一种双层微穿孔板结构吸声频带的自适应控制设计方法

1.本发明涉及一种双层微穿孔板结构吸声频带的自适应控制设计方法，基于双层微穿孔板吸声结构的共振吸声原理，依据噪声频率的变化，通过自适应调节微穿孔结构的内部微穿孔板的位置来控制结构的共振频率，使其尽可能的接近或覆盖到目标噪声频率，实现对目标噪声的自适应吸收，属于中低频减振降噪技术领域。


背景技术：

2.微穿孔板吸声体是马大猷教授提出的一项特殊的设计技术,自上世纪80年代以来被广泛地应用在音质处理和噪声控制中，微穿孔板吸声结构是在普通穿孔板结构的基础上发展起来的，传统的单层微穿孔板吸声结构除吸声峰值外的吸声系数低，有效吸声频带窄，无法满足实际应用的需要。随着技术的发展，双层微穿孔板结构逐渐被深入研究，双层的微穿孔板结构有效地拓宽了单层结构的吸声频带，有效提高了吸声性能。
3.而传统的双层微穿孔板结构的结构参数确定后，其吸声频带也就固定，对于外界复杂多变的噪声并无足够的调节能力，或需使用较高的实验条件才能实现对于降噪能力的控制，而在结构简单的前提下仍然较难实现适用于多种噪声环境下的可调吸声。
4.因此具有自适应调节吸声频带的声学结构设计法尤为重要，故需要研发具有结构参数可变的双层微穿孔板结构及其自适应控制设计方法，可对不同的噪声进行频带移动调节，移动吸声频带，从而使吸声范围更加灵活可靠。


技术实现要素：

5.针对传统的双层微穿孔板结构吸声频带不可调的问题，本发明提出了一种双层微穿孔板结构吸声频带的自适应控制设计方法，当输入目标噪声后，通过自适应控制设计按需要分别调节吸声结构内部单程加热伸长形状记忆合金弹簧和单程加热收缩形状记忆合金弹簧，使得其带动背腔内微穿孔板的移动，改变吸声体背腔内的微穿孔板在背腔内的位置，从而改变吸声体背腔结构，移动结构的吸声频带，达到针对目标噪声频率吸收的目的。
6.本发明的具体技术实现：
7.一种双层微穿孔板结构吸声频带的自适应控制设计方法，其步骤如下：
8.(1)自适应双层微穿孔板结构的设计
9.双层微穿孔板结构吸声频带的自适应控制设计中所描述的双层微穿孔板结构为单个圆柱形吸声体结构，其包括外层微穿孔板、内层微穿孔板、形状记忆合金弹簧、底部刚性壁、外层刚性壁，所述外层刚性壁为中空圆柱形，外层微穿孔板设置在外层刚性壁的顶部，底部刚性壁位于外层刚性壁底部，内层微穿孔板位于外层刚性壁内且位于外层微穿孔板与底部刚性壁之间，内层微穿孔板与外层刚性壁的内壁之间采用橡胶圈密封的方式进行密封，两根形状记忆合金弹簧与内层微穿孔板粘连固定，再将固定后的结构固定到底部刚性壁上，底部刚性壁打孔接入导线后密封，导线一端外接自适应控制装置，另一端与形状记忆合金弹簧连接加热，外层微穿孔板、内层微穿孔板、底部刚性壁和外层刚性壁之间形成背
腔；通过自适应调节形状记忆合金弹簧的伸缩调整内部微穿孔板的的位置，从而改变背腔内部结构，形成可调频带的双层微穿孔板结构；
10.(2)噪声采集系统的设计
11.在噪声信号输入后，经过传声管道传播，对噪声的特征频率采集；采集过程需要用到声压采集卡、传声器，将传声器与声压采集卡相连，通过图形化编程软件labview对采集数据进行处理与分析，运用软件中的频谱测量工具，经傅里叶变换完成时频转换，提取振幅最大对应的频率作为噪声特征频率，然后对频域信号进行分析，然后将采集卡插入到后续的控制器中，将取到的噪声特征频率传递到控制程序中；
12.(3)控制系统的设计
13.控制器接收噪声采集系统传输的数据，经过控制方程调节双层微穿孔板结构内部微穿孔板的位置，使吸声结构的共振频率等于目标噪声频率，控制方程的核心是双层微穿孔板结构共振吸声频率与背腔内部微穿孔板位置的关系，内部微穿孔板位置又是由电加热控制形状记忆合金弹簧控制伸缩的，因此需要建立结构共振吸声频率与电加热电压与电加热时间的关系方程，可进行多次实验，通过曲线拟合的方式建立关系式；当控制方程输出结构所需电加热电压和电加热时间后，将通过串口通信程序传输驱动电压具体数值来改变可调电源的输出电压幅值和电加热时间；
14.(4)形状记忆合金弹簧驱动系统的设计
15.此驱动系统由可调电源和形状记忆合金弹簧组成，可调电源接收控制系统输出的电压幅值和电加热时间，对形状记忆合金弹簧电加热，按需要分别调节单程加热伸长弹簧和单程加热收缩弹簧伸缩，驱动改变吸声体背腔内的微穿孔板在背腔内的位置；
16.(5)自适应吸声结构的吸声系数测量设计
17.自适应吸声结构的吸声系数测量在阻抗管中由交换通道法测出，与噪声频率对比，将数据反馈给控制系统，以此调节电加热的电压值和加热时间。在自适应吸声结构吸声系数测量中，由电脑、阻抗管、扬声器、声压传感器、功率放大器、噪声振动信号分析仪组成测量系统，电脑外接噪声振动信号分析仪，噪声振动信号分析仪一端声压传感器方便测吸声系数，一端接功率放大器，功率放大器再外接扬声器，方便电脑通过功率放大给出噪声信号。
18.该方法总结为：首先由电脑发出噪声信号，经过噪声采集系统测量噪声信号输入自适应吸声控制系统，对比测量到的结构共振吸声频率与噪声特征频率，根据对比结果，若不相同则通过控制驱动系统控制电压电流的输出值和输出时间，调节自适应吸声结构的内部微穿孔板的位置，移动结构的吸声频带，改变结构共振吸声频率，尽可能使使结构共振吸声频率等于目标噪声频率，以此实现对目标噪声的吸收。
19.与现有的传统双层微穿孔板吸声体结构相比，本发明的优点是：
20.1、发明所描述双层微穿孔板结构吸声频带的自适应控制设计方法可以针对不同频率的噪声，通过自适应控制伸缩结构内部形状记忆合金弹簧来改变背腔结构，实现吸声频带的移动，针对目标噪声进行吸收，实现自适应吸收噪声，具有创新性；
21.2、和于传统固定结构的微穿孔板相比，本发明所设计的形状记忆合金弹簧具有良好的伸缩性能，外接电加热装置，可通过电压电流加热控制其伸缩，改变内部微穿孔板的位置，实现电控调节，方便控制。
22.3、相比传统的单层微穿孔板吸声体，发明所述的噪声自适应控制的双层微穿孔板结构可以达到更高的吸声系数且有较宽的吸声频带。
23.4.噪声自适应控制的双层微穿孔板吸声体结构制造设计方法简单，操作方便，在降噪领域有着广泛应用前景。
附图说明
24.图1是本发明中的双层微穿孔板结构立体示意图；
25.图2是本发明自适应控制设计方法的整体结构示意图；
26.图3是本发明自适应控制设计方法的流程图；
27.图4是本发明在前后腔深度比值d1/d2在11mm/49mm-32mm/28mm改变时理论吸声系数曲线图；
28.图5是本发明在前后腔深度比值d1/d2在26mm/34mm-36mm/24mm改变时理论吸声系数曲线图；
29.图中：1、外部微穿孔板，2、外层刚性壁，3、内部微穿孔板，4、橡胶圈，5、形状记忆合金弹簧，6、底部刚性壁，7、电脑，8、噪声振动信号分析仪，9、功率放大器，10、阻抗管，11、声压传感器，12、传声器，13、双层微穿孔板结构，14、扬声器，15、可调电源，16、控制器，17、声压采集卡。
具体实施方式
30.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
31.一种双层微穿孔板结构吸声频带的自适应控制设计方法，其步骤如下：
32.(1)自适应双层微穿孔板结构的设计
33.双层微穿孔板结构吸声频带的自适应控制设计中所描述的双层微穿孔板结构为单个圆柱形吸声体结构，其包括外层微穿孔板、内层微穿孔板、形状记忆合金弹簧、底部刚性壁、外层刚性壁，所述外层刚性壁为中空圆柱形，外层微穿孔板设置在外层刚性壁的顶部，底部刚性壁位于外层刚性壁底部，内层微穿孔板位于外层刚性壁内且位于外层微穿孔板与底部刚性壁之间，内层微穿孔板与外层刚性壁的内壁之间采用橡胶圈密封的方式进行密封，两根形状记忆合金弹簧与内层微穿孔板粘连固定，再将固定后的结构固定到底部刚性壁上，底部刚性壁打孔接入导线后密封，导线一端外接自适应控制装置，另一端与形状记忆合金弹簧连接加热，外层微穿孔板、内层微穿孔板、底部刚性壁和外层刚性壁之间形成背腔；通过自适应调节形状记忆合金弹簧的伸缩调整内部微穿孔板的的位置，从而改变背腔内部结构，形成可调频带的双层微穿孔板结构；
34.(2)噪声采集系统的设计
35.在噪声信号输入后，经过传声管道传播，对噪声的特征频率采集；采集过程需要用到声压采集卡、传声器，将传声器与声压采集卡相连，通过图形化编程软件labview对采集数据进行处理与分析，运用软件中的频谱测量工具，经傅里叶变换完成时频转换，提取振幅最大对应的频率作为噪声特征频率，然后对频域信号进行分析，然后将采集卡插入到后续的控制器中，将取到的噪声特征频率传递到控制程序中；
36.(3)控制系统的设计
2205hz，当d1/d2＝26/34时，吸声系数在0.9以上的带宽为762hz-2514hz，吸声系数在0.9以上的频带拓宽了571hz。
47.以上数值模拟吸声结构的吸声频带调节提供了理论依据。
48.2.进行数据采集之前需对传声器进行标定校准，然后将传声器与声压数据采集卡相连，将采集卡插入到控制器中，控制器再与电脑连接，实现数据采集硬件与软件的连接。
49.3.提取到的噪声特征频率传递到控制程序中，控制程序根据控制方程输出加热电压和加热时间，输出到外接的形状记忆合金弹簧的驱动系统可调电源中，形状记忆合金弹簧驱动吸声结构内部的微穿孔板，改变机结构的共振频率使之趋近于噪声特征频率。
50.4.在内部微穿孔板的位置被调节后，在阻抗管中测得双层微穿孔板结构的吸声系数，然后得到结构的共振频率，判断是否能够实现对目标噪声的自适应吸声，以此检验所设计系统程序的正确性验证及反馈到控制系统,直至使得结构的共振频率尽可能的接近噪声特征频率，实现对特定噪声的吸收。
51.以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。