ТАКТИЛЬНЫЙ ВИБРАТОР Российский патент 1999 года по МПК H04R9/00 

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для работы в составе тренажеров слуха при исследовании слуха по кожному каналу связи или по каналу костного звукопроведения.

По устройству и принципу действия тактильные вибраторы аналогичны костным вибраторам (см. Лисовский В.А. и Елисеев В.А., Слуховые приборы и аппараты, М., "Радио и связь", 1991, с. 93-96, 162-164). Вибротактильные ощущения способствуют улучшению восприятия звуков, распознаванию слов речи, выработке приемлемой артикуляции произносимых звуков, отработке правильного ударения, ритма и звуковой мелодичности. Рабочий частотный диапазон тактильного вибратора составляет 50-500 Гц, что соответствует реальным границам кожно-тактильного канала передачи вибрационных воздействий. Максимум чувствительности кожного покрова человеческого тела к вибрациям находится на участке частот от 200 до 300 Гц, поэтому именно на этих частотах добиваются получения наибольшей вибромеханической отдачи. Считают приемлемой колебательную силу 1-2 Н при подводимой мощности электрического сигнала 0,2-0,3 Вт.

Известен электроакустический вибратор по заявке ЕР N 0088154, H 04 R 25/00, 1982, предназначенный для использования в тренажерах слуха путем передачи вибраций через кожу обучаемого пациента. Устройство содержит корпус с закрепленной в нем катушкой, внутри которой размещен подвижный сердечник, связанный с мембраной и крышкой корпуса. Вибрации передаются через крышку. Устройство характеризуется недостаточной эффективностью и большими искажениями сигнала, которые обусловлены появлением второй гармоники несущей частоты входного сигнала.

Известен также тактильный вибратор по пат. США N 4139742, H 04 R 25/00, 1979. Устройство содержит плоский цилиндрический корпус, выполненный из немагнитного материала, в котором закреплены два магнитопровода и расположенный между ними без зазора кольцевой магнит. В центре магнита закреплена катушка. Устройство снабжено подвижным сердечником, который может перемещаться внутри катушки. Нижняя крышка корпуса имеет отверстие, в котором свободно колеблется плунжер, закрепленный на подвижном сердечнике. Вибратор закрепляется на браслете, посредством которого устанавливается на руке обучаемого пациента. Вибрации передаются на кожу колебаниями плунжера.

Вибратор имеет небольшие габариты, но его отдача нестабильна, так как зависит от усилия прижатия к руке, что объясняется нестабильной величиной зазора, в котором колеблется подвижный сердечник. Кроме того, при несимметричном прижатии возможен перекос плунжера и сердечника, что вызовет отказ в работе вибратора. Негерметичность устройства также может неблагоприятно сказаться на его работоспособности из-за возможного попадания пыли и влаги в корпус вибратора.

Наиболее близким по устройству к заявляемому вибратору является электродинамический преобразователь по пат. РФ N 2057399, H 04 R 9/00; 1994 г., предназначенный для использования в составе аудиометров при исследовании слуха по каналу костной проводимости. Он содержит цилиндрический корпус с крышкой, соединенные жестко и выполненные из немагнитного материала, например, из капролона. Дно корпуса представляет собой мембрану с утолщенной центральной частью, которая является контактной площадкой. Кольцевая, более тонкая часть мембраны служит гибким подвесом. В корпусе размещена магнитная система, включающая соосно установленные цилиндрический магнитопровод, кольцевой сердечник и два кольцевых магнита. Магнитопровод, на дне которого без зазоров размещены магниты и сердечник, установлен в корпусе по внешнему диаметру посредством эластичных элементов. На дне корпуса изнутри установлен держатель в виде трубчатого выступа, на котором закреплена катушка, размещенная в зазоре между магнитопроводом и кольцевым сердечником. Масса корпуса с держателем и катушкой меньше суммарной массы магнитопровода, сердечника и магнитов, а гибкость эластичных элементов больше гибкости подвеса мембраны.

Известный преобразователь обладает широким частотным диапазоном (125 - 8000 Гц), герметичен и имеет небольшие габариты, что существенно при размещении устройства на мастоидной кости головы пациента. Однако отдача известного преобразователя, не превышающая 1 Н на частоте 500 Гц, достаточна при исследовании слуха по каналу костной проводимости, но недостаточна для его использования по каналу кожно-тактильного воздействия, так как чувствительность этого канала значительно ниже. Кроме того, частотный диапазон тактильного вибратора должен быть смещен в сторону более низких частот.

В основу настоящего изобретения положена задача создания тактильного вибратора, обладающего более высоким уровнем отдачи на частотах, находящихся в зоне максимума чувствительности кожного покрова человека.

Поставленная задача решается тем, что в вибраторе, содержащем цилиндрический корпус с крышкой, жестко соединенные и выполненные из немагнитного материала, магнитную систему, включающую цилиндрический магнитопровод, кольцевой сердечник и кольцевой постоянный магнит, соосно установленные в корпусе посредством эластичных элементов, цилиндрический держатель, связанный с корпусом, и катушку, закрепленную на держателе и размещенную в кольцевом зазоре между магнитопроводом и сердечником, при том, что нижняя торцевая поверхность корпуса является контактной площадкой, согласно изобретению, корпус выполнен с центральным стержнем, на котором установлена немагнитная втулка посредством эластичных элементов, а магнитопровод, сердечник и магнит соединены между собой без зазоров и закреплены на немагнитной втулке, при этом суммарная масса корпуса с крышкой и держателя с катушкой меньше суммарной массы магнитопровода, сердечника, магнита и втулки.

Вибратор может быть снабжен вторым кольцевым сердечником, при этом магнит должен быть установлен без зазоров между сердечниками, дно магнитопровода выполнено из немагнитного материала, а катушка должна быть разделена на две обмотки, намотанные в противоположных направлениях и размещенные каждая вблизи соответствующего сердечника.

Отличительными признаками предлагаемого вибратора от известного преобразователя по пат. РФ N 2057399 является то, что магнитная система закреплена на немагнитной втулке, которая установлена на центральном стержне корпуса посредством эластичных элементов. Благодаря закреплению магнитной системы посредством эластичных элементов в центре конструкции, а не на периферии, как это выполнено в прототипе, увеличивается гибкость подвеса, т.е. рабочий диапазон смещается в сторону низших частот и увеличивается отдача в этом диапазоне за счет уменьшения механического сопротивления эластичных элементов. Устройство предназначено для размещения на руке пациента, поэтому оно может быть выполнено более плоским и иметь больший диаметр, что позволяет использовать постоянный магнит большего диаметра и, следовательно, также способствует увеличению отдачи.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных примеров его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых, согласно изобретению, представлены:
на фиг. 1 - вибратор в собранном виде, разрез по оси, содержащий один магнит и один сердечник;
на фиг.2 - вибратор, содержащий два магнита и один сердечник;
на фиг.3 - вибратор, содержащий один магнит и два сердечника.

Вибратор содержит плоский цилиндрический корпус 1, который герметично закрыт крышкой 2. Нижняя торцовая поверхность корпуса 1 служит контактной площадкой 3. В центре корпуса 1 по оси ОО' имеется стержень 4, выполненный заодно с корпусом 1, при этом он является установочным элементом для закрепления магнитной системы. Корпус 1 и крышка 2 выполнены из немагнитного материала - предпочтительно из пластмассы, например, из капролона. На внутренней поверхности крышки 2 закреплен цилиндрический держатель 5, на котором размещена катушка 6. Держатель, изготовлен из немагнитного материала, например, из пластмассы или алюминиевого сплава. Магнитная система вибратора включает в себя постоянный кольцевой магнит 7, кольцевой сердечник 8 и цилиндрический полый магнитопровод 9, закрепленные на немагнитной втулке 10. Втулка 10 установлена на центральном стержне 4 посредством эластичных элементов 11. Магнит 7 и сердечник 8 соединены друг с другом без зазоров, например, с помощью клея. Магнитопровод 9 охватывает снаружи магнит 7 и сердечник 8 и образует с внешней поверхностью сердечника 8 рабочий зазор, в котором размещена катушка 6. Провода 12 от катушки 6 для подключения к источнику переменного тока (не показан) выведены через отверстие в крышке 2, которое может быть закрыто герметично для защиты от внешней среды. Втулка 10 может быть выполнена из латуни, а эластичные элементы 11 - из мягкой резины. На крышке 2 предусмотрены ушки (не показаны) для закрепления браслета или ремешка.

В случае, когда в магнитную систему вибратора введен второй кольцевой магнит 13 (фиг.2), он закрепляется на втулке 10 и устанавливается без зазора на сердечнике 8, при этом магниты 7 и 13 намагничены аксиально и одноименными полюсами направлены навстречу друг другу.

В случае, когда в магнитную систему вибратора введен второй сердечник 14 (фиг. 3), он закрепляется на втулке 10 соосно с магнитом 7 и сердечником 8, при этом магнит 7 устанавливается между сердечниками 8 и 14 без зазоров. Дно 17 магнитопровода 9 в данном случае должно быть выполнено из немагнитного материала. При этом катушка 6 разделена на две обмотки 15 и 16, которые намотаны в противоположных направлениях и размещены в рабочем зазоре вблизи сердечников 8 и 14 соответственно.

Вибратор работает следующим образом. Постоянный магнит 7 создает постоянное магнитное поле в кольцевом зазоре между сердечником 8 и магнитопроводом 9. При протекании переменного тока в катушке 6 в результате его взаимодействия с постоянным магнитным полем возникают колебательные движения катушки 6 в зазоре (параллельно оси ОО'). Эти колебательные движения катушки 6 через держатель 5 передаются корпусу 1 с контактной площадкой 3 и ощущаются пациентом через кожу.

Переменная сила, возникающая при взаимодействии двух полей, прямо пропорциональна магнитной индукции в рабочем зазоре, общей длине провода катушки 6 и силе тока, протекающего в ней. Длина провода и индукция в зазоре остаются постоянными, поэтому переменная сила прямо пропорциональна силе тока, протекающего в катушке 6.

В общем случае на подвижную систему вибратора дополнительно действует ряд противодействующих сил: сила инерции массы подвижной системы, восстанавливающая сила упругости подвижной системы и силы механического сопротивления. Подвижная система вибратора может быть представлена в виде колебательного контура, состоящего из действующих масс, гибкостей и механических сопротивлений ее составных частей.

На низших частотах колебаний в них участвует колебательный контур, резонансная частота которого определяется общей массой магнитной системы (магнита 7, сердечника 8, магнитопровода 9 и втулки 10), гибкостью элементов 11 и импедансом нагрузки вибратора. С увеличением частоты тока сила инерции массы магнитной системы вибратора возрастает и в колебаниях участвует другой колебательный контур, резонансная частота которого определяется суммарной массой катушки 6, держателя 5, корпуса 1 с крышкой 2, гибкостью элементов 11 и импеданса нагрузки вибратора. Необходимым условием для эффективной работы в заданном частотном диапазоне вибраций является следующее: суммарная масса корпуса 1 с крышкой 2, держателя 5 и катушки 6 должна быть меньше общей массы магнитной системы. При этом усилие прижима корпуса 1 вибратора к руке пациента не влияет на положение магнитной системы в корпусе 1, т.е. на амплитуду колебаний катушки 6 относительно магнитной системы.

На повышение эффективности колебаний, что особенно важно при обучении пациентов на тренажерах слуха, направлено увеличение магнитной индукции и равномерности магнитного поля в рабочем зазоре благодаря использованию двух высокоэффективных магнитов 7 и 13.

Вибраторы, предназначенные для постоянного ношения на руке пациента, прошедшего обучение на тренажерах слуха, должны иметь малые габариты при хорошей отдаче. Для этого предусмотрено введение второго сердечника 14 и разделение катушки на две обмотки 15 и 16, которые намотаны в противоположных направлениях. В результате при взаимодействии с противоположно направленными полями сердечников магнитодвижущие силы обмоток суммируются.

Таким образом, предлагаемый тактильный вибратор характеризуется стабильной отдачей в заданном диапазоне частот, малыми размерами и герметичной конструкцией, что позволяет использовать его как в тренажерах слуха, так и для постоянного ношения пациентами, прошедшими соответствующее обучение на тренажерах слуха.

Изготовлена опытная партия тактильных вибраторов в соответствии с заявляемым изобретением для использования их в составе тренажеров слуха пациентов с потерей слуха.

Проведены испытания вибраторов и получены следующие характеристики:
Частотный диапазон, Гц, не уже - 50-800
Развиваемая переменная сила, H, не менее - 2
Габариты: диаметр, мм - 40
высота, мм (по фиг.2) - 20
высота, мм (по фиг. 3) - 12,5
Масса, г, не более - 502

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для работы в составе тренажеров слуха. Тактильный вибратор содержит цилиндрический корпус, закрытый крышкой. Нижняя торцевая поверхность корпуса служит контактной площадкой. Магнитная система вибратора включает в себя кольцевой магнит, кольцевой сердечник и цилиндрический полый магнитопровод, закрепленные на немагнитной втулке. Втулка установлена на центральном стержне корпуса посредством эластичных элементов. На немагнитном держателе, закрепленном на крышке, установлена катушка, размещенная в рабочем кольцевом зазоре, образованном внешней поверхностью сердечника и внутренней поверхностью магнитопровода. Изобретение позволяет обеспечить стабильный уровень отдачи в заданном диапазоне частот, малые размеры и герметичность конструкции вибратора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вибратор тактильный, содержащий цилиндрический корпус с крышкой, жестко соединенные и выполненные из немагнитного материала, магнитную систему, включающую цилиндрический магнитопровод, кольцевой сердечник и кольцевой постоянный магнит, соосно установленные в корпусе посредством эластичных элементов, цилиндрический держатель, связанный с корпусом, и катушку, закрепленную на держателе и размещенную в кольцевом зазоре между магнитопроводом и сердечником, при этом нижняя торцевая поверхность корпуса является контактной площадкой, отличающийся тем, что цилиндрический корпус выполнен с центральным стержнем, на котором установлена немагнитная втулка посредством эластичных элементов, а магнитопровод, сердечник и магнит соединены между собой без зазоров и закреплены на немагнитной втулке, при этом суммарная масса корпуса с крышкой и держателя с катушкой меньше суммарной массы магнитопровода, сердечника, магнита и немагнитной втулки. 2. Вибратор по п. 1, отличающийся тем, что в магнитную систему введен второй кольцевой сердечник, магнит установлен без зазоров между сердечниками, дно магнитопровода выполнено из немагнитного материала, а катушка разделена на две обмотки, намотанные в противоположных направлениях, при этом каждая из обмоток расположена в рабочем зазоре вблизи соответствующего сердечника.