[发明专利]一种基于磁固耦合的薄膜型主动声学超材料

说明书

本发明涉及低频噪声主动控制的声学超材料技术领域，具体为一种基于磁固耦合的薄膜型主动声学超材料。所述薄膜型主动声学超材料的结构由内部可产生匀强磁场的通电螺线管和中心附加钕铁硼磁铁的硅胶薄膜等结构组成，通电后可使得硅胶薄膜上磁铁受到一轴向电磁力作用，实现了超材料结构声学特性的非接触式主动控制。本结构具有较好的低频隔声性能，通过改变电流强度产生不同强度的磁场，从而改变作用在磁铁上的受力，能够定量调节所设计声学超材料的固有频率，实现隔声峰值频率的定向移动，从而拓宽了声学超材料的隔声频率范围，为在低频范围内的噪声控制提供了有效的实际应用。

技术领域

本发明涉及低频噪声主动控制的声学超材料技术领域，具体为一种基于磁固耦合的薄膜型主动声学超材料。

技术背景

在现代社会中,低频范围的噪声不仅在工业、航空和交通铁路等各个领域中,给其领域的仪器、设备等带来了严重的安全隐患,而且严重影响了人们的日常工作生活。传统材料的低频隔声量遵循质量定律，在现有的低频噪声控制方法中,或是用较为厚实的传统混凝土墙或是结构较为复杂的复合材料结构,其方法制备困难、价格较高。低频噪声由于波长长、传播距离远、衰落弱等特点,对其有效控制一直是噪声控制领域有挑战性的难题。

声学超材料是一种具有负等效特性的周期性亚波长结构组成的复合材料,可以通过小尺寸控制大波长。近年来,研究者们提出了大量的声学超材料,为低频噪声控制提供了有利的结构模型。2012年，梅军等人设计了一种在弹性薄膜上镶嵌有一些非对称性的硬质金属片的声学超材料，实现了低频区域的高效隔声；2017年，周榕等人发明了一种一种带薄膜结构的Helmholtz腔声学超材料(专利申请号为CN201611165543.4)，使得材料在500Hz以下的频率范围被产生多个隔声峰值，改变薄膜位置可以改变隔声峰值对应频率，实现声学超材料隔声性能的半主动控制。

传统的被动式声学超材料以及半主动式声学超材料一旦制备完成，其隔声峰值频率固定，或者可调节范围较窄，难以适应实际复杂声学环境。

薄膜型声学超材料因其轻质以及较好的低频隔声性能，得到广泛的关注。通过定量改变薄膜上附加质量块的轴向受力可以定向控制超材料隔声峰值的移动，实现隔声的主动控制。

发明内容

本发明提供了一种基于磁固耦合的薄膜型主动声学超材料，通过定量改变输入电流的大小，改变硅胶薄膜上磁铁轴向受力，改变结构固有频率，从而使隔声峰值定向移动，实现声学超材料的非接触式主动控制。

本发明的技术方案是：一种基于磁固耦合的薄膜型主动声学超材料，所述薄膜型主动声学超材料由环形框架、磁铁、硅胶薄膜和通电螺线管组成；将漆包铜线绕制在螺线管套筒上，漆包铜线首尾留出一段接入直流电源正负极，制成通电螺线管；然后将一片环形框架放置在水平桌面上，再将硅胶薄膜自然放置在环形框架的上表面，再将另一片环形框架对准桌面上的环形框架放置在硅胶薄膜上，使硅胶薄膜夹于两片环形框架之间，用螺丝将上下两片环形框架固定，从而固定硅胶薄膜，接着用美工刀将硅胶薄膜沿着环形框架外边缘裁断，再将磁铁S极一侧用胶水粘贴在固定好的硅胶薄膜中心，然后将环形框架外侧缠上一层隔声胶带，防止漏声，最后将固定有圆形硅胶薄膜的环形框架放置于绕制好的通电螺线管内部，放置时靠近通电螺线管N极一侧。

上述方案中，由环形框架固定的硅胶薄膜垂直于磁场方向放置。

上述方案中，所述环形框架和螺线管套筒是由铝材料制成，或者由其他弱磁性材料制成。

进一步的，所述的环形框架外半径为17-32mm，内半径为15-30mm，单片厚度为2mm。

进一步的，所述的硅胶薄膜固定在两片环形框架之间，并用4颗螺丝对称固定。

进一步的，所述硅胶薄膜半径为15-30mm，厚度为0.3-0.6mm，杨氏模量为1MPa-3MPa。

进一步的，所述硅胶薄膜也可采用其他材料弹性薄膜。