声桥系统压电植入振子力学建模及参数优化.pdf

振动与冲击 No．32009 OFVIBRATIONANDSHOCK V01．28 第28巷第3期 JOURNAL 声桥系统压电植入振子力学建模及参数优化 王应丰，沈高飞，塔娜，饶柱石 (上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海200240) 摘 要：根据作用于圆窗的压电式振动声桥的工作原理，建立了压电振子与圆窗耦合的动力学模型，由此推导l叶{ 该模型的电一机能量转化的传递函数。通过在Matlab环境中进行仿真试验，讨论了压电应变常数、振子支座质母及支座 刚度等参数对传递函数的影响，并分别优化了各个参数。研究结果为新型振动压电植入振子的研制奠定了理论基础。 关键词：压电振子；声桥；力学建模；信号处理；听力辅助设备 中图分类号：THl7：TP306文献标识码：A 正常听觉系统中，在空气中传播的声音即声波，经 与砧骨的捆绑还有造成砧骨长脚破坏的趋势H1。In— 耳廓收集，通过外耳道到达鼓膜。声波到达鼓膜后，经 Hz听阈上升，可能 gol51认为植入振动声桥后，患者500 听7罱’链传至内耳。声波的振动能量通过镫骨底板传至 与FMT的远期稳定性相关。有学者报道植入振动声桥 kHz一4 耳蜗外淋巴时，传到整个耳蜗系统。耳蜗基底膜的运 后，在0．5 kHz频率范同内，患者的残余听阈会 动引起毛细胞兴奋，使蜗神经末梢产生神经冲动，经蜗 比术前提高8dB，且治疗效果也不优于传统助听器。 神经及中枢传导径路传到大脑的听觉皮层，从而产生 本文采用智能压电材料(压电晶体或压电薄膜)作 听觉。听骨链由锤骨、砧骨和镫骨三块听小骨组成，锤 为植入振子，利用其逆压电效应将声音电信号转化为 骨柄连接鼓膜，底板嵌连在内耳的卵圆窗。听小骨畸 圆窗的振动信号。它具有频率响应好、效率高、机电耦 形、断裂，或慢性化脓性中耳炎等病状可致使声波的振 合特性好和稳定性高等优点旧’7|，可以解决由于附加 动能量无法传达耳蜗系统，造成传导性的听力损失。 质量带来的听小骨惰性的I、口J题，从而降低残余听力的 振动声桥(Vibrant 阈值，而且不会破坏砧骨长脚，提高佩戴稳定性。南于 Soundbfidge，VSB)是针对于此类听 力损失的新型助听装置。 压电植入振子体积小、重量轻，振动声桥可以由圆窗龛 植入，使不适于佩戴VSB的传导性聋及混合性聋患者 振动声桥是Symphonix公司于1994年开始研制开 发的一种部分植入式中耳助听器。该产品于1998年2也可从中受益。 月开始在欧洲投入临床使用，2000年8月开始在美国 本文针对贴于圆窗的压电式植入振子的情况，做 投入临床使用，并且在2006年通过了中国食品药品监了以下几部分研究：首先，分析作动器压电陶瓷的边界 督管理局审查，即将在中国市场推出…。 条件，推导出压电振子的压电方程；第二；以支座、压电 振动卢桥结构布局如图1所示，分体外部分和中 振子和圆窗组成的系统为研究对象，建立力学模型，求 耳植入系统两个部分，体外部分主要是麦克风和语音 处理器，中耳植入系统主要是植入振子(FMT)，植入振数的进行仿真，分析其滤波特性，并讨论支座和压电振 子又可分电磁式和压电式两种旧J。其主要机理是：外