CN110009984B - 一种高鞍菊头蝠声音特性模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高鞍菊头蝠声音特性模拟装置，包括鼻部仿生机构、声波发射机构和控制器，鼻部仿生机构和声波发射机构均固定于底座，控制器电连接声波发生机构；鼻部仿生机构包括鞍状叶部和伸缩部，伸缩部连接所述鞍状叶部；控制器控制声波发生机构发射声波，声波能够到达鞍状叶部。本发明所公开的鼻部仿生机构能够模拟高鞍菊头蝠的生理构造，同时配合声波发射机构运作时，能够改变声波发射机构所发射的声波特性，实现对于高鞍菊头蝠声波发射的进一步深入研究。

Description

一种高鞍菊头蝠声音特性模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及仿生学领域，具体的，涉及一种高鞍菊头蝠声音特性模拟装置及方法。

背景技术

鼻部是生物体的重要器官，是呼吸通道的起始部分，也是嗅觉器官。由外鼻、鼻腔及鼻旁窦三部分组成，由鼻骨、鼻软骨、鼻肌及被覆皮肤而成。鼻腔被鼻中隔分为左右两腔、前有鼻孔与外界相通，后连通于鼻咽部。而蝙蝠在生物声纳系统利用鼻叶上的复杂褶皱结构对从鼻孔发射出来的超声脉冲进行调整，获得可调节的波束形成。高鞍菊头蝠是生物学家Bourtct于1951年在越南热带雨林中发，当时就惊讶于它所长的非常长的鞍状叶结构，于是就把它命paradoxolophus(意为奇异之冠)。其中高鞍菊头蝠在进化过程中所形成的极其长的鞍状叶突起非常明显的起到这种作用。对于高鞍菊头蝠，现有装置中，缺乏对其进行超声波发声机理的研究装置，仅有相关的数值拟合研究，发明人认为，这不利于对高鞍菊头蝠的进一步研究。

在现有的公开文献中，尚未公开高鞍菊头蝠鼻部的相关研究装置。

发明内容

针对目前对于动物对超声脉冲调整的研究尚处于机理研究阶段，人工鼻叶声波测试装置也很不完善，无法达到动物的声波发出效果，因此急需相应的装置完成发出声波的模拟，通过控制相关器件的运动实现动物鼻叶的模拟、分析和研究。本发明旨在提供一种高鞍菊头蝠声音特性模拟器，并据计算结果对鼻叶的鞍状叶结构的声学功能进行了分析，获得了鼻叶结构在超声定位过程中的作用，同时揭示了高鞍菊头蝠不同寻常的鼻叶背后所蕴含的进化论证据。

本发明的第一目的，是提供一种高鞍菊头蝠声音特性模拟装置。

本发明的第二目的，是提供一种高鞍菊头蝠声音特性模拟方法。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开了一种高鞍菊头蝠声音特性模拟装置，包括鼻部仿生机构、声波发射机构和控制器，鼻部仿生机构和声波发射机构均固定于底座，控制器电连接声波发生机构；鼻部仿生机构包括鞍状叶部和伸缩部，伸缩部连接所述鞍状叶部，伸缩部能够伸缩；控制器控制声波发生机构发射声波，声波能够到达鞍状叶部。

进一步，所述声波发射器所发射的声波的频率大于20000Hz。

进一步，所述伸缩部包括伸缩控制杆和连接于伸缩控制杆的弹簧伸缩器，伸缩控制杆与弹簧伸缩器相抵，伸缩控制杆与弹簧伸缩器的外侧均包覆卷曲层，卷曲层始终具有对伸缩控制杆施加压力的弹性势能；

弹簧伸缩器的一端所述鞍状叶部焊接连接。

本发明的运行原理，可概述如下：首先随着近几年来对于高鞍菊头蝠的研究深入，高鞍菊头蝠的发声机理逐渐被外界认识，其具有特殊进化的超长鼻，并且鼻子的长度可以改变，从而改变其发声的物理特性。根据物理学原理，其从咽喉部位发出的声波经过上颚和鼻翼的传导，再经过鼻翼的处理，形成超声。因此，本申请通过鼻部仿生机构模拟高鞍菊头蝠的鼻子，并且鼻子的鞍状叶部可以移动，合理的模拟了高鞍菊头蝠在发声时的运行机理，配合当前的研究。

其次，本发明公开了一种高鞍菊头蝠声音特性模拟方法，包括以下步骤：

开启声波发射机构；

控制器控制伸缩部的运动，声波检测装置检测声波的物理性质。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

(1)本发明所公开的鼻部仿生机构能够模拟高鞍菊头蝠的生理构造，同时配合声波发射机构运作时，能够改变声波发射机构所发射的声波特性，实现对于高鞍菊头蝠声波发射的进一步深入研究。

(2)本发明在具体实施的时候，由于控制器精准控制所述鼻部仿生部和声波发射机构，便于数据的采样和收集；本发明中的伸缩部采用卷曲层紧箍于弹簧伸缩器和伸缩控制杆，容易通过伸缩控制杆控制弹簧伸缩器的长度，有利于在模仿鼻子长短的过程中准确定位。

(3)针对目前对于动物对超声脉冲调整的研究尚处于机理研究阶段，本发明嫩够达到动物的声波发出效果，并能够跟据计算结果对鼻叶的鞍状叶结构的声学功能进行了分析，以便于获得鼻叶结构在超声定位过程中的作用，同时揭示高鞍菊头蝠不同寻常的鼻叶背后所蕴含的进化论证据。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1的整体结构图，

图2为实施例1中的鼻部仿生机构结构图。

图中，1、底座，2、螺丝，3、电动推杆，4、鞍状叶部，5、声波发射装置，6、控制器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所述，目前对于动物对超声脉冲调整的研究尚处于机理研究阶段，人工鼻叶声波测试装置也很不完善，无法达到动物的声波发出效果，因此急需相应的装置完成发出声波的模拟，通过控制相关器件的运动实现动物鼻叶的模拟、分析和研究。本发明旨在提供一种高鞍菊头蝠声音特性模拟器，并据计算结果对鼻叶的鞍状叶结构的声学功能进行了分析，获得了鼻叶结构在超声定位过程中的作用，同时便于揭示高鞍菊头蝠不同寻常的鼻叶背后所蕴含的进化论证据。现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。

实施例1

一种高鞍菊头蝠声音特性模拟装置，包括鼻部仿生机构、声波发射机构和控制器6，鼻部仿生机构和声波发射机构均固定于底座1，控制器6电连接声波发生机构；鼻部仿生机构包括鞍状叶部4，鞍状叶部4与声波发射机构之间的距离能够改变，控制器6控制声波发生机构发射声波，声波能够到达鞍状叶部4。本发明的原理，实质上是模拟了高鞍菊头蝠的生理构造，进而探究高鞍菊头蝠的发声特性，对于高鞍菊头蝠来说，其发声的原理仍然和的哺乳动物一致，是通过喉咙部位的声带发声，进而声带发出的声波他通过口腔，由口腔传导至鼻骨以及鼻翼，形成超声波。根据目前的研究成果，对于高鞍菊头蝠的鼻部构造与发声关系的研究都是根据数值模拟研究的，并且普遍采用有限元法，业内对于高鞍菊头蝠的鼻部伸缩数值模拟实验一般称之为匹诺曹实验，匹诺曹实验的研究步骤有可能缠身误差，这种误差对于数值模拟来说不会被察觉，但是相对于真实的构造仍然缺乏真实的展示。

所述鼻部仿生机构还包括电动推杆2、电动推杆2一端固定连接底座1，电动推杆2另一端固定连接鞍状叶部4，进而通过电动推杆2的压缩与舒张进行对鞍状叶部4的位置调节；

所述鞍状叶部4内设有张紧机构，所述张紧机构能够与鞍状叶部4连接，用于模拟鞍状叶部4的形状改变，以此来改变所发出的声波。

需要指出的是，鞍状叶部4的形状模拟了高鞍菊头蝠的鞍状叶部4的形状，蝙蝠生物声纳系统利用鼻叶上的复杂褶皱结构对从鼻孔发射出来的超声脉冲进行调整，获得可调节的波束形成。不同鞍状叶长度的鼻叶结构近场声压幅度不同，鞍状叶对近场声压幅度的影响跟它的长度有密切的关系，鞍状叶前端所能达到的范围决定了鞍状叶作为声学挡板的尺寸，超声脉冲由鼻孔发出.经鞍状叶反射，向前发射；同时，鞍状叶对相位有明显的阻碍，主要改变了鞍状叶后面的相位分布。本申请中不再赘述鞍状叶部4的具体形状。

所述声波发声器包括六自由度平台和安装在六自由度平台的信号发射器，六自由度平台通过调整信号发射器的空间位置，控制信号发射器发射声波的空间特性；六自由度平台来控制信号发射部件的空间发射变化和产生的宽度、幅度和重复频率。

所述声波发射器所发射的声波的频率大于20000Hz，以模拟蝙蝠发射的超声波。

所述电动推杆2与控制器6电连接，控制器6通过其存储的指令来实现声波的发射与鼻叶长度的伸缩，以此来实现鼻叶长度对声波发射系统所发射声波的调节作用。

所述张紧机构包括张紧动力源和连接于张紧动力源的连接件，所述张紧动力源为直线动力源，所述连接件于鞍状叶部4的尖端连接。

所述鞍状叶部4呈梨形，所述鞍状叶部4内部中空，在本实施例中，所述鞍状叶部4采用具有弹性的硅胶制作，以便于模拟鞍状叶部4的张紧。

所述底座1包括第一固定座和第二固定座，所述第一固定座与第二固定座垂直连接；所述电动推杆2的一端连接第一固定座，所述声波发射机构固定于第二固定座。底座1实际上模拟蝙蝠的头骨，所述底座1，是整个机械装置的主体，起密封、固定的作用，底座1通过螺丝2与所述鼻部仿生机构和声波发射机构相连，为装置功能的实现提供一个稳定的平台。

所述控制器6与电动推杆2、声波发射装置5通过导线相连，对整个装置其控制调节作用。

实施例2

实施例2公开了高鞍菊头蝠声音特性模拟方法，包括以下步骤：

开启声波发射机构；

控制器6控制电动推杆2的移动，声波检测装置检测声波的物理性质。

在本实施里中，所述声波检测装置使用如公开号为CN106409109A所公开的装置和方法。

在本实施例中，所述控制器6控制电动推杆2以1mm为单位移动多次，每次移动均由声波检测装置检测声波的宽度、幅度和重复频率，并记录，

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高鞍菊头蝠声音特性模拟装置，其特征在于，包括鼻部仿生机构、声波发射器和控制器，鼻部仿生机构和声波发射器 均固定于底座，控制器电连接声波发射器；鼻部仿生机构包括鞍状叶部和伸缩部，伸缩部连接所述鞍状叶部；控制器控制声波发射器发射声波，声波能够到达鞍状叶部；

所述伸缩部的一端固定连接底座，伸缩部的另一端固定连接鞍状叶部，进而通过伸缩部的压缩与舒张进行对鞍状叶部的位置调节；

鞍状叶部内设有张紧机构，所述张紧机构能够与鞍状叶部连接，用于模拟鞍状叶部的伸长和缩短，以改变所发出的声波。

2.如权利要求1所述的高鞍菊头蝠声音特性模拟装置，其特征在于，所述声波发射器包括六自由度平台和安装在六自由度平台的信号发射器，六自由度平台通过调整信号发射器的空间位置，控制信号发射器发射声波的空间特性；六自由度平台来控制信号发射器的空间发射变化和产生的宽度、幅度和重复频率。

3.如权利要求1或2所述的高鞍菊头蝠声音特性模拟装置，其特征在于，所述声波发射器所发射的声波的频率大于20000Hz。

4.如权利要求1所述的高鞍菊头蝠声音特性模拟装置，其特征在于，所述伸缩部与控制器电连接，控制器通过其存储的指令来实现声波的发射与鼻叶长度的伸缩，以实现鼻叶长度对声波发射器所发射声波的调节作用。

5.如权利要求1所述的高鞍菊头蝠声音特性模拟装置，其特征在于，所述伸缩部为电动推杆。

6.如权利要求1所述的高鞍菊头蝠声音特性模拟装置，其特征在于，所述张紧机构包括张紧动力源和连接于张紧动力源的连接件，所述张紧动力源为直线动力源，所述连接件于鞍状叶部的尖端连接。

7.如权利要求1所述的高鞍菊头蝠声音特性模拟装置，其特征在于，所述鞍状叶部呈梨形，所述鞍状叶部内部中空。

8.如权利要求1所述的高鞍菊头蝠声音特性模拟装置，其特征在于，所述底座包括第一固定座和第二固定座，所述第一固定座与第二固定座垂直连接；所述伸缩部的一端连接第一固定座，所述声波发射器固定于第二固定座。

9.如权利要求1~8任意一项所述的高鞍菊头蝠声音特性模拟装置的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

开启声波发射器；

控制器控制伸缩部的运动，声波检测装置检测声波的物理性质。

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