[发明专利]一种可调控隔声峰值频率的半自动式薄膜声学超材料

说明书

本发明提供了一种可调控隔声峰值频率的半自动式薄膜声学超材料。其由薄膜型声学超材料、轴向磁场以及控制电路部分组成。所述的薄膜型声学超材料由天然橡胶薄膜、两片钕铁硼磁铁、亚克力环形框架组成，钕铁硼磁铁吸附在薄膜两侧既可以作为可调控隔声峰值频率的半自动式薄膜声学超材料的中心质量块，又可以作为轴向磁场的受力物，向轴向磁场通入电流，通过控制电流强度来改变钕铁硼磁铁受力，进而改变薄膜预张力，实现该材料隔声峰固有频率的定向调节。控制电路部分有声级计传感器、显示屏、电位器组成，当隔声峰频率因材料疲劳发生偏移时，通过声级计传感器接收到型号在显示屏上观察到，通过电位器改变输入电流强度来实现半自动控制。

技术领域

本发明涉及低频噪声控制的声学超材料技术领域，具体为一种可调控隔声峰值频率的半自动式薄膜声学超材料。

背景技术

随着城市的扩张，变电站也从郊区逐渐进入了城市，变电站噪声污染引起了越来越多的关注，变电站噪声频率主要集中在40-120Hz，具有低频宽频的特点。而低频噪声由于波长较长，衰减较慢，控制低频噪声成为了一个颇具挑战性的问题。传统的隔声降噪材料受质量定律的限制，想要在低频范围内取得更好的隔声效果通常需要设计的较为厚重、复杂，应用收到了局限。而薄膜声学超材料由于具有更好的低频声学性能，因此在减振降噪领域被广泛研究。

杭锐等人针对低频噪声较难控制的问题，设计一种基于电磁力调谐的薄膜主动声学超材料，该结构由通电螺线管和边界固定、中心附加钕铁硼磁铁的薄膜等结构组成。通过数值模拟和实验对其声学性能进行详细分析，结果表明：该结构在100-200Hz范围内具有较好的隔声性能。贺子厚等人针对低频噪声的隔离问题，设计了一种基于压电材料的可调控薄膜声学超材料，该材料由压电质量块嵌入弹性薄膜制成。建立了材料的有限元分析模型，实验结果表明：此声学超材料可以通过改变外接电路的参数来调整电路的共振频率，从而实现对隔声性能的调控。

然而，多数薄膜声学超材料的隔声频率大多为100Hz以上的频域，在20-100Hz的频率范围内鲜有研究，但变电站设备等一些机械噪声主要集中在40-100Hz的低频段。且现有的薄膜声学超材料由于使用时长而产生疲劳导致了其隔声峰频率会发生偏移，使其降噪效果变差。因此，本申请设计了一种可调控隔声峰值频率的半自动式薄膜声学超材料。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，提供了一种可调控隔声峰值频率的半自动式薄膜声学超材料，通过使用不同形状分布的钕铁硼磁铁与天然橡胶薄膜结合制成薄膜声学超材料，可以产生不同频率的隔声带隙，拓宽低频噪声控制范围。

本发明采用的技术方案为：一种可调控隔声峰值频率的半自动式薄膜声学超材料，包括薄膜型声学超材料、轴向磁场和控制电路；所述薄膜型声学超材料包括天然橡胶薄膜、两片钕铁硼磁铁和亚克力环形框架，所述天然橡胶薄膜借助螺丝固定在亚克力环形框架内，两片所述钕铁硼磁铁分别固定于天然橡胶薄膜中心两侧；所述轴向磁场包括通电螺线管和两块绝缘隔板片，两块所述绝缘隔板片位于通电螺线管两侧；所述控制电路包括有声级计传感器、显示屏和电位器，所述有声级计传感器借助串口与显示屏通信，电位器与通电螺线管的导线和直流电源串联；所述薄膜型声学超材料置于通电螺线管中心位置处，钕铁硼磁铁N极与通电螺线管N极方向一致。

进一步地，所述通电螺线管包括PVC管、漆包铜线和绝缘胶带，所述漆包铜线均匀缠绕在PVC管上，所述绝缘胶带包覆在漆包铜线表面。

进一步地，所述天然橡胶薄膜半径为50mm，厚度为1.0-1.5mm；所述钕铁硼磁铁半径为5-7.5mm，厚度为1-3mm；所述亚克力环形框架的内半径为50mm，外半径为60mm，厚度为3mm。

进一步地，所述PVC管内半径为60mm，外半径为62mm，长度为200mm，匝数为800匝。

进一步地，所述绝缘隔板片内半径62mm，外半径65mm，厚度为3mm，所述绝缘隔板片借助AB胶固定在通电螺线管两侧。

进一步地，所述电位器电流范围为0-30A。