耳蜗是人体内耳的重要组成部分,主要由中央的蜗轴和周围的骨蜗管组成,蜗管内的基底膜上分布有感觉纤毛,外界信号经由耳廓、耳道、听骨链等传递系统引起感觉纤毛发生变形产生神经冲动并传递至大脑皮层的听觉中枢最终被解释为声音。由于生理及结构等原因,目前对于人体耳蜗的感知机理缺乏深入了解。本课题采用PVDF制成的半电极含金属芯压电纤维作为耳蜗放大模型的感觉纤维,设计制备耳蜗传感模型,探究其对振动信号的传感特性。主要研究内容如下:1、设计制备了 SMPF(Symmetric Metal core PVDF Fiber)仿生纤毛传感器,并推导了 SMPF产生的电荷与激励大小之间的关系。通过实验论证得知SMPF可以感知振动信号的类型、频率和振幅,且响应信号大小与振动信号幅值成线性关系。2、使用SMPF代替耳蜗感觉纤毛,用AB硅胶模拟耳蜗膜迷路,模仿人体耳蜗的结构,并按一定比例进行放大制备出人工圆柱直管耳蜗模型。搭建实验平台,用振动信号对圆柱直管耳蜗进行振动冲击。实验结果表明,制备的圆柱直管耳蜗对振动信号的类型具有感知作用且耳蜗响应信号与振动信号幅值成线性关系。3、设计制备锥管单根感觉纤维耳蜗模型,用与2中相同的振动信号对其进行冲击振动,对比其与圆柱直管耳蜗响应信号的差别,实验结果表明,在同振幅同频率的振动信号刺激下,锥管耳蜗的信号响应要比直管耳蜗的信号响应弱,说明锥管耳蜗结构具有信号衰减作用。4、在3的基础上,设计制备锥管三根感觉纤维耳蜗模型,分别用正弦,方波,三角三种振动信号对其进行冲击振动,对比三根纤维的信号大小并进行处理分析,结果表明从蜗底到蜗顶,纤维的最大响应信号频率逐渐减小,说明锥形蜗管耳蜗结构对不同频率的信号具有选择作用,与行波学说所述规律相一致。通过建立圆柱直管耳蜗以及锥管耳蜗实验模型并进行实验分析,得出制备的耳蜗放大模型对振动信号的类型、振幅、频率均具有感知能力且响应信号大小与激励信号振幅成线性关系;将锥管单根感觉纤维耳蜗模型和圆柱直管耳蜗模型的实验数据进行对比分析,得出对于相同的振动信号,后者的信号响应更为明显,说明锥管耳蜗模型对信号存在衰减作用;对锥管三根感觉纤维耳蜗模型内三根纤维的信号对比,得出锥管耳蜗结构对振动信号具有频率选择作用,验证了行波学说。本文的研究结果,验证了人体耳蜗传感机理的一些传统理论,可以为前庭学研究领域对相关病症的检查、治疗提供一些参考。