位置。
2.根据权利要求1所述的一种动物声学系统模拟装置，其特征在于，所述张紧装置包括张紧电机，张紧电机驱动张紧丝杠旋转，张紧丝杠连接张紧滑块，并带动张紧滑块沿V型槽导块运动，在V型槽导块的末端安装连接头。
3.根据权利要求2所述的一种动物声学系统模拟装置，其特征在于，在所述连接头上安装张紧力传感器，用于测量张紧装置产生的张紧力；所述控制装置还设有张紧力控制器，其输入与张紧力传感器相连，输出与张紧电机相连，用于根据所述张紧力测量结果控制张紧电机。
4.根据权利要求2所述的一种动物声学系统模拟装置，其特征在于，在所述V型槽导块上安装第一位移传感器，用来测量张紧装置产生的张紧位移；所述控制装置还设有张紧位移控制器，其输入与第一位移传感器相连，输出与张紧电机相连，用于根据所述张紧位移测量结果控制张紧电机。
5.根据权利要求1所述的一种动物声学系统模拟装置，其特征在于，将所述外耳运动装置安装在第三六自由度平台上；控制装置还包括第三六自由度控制器；第三六自由度控制器的输入与所述声波探测器相连，用于根据声波探测器的测量结果控制第三六自由度平台的运动，实现对外耳运动装置整体空间位置的调整。
6.根据权利要求1所述的一种动物声学系统模拟装置，其特征在于，所述第一牵引机构包括第四六自由度平台，在第四六自由度平台上安装耳尖控制支架，第四六自由度平台通过调整耳尖控制支架的空间位置，实现控制外耳耳尖做运动；所述第四六自由度平台与所述第一牵引控制器相连。
7.根据权利要求5所述的一种动物声学系统模拟装置，其特征在于，所述第二牵引机构包括直线伺服电机，直线伺服电机一端通过支架安装在所述第三六自由度平台上，另一端通过连杆与模拟外耳的中部相连；所述直线伺服电机与所述第二牵引控制器相连，用于控制外耳中部做运动。
8.根据权利要求7所述的一种动物声学系统模拟装置，其特征在于，在所述直线伺服电机和连杆之间安装第二位移传感器，第二位移传感器与所述第二牵引控制器相连，用来测量模拟外耳中部产生的位移。
9.根据权利要求1所述的一种动物声学系统模拟装置，其特征在于，所述模拟外耳和模拟喉部替换为动物真实外耳、动物真实喉部。
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