本发明专利技术公开了一种用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构，包括多个呈矩阵排列的超表面单体，所述超表面单体包括连接框架、外层环、中心质量块、多个嵌套环以及多个连接梁；所述多个嵌套环围绕所述中心质量块且呈同心设置，所述外层环设置于所述最外层的嵌套环外，所述多个嵌套环之间、嵌套环与所述中心质量块之间、外层环与嵌套环之间均通过所述连接梁连接；各个超表面单体所在平面与相邻的超表面单体所在平面呈预设角度设置；该结构通过设计多个超表面单体所在平面的夹角以及其包含的嵌套环的数量，实现了针对多个频率波段的多模态降噪，并且进一步提升了低频噪音滤噪性能。能。能。
【技术实现步骤摘要】
一种用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构
[0001]本专利技术涉及降噪材料
，尤其涉及一种用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构。
技术介绍
[0002]电力设备运行状态下的声纹在线监测可以提供丰富的信息，当电力设备发生绕组变形、电气绝缘退化、铁芯松动引起的初始故障时，会产生特定声学信号，通过捕捉这些微弱的早期故障信号，可以对机械故障和电气故障的诊断提供有效的判断依据，从而保证电力系统的稳定安全运行。
[0003]电力设备的声纹监测系统通常使用微机电麦克风、驻极体麦克风或声发射传感器等，敏感元件通常选取灵敏度较高的型号。然而，由于电力设备通常工作在恶劣工况下，自身工况与环境通常引入大量噪声，包括磁致伸缩振动噪声、工频机械噪声、自然环境噪声和随机信号噪声等，使关键声学信号的识别变得困难。基于声学超材料的完美吸收体有望解决这一难题，通过共振将声能高度局域，通过摩擦损耗等方式将声能转化为热能、振动能耗散，达到小体积、高吸收率的优点。
[0004]专利文献CN110379404A公开了一种低频噪声仿生声学超材料，包括刚性矩形框、横向柔性韧带、纵向柔性韧带、斜向柔性韧带，刚性矩形框包括多个单元格；每个单元格通过铰链安装有横向柔性韧带、纵向柔性韧带和斜向柔性韧带；柔性韧带上均等距间隔安装有谐振器。
[0005]然而，该声学超材料只具备单一共振频率，仅能工作在单频波段去除单一的低频噪声，因而限制了声学滤噪超材料结构的应用场景；并且，该超材料结构为平面结构，受限于其单元结构，在应对低频噪声时也存在缺陷。
技术实现思路
[0006]本专利技术提供了一种用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构，通过调节多个超表面单体所在平面的夹角以及其包含的嵌套环的数量，实现了针对多个频率波段的多模态降噪，并且进一步提升了低频噪音滤噪性能。
[0007]一种用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构，包括多个呈矩阵排列的超表面单体，所述超表面单体包括连接框架、外层环、中心质量块、多个嵌套环以及多个连接梁；
[0008]所述多个嵌套环围绕所述中心质量块且呈同心设置，所述外层环设置于所述最外层的嵌套环外，所述多个嵌套环之间、嵌套环与所述中心质量块之间、外层环与嵌套环之间均通过所述连接梁连接；
[0009]所述连接框架设置于所述外层环外并与所述外层环连接，所述连接框架用于连接各个超表面单体，各个超表面单体所在平面与相邻的超表面单体所在平面呈预设角度设置。
[0010]进一步地，所述连接框架包括框架主体和连接部，所述框架主体为正多边形结构，所述框架主体通过所述连接部与所述外层环连接。
[0011]进一步地，所述预设角度为
‑
15
°
至15
°
之间。
[0012]进一步地，各个所述嵌套环的径向宽度的差异小于10％。
[0013]进一步地，所述中心质量块为圆形片状结构，通过所述中心质量块的质量和所述连接梁的刚度设计确定所述超表面单体的滤噪频率。
[0014]进一步地，所述超表面单体的滤噪频率通过以下公式进行计算：
[0015][0016]其中，f为滤噪频率，Q为连接梁的刚度，M为中心质量块的质量。
[0017]进一步地，所述多个连接梁呈中心对称分布，且位于同一径向上的连接梁与相邻的位于同一径向上的连接梁之间的角度为45
°
至90
°
；所述多个嵌套环之间、嵌套环与所述中心质量块之间、外层环与嵌套环之间均形成间隙。
[0018]进一步地，所述三维声学滤噪超表面结构还包括薄膜框架和薄膜，所述薄膜框架设置于多个呈矩阵排列的超表面单体的外侧，所述薄膜固定于所述薄膜框架上并与多个呈矩阵排列的超表面单体贴合，所述多个呈矩阵排列的超表面单体的总面积不少于所述薄膜面积的二分之一。
[0019]进一步地，所述薄膜采用高分子聚合物制备，通过溅射或者粘接的方式形成于多个呈矩阵排列的超表面单体的表面。
[0020]进一步地，超表面单体中除连接框架之外的部分为超表面单体主体部分，相邻的超表面单体主体部分之间的间距不超过所述超表面单体主体部分直径的一倍；
[0021]所述外层环、中心质量块、多个嵌套环以及多个连接梁采用金属材料制成。
[0022]本专利技术提供的用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构，至少包括如下有益效果：
[0023](1)多个超表面单体形成矩阵，通过设计各个超表面单体所在平面与相邻的超表面单体所在平面的预设角度，实现三维结构设计，有效的增强滤噪性能，对低频噪声效果更明显。
[0024](2)超表面单体中的嵌套环宽度各不相同，且差异维持在预设范围内，通过设计中心质量块的质量和连接梁的刚度，使其具备具有特定频率的振动模态，可以根据不同的需求设计中心质量块的质量和连接梁的刚度，具有更加广泛的场景适用性。
[0025](3)通过设计多个超表面单体所在平面的预设夹角角度，实现了与待降噪设备的更好贴合，实现了更好的滤噪效果。
附图说明
[0026]图1为本专利技术提供的用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构一种实施例的结构示意图。
[0027]图2为本专利技术提供的用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构中超表面单体一种实施例的结构示意图。
[0028]图3为本专利技术提供的用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构中超表面单体一种实施例的部分结构示意图。
[0029]图4为本专利技术提供的用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构一种实施例的侧视图。
[0030]图5为本专利技术提供的用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构中单列超表面单体排布方式一种实施例的结构示意图。
[0031]图6为本专利技术提供的用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪增设薄膜的超表面结构一种实施例的结构示意图。
[0032]图7为本专利技术提供的用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪增设薄膜的超表面结构另一种实施例的结构示意图。
[0033]图8为本专利技术提供的用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构一阶振动模态一种实施例的示意图。
[0034]图9为本专利技术提供的用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构二阶振动模态一种实施例的示意图。
[0035]图10为本专利技术提供的用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构三阶振动模态一种实施例的示意图。
[0036]图11为本专利技术提供的用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构四阶振动模态一种实施例的示意图。
[0037]图12为本专利技术提供的用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构五阶振动模态一种实施例的示意图。
[0038]图13为本专利技术提供的用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构对于不同频率声波的吸收率。
[0039]附图标记：1
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超表面单体，101
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于电力设备声纹检测的三维声学滤噪超表面结构，其特征在于，包括多个呈矩阵排列的超表面单体，所述超表面单体包括连接框架、外层环、中心质量块、多个嵌套环以及多个连接梁；所述多个嵌套环围绕所述中心质量块且呈同心设置，所述外层环设置于最外层的嵌套环外，所述多个嵌套环之间、嵌套环与所述中心质量块之间、外层环与嵌套环之间均通过所述连接梁连接；所述连接框架设置于所述外层环外并与所述外层环连接，所述连接框架用于连接各个超表面单体，各个超表面单体所在平面与相邻的超表面单体所在平面呈预设角度设置。2.根据权利要求1所述的三维声学滤噪超表面结构，其特征在于，所述连接框架包括框架主体和连接部，所述框架主体为正多边形结构，所述框架主体通过所述连接部与所述外层环连接。3.根据权利要求1所述的三维声学滤噪超表面结构，其特征在于，所述预设角度为
‑
15
°
至15
°
之间。4.根据权利要求1所述的三维声学滤噪超表面结构，其特征在于，各个所述嵌套环的径向宽度的差异小于10％。5.根据权利要求1所述的三维声学滤噪超表面结构，其特征在于，所述中心质量块为圆形片状结构，通过所述中心质量块的质量和所述连接梁的刚度设计确定所述超表面单体的滤噪频率。6.根据权利要求5所述的三维声学滤噪超表面结构，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：李勇，陈挺，鞠玲，印吉景，张泽，姚建光，徐兴春，翁蓓蓓，揣振国，吴艳，陈利，程阳，何天雨，袁乐，钱杰，汤德宝，丁安琪，路永玲，秦剑华，贾骏，刘子全，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司，
类型：发明
国别省市：
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