微纳结合的主被动混合吸声结构及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种微纳结合的主被动混合吸声结构及其控制方法，其特征是在多孔吸声材料中均匀地填充纳米管，构成被动吸声结构，所述被动吸声结构的正面平面暴露在垂直入射的声波中，背面为椭圆面；在所述被动吸声结构的背面椭圆面上附着一层厚度为微米量级的压电薄膜构成混合式吸声结构的主动控制执行器件。本发明专利技术通过将主动噪声控制与改善后的吸声材料结合成特定的混合吸声结构，使得有效吸声频带大幅扩展，吸声结构体积明显减小，主动控制电压得到降低，控制效果更好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种主被动混合吸声系统，提出了一种基于阻抗匹配法的主被动混合吸声结构。通过噪声的主动控制和传统多孔吸声材料被动吸声的结合，能够在较宽的频率范围内获得很好的吸声效果，同时由于运用微纳结合，有效地减小了吸声结构的体积。
技术介绍
噪声是除了空气污染和水污染之外，危害环境的第三大污染源。随着现代科学技术的发展和社会前进步伐的加快，机械加工、交通运输等的高速发展给社会带来方便的同时，辐射的噪声也带来了危害。研究和控制噪声既是保护环境的迫切需要，也是提高工业产品质量、减小能源损耗所必须解决的问题。利用吸声材料进行被动吸声是目前常用的降低噪声的方法。目前已有很多种吸声材料，包括泡沫和纤维等多孔材料、穿孔板和微穿孔板等共振吸声结构，以及经过改进的特定吸声结构，如吸声尖劈、不规则形状的微穿孔板等。其中多孔材料对中高频的噪声具有很好的吸声性能，但对低频噪声的吸声效果很差。要改善被动吸声材料低频的吸声性能，需要增加材料的厚度。厚度增加导致吸声结构的体积增大，不便于实际应用；同时，由于吸声材料流阻的制约，光靠增加吸声材料的厚度并不能使吸声频带无限制地向低频延伸。纳米技术的发展，促使人们想到是否能应用纳米技术来改善多孔材料自身的吸声性能，M. Bandarian等人通过在多孔材料中填充不同类型的纳米管进行了实验研究(M. Bandarian，A. Shijaei and A. Morad Rashidi, Thermal mechianical andacoustic damping properties of flexible open—cell polyurethanel/multi-walled carbon nanotubefoam :effect of surface functionality of nanotubes,2010 society of chemical industry)，发现在多孔材料中均勻地填充少量的纳米管后，确实显著提高了材料的吸声性能。尤其是对中高频入射声波，多孔吸声材料的吸声性能有很大提高，但是这种方法对材料低频的吸声性能没有明显改善。所以，单纯地依靠吸声材料被动吸声，在实际应用中，并不能达到很好的吸声效果。因此，对噪声的主动控制引起了人们的关注。主动噪声控制的原理是通过引入次级声源来抵消反射噪声，从而达到吸声降噪的目的。控制的方法主要有前馈控制和反馈控制两种。随着电子技术和信号处理技术的发展，主动噪声控制的基础理论已经成熟。由神经网络技术的发展而来的自适应前馈控制和反馈控制是目前普遍应用的控制方法，并且运用这两种控制方法得到了很好的控制效果。自适应控制算法，例如经典的滤波-最小均方值算法(RCLMQ、滤波-U递推二乘(FULMQ算法等，广泛地应用于主动噪声控制中，提高了控制的准确性和快速性。但是，纯粹的主动噪声控制降低低频噪声的效果很好，对中高频的噪声，由于控制溢出使得控制效果很差。因此，主动噪声控制的应用仍然受到频带的限制。为了更切合实际的应用，发展主被动相结合的吸声结构对于扩大吸声频率范围并降低吸声结构的尺寸有重大的意义。因此，主被动混合吸声成为了近年来主动噪声控制发展的热点。常用的混合吸声结构的控制方法主要有释压法(Pedro. Cobo andJ.Dfertzschner, Hybridpassive-active absorption using microperforated panels, Journal of Acoustical society of America (2004), vol 116，NO. 4，2118-2125)和阻抗匹配法(Pierre Leroy and Alain Berry, Experimentalstudy ofa smart foam sound absorber, Journal of Acoustical society of America(2011))。Pierre Leroy等人研究了将传统的多孔吸声材料泡沫(foam)和PVDF压电薄膜控制相结合组成的泡沫-压电薄膜(foam-PVDF)主被动混合吸声结构，并将其称为智能泡沫 (SmartFoam)。该主被动吸声系统在单频、多频的平面波噪声入射下，达到了完美的吸声效果，吸声系数接近于1.0。但是，在白噪声的干扰下，主动控制的效果受到了限制。该系统的缺点是1、由于智能泡沫几何结构的非线性，增加了主动噪声控制的复杂度，降低了噪声的控制的精度。2、频率在IOOHz以下，压电薄膜的控制电压在IOOV以上，从而导致系统工作时，压电薄膜面内和面外的位移不是严格相等，导致了系统的非线性，影响了主动噪声控制的效^ ο
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种，以期通过将主动噪声控制与改善后的吸声材料结合成特定的混合吸声结构，使得有效吸声频带大幅扩展，吸声结构体积明显减小，同时也通过对被动吸声材料自身性能的提高，使得与智能泡沫结构相比，主动控制电压得到降低，减少吸声结构的非线性，使主动控制更为简单，控制效果更好。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案本专利技术微纳结合的主被动混合吸声结构的特点是在多孔吸声材料中均勻地填充纳米管，构成被动吸声结构，所述被动吸声结构的正面平面暴露在垂直入射的声波中，背面为椭圆面；在所述被动吸声结构的背面椭圆面上附着一层厚度为微米量级的压电薄膜构成混合式吸声结构的主动控制执行器件。本专利技术微纳结合的主被动混合吸声结构的控制方法的特点是a、在多孔吸声材料中均勻地填充纳米管，构成被动吸声结构，所述被动吸声结构的正面暴露在垂直入射的声波中，背面为椭圆面；在被动吸声结构的背面附着一层厚度为微米量级的压电薄膜构成混合式吸声结构的主动控制执行器件；b、采用基于阻抗匹配的控制方法控制压电薄膜执行器实现主动噪声控制；C、所述主动噪声控制的控制目标是找出所需的压电薄膜执行器的控制电压，使通过被动吸声材料反射的声波最小；d、为达到所述控制目标，运用基于神经网络的自适应控制算法产生所需的控制电压；e、所述控制电压通过驱动电路驱动附着在被动吸声结构背面的压电薄膜产生期望的位移，使多孔吸声材料背面的声阻抗等于空气的特征阻抗，从而减少吸声材料正面的反射声波。与已有技术相比，本专利技术有益效果体现在1、本专利技术通过噪声的主动控制和多孔吸声材料被动吸声的结合，能够在较宽的频率范围内获得很好的吸声效果，同时由于运用微纳结合，有效地减小了吸声结构的体积。2、与填充了纳米管的传统多孔吸声材料相比，本专利技术吸声结构在低频噪声入射条件下也能达到很好的吸声效果；3、与智能泡沫相比，由于吸声材料经过纳米处理后，自身吸声性能得到很大提高， 从而主动控制电压降低，吸声结构的非线性减小，整个控制系统的线性度增加，使控制简单、控制效果更好。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为本专利技术被动吸声结构的截面图；图3为针对本专利技术混合式吸声结构利用阻抗匹配法进行实验的原理示意图；图中标号1压电薄膜；2被动吸声结构；3有机玻璃法兰；4电路引线端；5背腔； 21阻抗管；22初级声源扬声器；23传声器；对混合式吸声结构；25误差传声器J6信号发生器；27自适应控制器。具体实施例方式参见图1、图2，本实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：段秀华，王焕钦，陈然，孔德义，尤晖，孙文娟，高理升，陈池来，钱玉洁，刘友江，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：