CN114010395A - 听力保护器、耳廓模型采集装置及采集方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种听力保护器、耳廓模型采集装置及采集方法，廓模型采集装置包括电源单元、设有开口的柔性胶囊和存储有电流变液的注射器，注射器的出液口与柔性胶囊的开口连通，柔性胶囊的内壁设置有与电源单元电连接的第一电极和第二电极，将耳廓模型采集装置的柔性胶囊放入耳廓，通过注入电流变液使柔性胶囊贴紧耳廓，之后施加电压使电流变液固化，形成耳廓形状，通过3D打印出耳塞外壳，使耳塞外壳能够贴合使用者的耳廓；并且设置有声学滤音器采集外界声音，将声音进行滤波降噪后将人声传入人耳中，既能消除噪音对工作人员的影响，又能方便工作人员之间进行沟通。
Description
技术领域
本申请涉及佩戴装置，尤其涉及一种听力保护器、耳廓模型采集装置及采集方法。
背景技术
矿井作业环境恶劣，尤其是噪音极大，作业人员长期暴露在超过限值的噪音中工作，会对其身体和精神造成十分恶劣的影响。并且在高噪音工作场所，还会影响到工作人员之间的语言交流，影响到作业间协作和作业效率，甚至存在因错误操作引起意外事故的风险。
工作人员一般采用佩戴耳塞来降低噪音，但同时也难以听到其他工作人员的声音，对正常作业有较大的影响。而目前的拾音降噪防护耳罩为了起到较佳的防护降噪效果，一般设置体积较大的耳罩结构，佩戴这种耳罩工作人员会有一定的不适感，并且由于体积较大影响安全帽的佩戴，只能在不需佩戴安全帽的场合使用，适用范围较小。
发明内容
本申请的目的在于克服现有技术的不足，提供一种既能降噪又不影响沟通，并且佩戴舒适性较高的听力保护器、耳廓模型采集装置及采集方法。
本申请的技术方案提供一种耳廓模型采集装置，包括电源单元、设有开口的柔性胶囊和存储有电流变液的注射器；
所述注射器的出液口与所述柔性胶囊的开口连通；
所述柔性胶囊的内壁设置有第一电极和第二电极，所述第一电极与所述电源单元的第一输出端电连接，所述第二电极与所述电源单元的第二输出端电连接。
进一步地，所述柔性胶囊的内壁设置有第一导电金属镀膜区和第二导电金属镀膜区分别作为所述第一电极和所述第二电极；
所述第一导电金属镀膜区连接有第一引线伸出所述柔性胶囊外与所述电源单元的第一输出端电连接；
所述第二导电金属镀膜区连接有第二引线伸出所述柔性胶囊外与所述电源单元的第二输出端电连接。
进一步地，所述电源单元包括可调压电源和开关，所述可调压电源连接在所述第一电极和所述开关之间，所述开关连接在所述第二电极和所述可调压电源之间。
进一步地，所述电流变液包括40-60％的分散介质，25-50％的固相分散粒子和1-15％的添加剂；
所述分散介质包括绝缘性液体硅油、矿物油、石蜡油、煤油中的至少一种；
所述固相分散粒子包括金属氧化物、无机化合物和复合粒子；
所述添加剂为甘油或油酸。
本申请的技术方案还提供一种基于前述的耳廓模型采集装置的耳廓模型制作方法，包括
将柔性胶囊放入定制者的耳廓中，将注射器中的电流变液注入柔性胶囊中，直至柔性胶囊的外壁与耳廓紧密贴合；
启动电源单元，通过第一电极和第二电极向柔性胶囊中的电流变液施加电压并保持设定时间，直至柔性胶囊内的电流变液相变为固态；
将柔性胶囊从耳廓中取出并保持或增加电压；
激光扫描柔性胶囊获取耳廓形状数据，根据所述耳廓形状数据进行3D打印，生成耳廓模型。
进一步地，所述将注射器中的电流变液注入柔性胶囊中，直至柔性胶囊的外壁与耳廓紧密贴合，具体包括：
以设定速度将注射器中的电流变液注入柔性胶囊中，直至注入电流变液的体积达到设定体积；
调整柔性胶囊的位置使柔性胶囊的外壁与耳廓紧密贴合。
本申请的技术方案还提供一种听力保护器，包括根据前述的耳廓模型制作方法制作的耳塞外壳和设置在所述耳塞外壳内的声学滤音器；
所述声学滤音器具有拾音口和出音口，所述拾音口朝向所述耳塞外壳的外侧，所述出音口朝向所述耳塞外壳的内侧。
进一步地，所述耳塞外壳内还设置有传音道，所述声学滤音器设置在所述耳塞外壳的外侧，所述拾音口设置在所述耳塞外壳的外侧面，所述传音道一端连接所述出音口，另一端设置在所述耳塞外壳的内侧面。
进一步地，所述声学滤音器为低通降噪拾音器。
进一步地，还包括电源；
所述电源设置在所述耳塞外壳内并与所述声学滤音器电连接，或者
所述电源独立设置，并通过电源线与所述声学滤音器电连接。
采用上述技术方案后，具有如下有益效果：
本申请中耳廓模型采集装置将柔性胶囊放入耳廓，通过注入电流变液使柔性胶囊贴紧耳廓，之后施加电压使电流变液固化，形成耳廓形状，通过3D打印出耳塞外壳，使耳塞外壳能够贴合使用者的耳廓；
并且设置有声学滤音器采集外界声音，将声音进行滤波降噪后将人声传入人耳中，既能消除噪音对工作人员的影响，又能方便工作人员之间进行沟通。
附图说明
参见附图，本申请的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本申请的保护范围构成限制。图中：
图1是本申请一实施例中耳廓模型采集装置的示意图；
图2是本申请一实施例中耳廓模型采集方法的流程图；
图3是本申请一实施例中听力保护器的示意图；
图4是本申请一实施例中听力保护器的示意图。
附图标记对照表：
电源单元101、可调压电源111、开关112、柔性胶囊102、第一电极121、第二电极122、进液管123、电流变液103、注射器104；
耳塞外壳301、声学滤音器302、传音道303、电源304、电源线305。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本申请的具体实施方式。
容易理解，根据本申请的技术方案，在不变更本申请实质精神下，本领域的一般技术人员可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本申请的技术方案的示例性说明，而不应当视为本申请的全部或视为对申请技术方案的限定或限制。
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述属于在本申请中的具体含义。
耳廓模型采集装置：
本申请实施例中的耳廓模型采集装置，如图1所示，包括电源单元101、设有开口的柔性胶囊102和存储有电流变液103的注射器104；
注射器104的出液口与柔性胶囊102的开口连通；
柔性胶囊102的内壁设置有第一电极121和第二电极122，第一电极121与电源单元101的第一输出端电连接，第二电极122与电源单元101的第二输出端电连接。
具体来说，柔性胶囊102采用柔性橡胶材料制成，具有良好的绝缘效果和形变能力。柔性胶囊102的原始形状呈月牙形，其前部形成尖端，在采集耳廓模型时，可以放置部分尖端伸入外耳道中。
柔性胶囊102的开口连接有进液管123，进液管123与注射器104的出液口密封衔接，衔接处可以采用胶水密封。柔性胶囊102仅设有一个开口，其他区域均保持封闭状态，在使用过程中，将电流变液103从注射器104注入柔性胶囊102中，避免电流变液103溢出。
注射器104上可以设置有刻度，方便观察注入的电流变液的量，一般来说，注射器104内的电流变液体积为23mm3。
电流变液在通常条件下是一种悬浮液，它在电场的作用下可发生液体—固体的转变：当外加电场强度大大低于某个临界值时，电流变液呈液态；当电场强度大大高于这个临界值时，电流变液就变成固态。利用电流变液的这个特性，柔性胶囊102放置到耳廓中，将液态的电流变液注入柔性胶囊102，使柔性胶囊102填充整个耳廓呈现耳廓的形状，再启动电源单元101对电流变液103施加电场，使电流变液103固态化，从而采集到到耳廓模型。
本申请实施例利用电流变液的物理特性，设计出了具有柔性胶囊102、注射器104和电源单元101的耳廓模型采集装置，能够精准快速地采集耳廓模型，并且电流变液能够在固态和液态之间较为快速地切换，因此能够重复使用。
在其中一个实施例中，柔性胶囊102的内壁设置有第一导电金属镀膜区和第二导电金属镀膜区分别作为第一电极121和第二电极122；
第一导电金属镀膜区连接有第一引线伸出柔性胶囊102外与电源单元101的第一输出端电连接；
第二导电金属镀膜区连接有第二引线伸出柔性胶囊102外与电源单元101的第二输出端电连接。
具体来说，第一导电金属镀膜区和第二导电金属镀膜区两个区域相互独立、面积相等并且相对设置，导电金属可以用铜、铝等，本申请实施例采用镀锌膜层，导电金属镀膜区要达到设定的厚度，以保证在柔性胶囊102被电流变液103撑开的情况下，导电金属镀膜区也不会断裂。
第一引线的一端和第一导电金属镀膜区连接，另一端穿过柔性胶囊102伸出，第一引线伸出柔性胶囊102的部分包覆有绝缘层，柔性胶囊102上第一引线的引出点通过点胶密封；第二引线的一端和第二导电金属镀膜区连接，另一端穿过柔性胶囊102伸出，第二引线伸出柔性胶囊102的部分包覆有绝缘层，柔性胶囊102上第二引线的引出点同样通过点胶密封，以防止电流变液103溢出。
本申请实施例中在柔性胶囊102的内壁设置导电金属镀膜作为电极，既具有导电作用，又不破坏柔性胶囊102的柔性，保证柔性胶囊102在取模使能够完全贴合使用者的耳廓。
在其中一个实施例中，电源单元101包括可调压电源111和开关112，可调压电源111连接在第一电极121和开关112之间，开关112连接在第二电极122和可调压电源111之间。
具体来说，可调压电源111和开关112构成了电源单元101，可调压电源111的调压范围为0-2kV，通过开关112能够控制电源的通断，不需在耳廓采集过程中进行接线操作。
在其中一个实施例中，电流变液103包括40-60％的分散介质，25-50％的固相分散粒子和1-15％的添加剂；
分散介质包括绝缘性液体硅油、矿物油、石蜡油、煤油中的至少一种；
固相分散粒子包括金属氧化物、无机化合物和复合粒子；
添加剂为甘油或油酸。
作为一个例子，电流变液的具体组分为硅油60％、二氧化硅9％、三氧化二铝10％、碳化钙6％、羰基铁粉6％、甘油9％，这种组分的电流变液103从液态变化为固态的电压为750-850V，保持时间为2-3min。
作为一个例子，电流变液的具体组分为矿物油50％、三氧化二铝18％、碳化钙13％、羰基铁粉6％、油酸13％，这种组分的电流变液103从液态变化为固态的电压为650-700V，保持时间为4-5min。
电流变液的组分可以根据实际需求进行调整，从而调整施加电压的大小和保持时间的长短。
耳廓模型制作方法：
本申请的技术方案还提供一种基于前述任一实施例中的耳廓模型采集装置的耳廓模型制作方法，如图2所示，包括
步骤S201：将柔性胶囊102放入定制者的耳廓中，将注射器104中的电流变液103注入柔性胶囊102中，直至柔性胶囊102的外壁与耳廓紧密贴合；
步骤S202：启动电源单元101，通过第一电极121和第二电极122向柔性胶囊102中的电流变液103施加电压并保持设定时间，直至柔性胶囊102内的电流变液103相变为固态；
步骤S203：将柔性胶囊102从耳廓中取出并保持或增加电压；
步骤S204：激光扫描柔性胶囊102获取耳廓形状数据，根据所述耳廓形状数据进行3D打印，生成耳廓模型。
具体来说，首先将柔性胶囊102放入定制者的耳廓中，注意月牙状的柔性胶囊102的弧形朝向需与耳朵适应，并且尖端部分伸入外耳道。例如，采集左耳耳廓模型时，柔性胶囊102的弧形朝向左侧凸起，采集右耳耳廓模型时，柔性胶囊102的弧形朝向右侧凸起。之后操作注射器104向柔性胶囊102中注入电流变液103，使电流变液103填充柔性胶囊102直至柔性胶囊102的外壁与耳廓紧密贴合。
之后闭合开关112接通电源单元101向柔性胶囊102中的电流变液103施加电场，并保持设定时间直至柔性胶囊102内的电流变液103相变为固态，在闭合开关112前，根据电流变液103的性质确定对应的电压和持续时间，将可调压电源111调整为该电压值后再闭合开关112。
最后将固态化的呈耳廓形状的柔性胶囊102取出并保持或增加电压，使其保持在固态状态下进行激光扫描得到耳廓形状数据，根据耳廓形状数据进行打印即可生成耳廓模型。
在其中一个实施例中，所述将注射器中的电流变液注入柔性胶囊中，直至柔性胶囊的外壁与耳廓紧密贴合，具体包括：
以设定速度将注射器中的电流变液注入柔性胶囊中，直至注入电流变液的体积达到设定体积；
调整柔性胶囊的位置使柔性胶囊的外壁与耳廓紧密贴合。
具体来说，上述步骤S201中向柔性胶囊102中注入电流变液103时，需以较为缓慢的速度注入设定体积的电流变液103，设定速度应当小于2mm3/s，防止电流变液103流动太快使得部分区域无法与耳廓贴合，设定体积一般设置为小于10mm3，在该体积下，电流变液103基本能填充整个耳廓，为了保证之后使用者佩戴的舒适性，耳廓模型的体积也不能过大。
而电流变液的体积达到设定体积后，还需调整柔性胶囊102的位置，使电流变液103流动均匀以提高舒适性。
本申请中的耳廓模型制作方法，采集并制作耳廓模型的速度较快并且较为精确，能够快速推进定制工作。
听力保护器：
本申请的技术方案还提供一种听力保护器，如图3所示，包括根据前述实施例中的耳廓模型制作方法制作的耳塞外壳301和设置在耳塞外壳301内的声学滤音器302；
声学滤音器302具有拾音口和出音口，拾音口朝向耳塞外壳301的外侧，出音口朝向耳塞外壳301的内侧。
具体来说，声学滤音器302外包覆尼龙层作为防护，耳塞外壳301直接在声学滤音器302外进行3D打印，打印材料为聚丙烯酸树脂或医用有机硅胶，耳塞外壳301按照使用者的耳廓进行定制，能够与耳廓紧密贴合，保证降噪的效果。
图3所示的耳塞外壳301，A侧为外侧，朝向耳朵外，B侧为内侧，朝向耳道内；拾音口朝向耳塞外壳301的外侧设置，用于接收外界声音，出音口朝向耳塞外壳301的内侧，声学滤音器302接收外界声音后进行降噪处理后从出音口输出。
声学滤音器302为低通降噪拾音器，可以选用BO4015CSC型拾音器，其通过拾音口采集声音信号，由内部主动降噪电路、降噪模块，音量转换模块、信号放大器、降噪输出、滤音器等模块进行降噪处理后，将降噪后的声音信号从出音口输出。
进一步地，耳塞外壳301内还设置有传音道303，声学滤音器302设置在耳塞外壳301的外侧，拾音口设置在耳塞外壳301的外侧面，传音道303一端连接出音口，另一端设置在耳塞外壳301的内侧面。
具体来说，由于声学滤音器302体积较小，将声学滤音器302设置在耳塞外壳301的外侧位置，使拾音口暴露在耳塞外壳301的外侧面，则出音口距离耳塞外壳301的内侧面有一定距离，为了保证使用者能够清晰地听到出音口播出的声音，在出音口和耳塞外壳301的内侧面之间设置有传音道303。
传音道303为柔性管道，在3D打印耳塞外壳301之前，将柔性管道先固定在声学滤音器302的出音口并调整好柔性管道的延伸位置，之后进行耳塞外壳301的3D打印，打印完成后再修剪多余的柔性管道。
进一步地，听力保护器还包括电源，电源为声学滤音器供电。
如图3所示的听力保护器中，左耳保护器和右耳保护器为独立结构，电源(未示出)直接设置在耳塞外壳301内并与声学滤音器302电连接。与传音道303类似，电源同样在3D打印耳塞外壳301之前，先与声学滤音器302进行接线并调整位置，之再进行耳塞外壳301的3D打印。电源一般采用可更换的电池，因此，需要保证电池安装口裸露在耳塞外壳301的外表面，方便更换电池。
图4示出了听力保护器的另一种结构，电源304独立设置，左耳保护器和右耳保护器共用同一个电源304，电源304和左耳保护器和右耳保护器的声学滤音器302通过电源线305连接。这种结构中，电源304独立设置，能够放置在使用者的口袋或安全帽内部。而为了使电源线305能够连接，需要保证声学滤音器302的电源接口裸露在耳塞外壳301的外表面。
本申请中的听力保护器，通过采集耳廓模型定制耳塞外壳，实现耳塞外壳与耳廓的完美贴合，达到最佳的降噪效果和舒适性，并且结构小巧，能够放置到使用者的耳内，不会影响安全帽的佩戴，适用范围更大。
以上所述的仅是本申请的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，将分别公开在不同的实施例中的技术方案适当组合而得到的实施方式也包括在本发明的技术范围内，在本申请原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种耳廓模型采集装置，其特征在于，包括电源单元、设有开口的柔性胶囊和存储有电流变液的注射器；
所述注射器的出液口与所述柔性胶囊的开口连通；
所述柔性胶囊的内壁设置有第一电极和第二电极，所述第一电极与所述电源单元的第一输出端电连接，所述第二电极与所述电源单元的第二输出端电连接。
2.根据权利要求1所述的耳廓模型采集装置，其特征在于，所述柔性胶囊的内壁设置有第一导电金属镀膜区和第二导电金属镀膜区分别作为所述第一电极和所述第二电极；
所述第一导电金属镀膜区连接有第一引线伸出所述柔性胶囊外与所述电源单元的第一输出端电连接；
所述第二导电金属镀膜区连接有第二引线伸出所述柔性胶囊外与所述电源单元的第二输出端电连接。
3.根据权利要求1所述的耳廓模型采集装置，其特征在于，所述电源单元包括可调压电源和开关，所述可调压电源连接在所述第一电极和所述开关之间，所述开关连接在所述第二电极和所述可调压电源之间。
4.根据权利要求1所述的耳廓模型采集装置，其特征在于，所述电流变液包括40-60％的分散介质，25-50％的固相分散粒子和1-15％的添加剂；
所述分散介质包括绝缘性液体硅油、矿物油、石蜡油、煤油中的至少一种；
所述固相分散粒子包括金属氧化物、无机化合物和复合粒子；
所述添加剂为甘油或油酸。
5.一种基于权利要求1-4任一项所述的耳廓模型采集装置的耳廓模型制作方法，其特征在于，包括
将柔性胶囊放入定制者的耳廓中，将注射器中的电流变液注入柔性胶囊中，直至柔性胶囊的外壁与耳廓紧密贴合；
启动电源单元，通过第一电极和第二电极向柔性胶囊中的电流变液施加电压并保持设定时间，直至柔性胶囊内的电流变液相变为固态；
将柔性胶囊从耳廓中取出并保持或增加电压；
激光扫描柔性胶囊获取耳廓形状数据，根据所述耳廓形状数据进行3D打印，生成耳廓模型。
6.根据权利要求5所述的耳廓模型制作方法，其特征在于，所述将注射器中的电流变液注入柔性胶囊中，直至柔性胶囊的外壁与耳廓紧密贴合，具体包括：
以设定速度将注射器中的电流变液注入柔性胶囊中，直至注入电流变液的体积达到设定体积；
调整柔性胶囊的位置使柔性胶囊的外壁与耳廓紧密贴合。
7.一种听力保护器，其特征在于，包括根据权利要求5或6所述的耳廓模型制作方法制作的耳塞外壳和设置在所述耳塞外壳内的声学滤音器；
所述声学滤音器具有拾音口和出音口，所述拾音口朝向所述耳塞外壳的外侧，所述出音口朝向所述耳塞外壳的内侧。
8.根据权利要求7所述的听力保护器，其特征在于，所述耳塞外壳内还设置有传音道，所述声学滤音器设置在所述耳塞外壳的外侧，所述拾音口设置在所述耳塞外壳的外侧面，所述传音道一端连接所述出音口，另一端设置在所述耳塞外壳的内侧面。
9.根据权利要求7所述的听力保护器，其特征在于，所述声学滤音器为低通降噪拾音器。
10.根据权利要求7所述的听力保护器，其特征在于，还包括电源；
所述电源设置在所述耳塞外壳内并与所述声学滤音器电连接，或者
所述电源独立设置，并通过电源线与所述声学滤音器电连接。
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