半主动式双层开缝管隔音屏的制作方法

本发明属于隔音设备技术领域，涉及一种隔音屏，具体的说是涉及一种能够针对噪声环境实时改变自身消音频段的半主动双层开缝管隔音屏。

背景技术：

以往的隔音屏设计主要将多孔材料或者复合材料制成板状，从而利用相关材料或结构的吸声性能、阻尼性能以及阻抗特性进行消音隔音。这类隔音屏主要存在两方面的技术问题：第一，由于采用的被动降噪方式，因此这类结构仅能根据设计要求，对特定频段的噪声进行隔绝，不能根据外界环境调节其降噪特性；第二，由于结构采用的是板状结构，因此这类隔音屏的风阻很大，因此需要刚度较高的材料进行加固。

文献“multilayer-split-tuberesonatorswithlow-frequencybandgapsinphononiccrystals”公开了一种亥姆霍兹型声学超材料结构，该结构利用两个开缝管构造了一种亥姆霍兹共振器。研究表明，这种结构在低频段的共振区域具有良好的隔音效果。但是，该结构仅能对共振区域附近的噪音起到作用，而对其他频率段上的声音起到微弱的抑制作用。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术中存在的不足，提出一种半主动式双层开缝管隔音屏，利用多个可变结构式双层开缝管单元构建消音降噪模块，可获得不同的共振频率，实现隔音屏的半主动控制消音，可降低该隔音屏的能耗与维护成本，可减小风阻，可降低高刚度材料的使用以解决隔音屏的制作成本。

本发明的技术方案：半主动式双层开缝管隔音屏，其特征在于：所述半主动式双层开缝管隔音屏由消音降噪模块、机械传动模块、数据采集模块、分析控制模块和发电储电模块构成；

所述消音降噪模块由框架、下基座、外开缝管、内开缝管、上定位座和下定位座组成；所述下基座紧固连接在所述框架的内底面上，所述下基座上设有圆形凹坑、支撑轴、方形凹坑和电机安装支架，所述电机安装支架上连接设有电机；所述上定位座由上定位座外开缝槽、上定位座内开缝槽和螺栓孔构成，所述上定位座外开缝槽的弧长为360度，所述上定位座通过螺栓孔和螺栓固定连接于框架的内顶面；所述下定位座由下定位座外开缝槽、下定位座内开缝槽、凸出轴和凸出键构成，所述下定位座内开缝槽的弧长为360度；所述内开缝管嵌入设置在所述上定位座内开缝槽与下定位座内开缝槽之间，所述外开缝管嵌入设置在所述上定位座外开缝槽与下定位座外开缝槽之间；

所述机械传动模块由大齿轮、小齿轮、电机齿轮和止推轴承组成，所述大齿轮内设有通孔和键槽，下端面上设有凹坑，所述通孔和键槽与所述下定位座上的凸出轴和凸出键配合相接，所述止推轴承与所述凹坑配合连接，所述大齿轮设置在所述止推轴承的上方，所述小齿轮套置在所述下基座的支撑轴上，并与所述大齿轮形成啮合传动，所述电机齿轮套置在所述电机的转轴上，并与其中一个大齿轮形成啮合传动；

所述数据采集模块由麦克风和转角传感器组成；所述麦克风固定在所述框架的一侧，用于采集隔音屏外部的噪声数据，所述角度传感器连接设置在所述方形凹坑内，用于采集齿轮转角数据；所述分析控制模块由处理器和控制器构成，所述处理器和控制器连接设置在所述框架的外侧；所采集的噪声数据和转角数据由数据线传输给所述分析控制模块；所述发电储电模块由太阳能电池板和蓄电池构成，所述太阳能电池板通过螺栓连接固定在所述框架的顶部，发电储电模块将太阳能转化为电能并存储，并将电能输送至所述数据采集模块、分析控制模块和电机。

所述消音降噪模块由多组双层开缝管结构组成，每组双层开缝管结构有两个大小不一的，且壁面存在孔隙或细缝的硬质圆管嵌套组成，其孔隙为沿圆管轴向方向的位于硬质圆管表面的一排通孔；其细缝为沿圆管轴向方向的位于硬质圆管表面的细缝，双层开缝管结构的内外圆管的空隙或细缝的朝向不同，并用开缝错位角α来表示朝向的差异度。

所述上定位座外开缝槽的弧度为360度，开缝槽的宽度与外管上端面的壁厚相同，通过上定位座外开缝槽约束外开缝管的水平运动，外开缝管绕管轴线的旋转运动；上定位座内开缝槽的弧长和开缝槽宽度与内开缝管的上端尺寸相同，通过上定位座内开缝槽约束内开缝管的水平运动和旋转运动。

所述下定位座外开缝槽的弧长和宽度与外开缝管下端面的尺寸相同，通过下定位座外开缝槽约束外开缝管的水平运动和旋转运动；下定位座内开缝槽的弧长为360度，开缝槽宽度与内开缝管的下端尺寸相同，通过下定位座内开缝槽约束内开缝管的水平运动，内开缝管绕管轴线进行旋转运动。

所述外开缝管的外开缝管开缝区域、内开缝管的内开缝管开缝区域的结构形式为长条孔、圆孔或方孔。

所述上定位座和下基座通过螺栓连接或焊接与框架固定。

所述开缝错位角α通过齿轮传动、齿轮齿条传动、链传动或带传动机构进行改变，采用外开缝管转动内开缝管静止、外开缝管静止内开缝管转动或内外开缝管同时转动。

本发明的有益效果为：本发明提出的半主动式双层开缝管隔音屏，整体结构由消音降噪模块、机械传动模块、数据采集模块、分析控制模块和发电储电模块组成；利用多个可变结构式双层开缝管单元构建消音降噪模块，对噪声进行控制；利用声压传感器构建噪声采集模块，实时采集外界噪声信息，并将其相关信号传输给数据分析模块；利用数据分析模块对相关噪声信息进行分析计算，得到控制量并输出；利用数据分析模块产生的控制量信号驱动电机旋转，通过机械传动改变多层开缝管结构的相关结构参数，获得不同的共振频率，实现隔音屏的半主动控制消音；利用太阳能电池板对太阳能进行收集，并将所产生的电能供给给上述噪声采集模块、数据分析模块以及电机，形成自供电系统，降低了隔音屏的能耗与维护成本，减小了风阻，降低了高刚度材料隔音屏的制作成本。

附图说明

图1为本发明半主动式双层开缝管隔音屏结构示意图。

图2为本发明半主动式双层开缝管隔音屏剖视图。

图3为本发明中框架的结构示意图。

图4为本发明中上定位座的结构示意图。

图5为本发明中外开缝管的结构示意图。

图6为本发明中内开缝管的结构示意图。

图7为本发明中内外开缝管的开缝错位角示意图。

图8为本发明中下定位座结构示意图。

图9为本发明中大齿轮结构示意图。

图10为本发明中下基座结构示意图。

图11为本发明中开缝错位角与控制频率关系图。

图12为本发明工作原理模块示意图。

图中：框架1、螺栓孔101、蓄电池安装支架102、处理器安装支架103、上定位座2、上定位座外开缝槽201、上定位座内开缝槽202、螺栓孔203、外开缝管3、外开缝管开缝区域301、下端定位结构302、内开缝管4、内开缝管开缝区域401、上端定位结构402、下定位座5、下定位座外开缝槽501、下定位座内开缝槽502、凸出键503、凸出轴504、大齿轮6、内通孔601、键槽602、凹坑603、止推轴承7、下基座8、圆形凹坑801、支承轴802、方形凹坑803、电机安装支架804、小齿轮9、转角传感器10、控制器11、电机12、电机齿轮13、处理器14、蓄电池15、螺栓16、太阳能板17、麦克风18。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-2所示，半主动式双层开缝管隔音屏，包括框架1、上定位座2、外开缝管3、内开缝管4、下定位座5、大齿轮6、止推轴承7、下基座8、小齿轮9、转角传感器10、控制器11、电机齿轮12、电机齿轮13、处理器14、蓄电池15、螺栓16、太阳能板17、麦克风18。内开缝管4置于外开缝管3内部。内开缝管4和内开缝管4的上下两端分别卡入为上定位座2和下定位座5中相应的凹槽中。上定位座2通过螺栓16与框架1相连。下定位座5通过其自身的凸出轴504与大齿轮6相连。大齿轮6下端面有凹坑603，并通过603与止推轴承7的上端面相连。止推轴承7的下端面则置于下基座8上的圆形凹坑801中。下基座8通过螺栓16与框架1相连。大齿轮6与小齿轮9相啮合。小齿轮9置于下基座8的支承轴802上。下基座8的一端具有电机支架804。电机12通过螺栓16固定在电机支架804上。电机的输出轴上置有电机齿轮13。电机齿轮13与大齿轮6啮合，同时与转角传感器10相连。转角传感器10将实时测取大齿轮6旋转数据，并将数据传输给处理器14。麦克风18通过螺栓16连接固定在框架1上，实时测量外部噪音信号，并将噪音数据传输给处理器14。处理器14综合处理相关数据，并将控制信号输出给控制器11。太阳能板17通过螺栓16固定在框架1上边，其受到太阳照射产生的电能则通过蓄电池15存储。蓄电池15所存储的电能将提供给电机12、转角传感器10、麦克风18、处理器14、控制器11。

如图3所示，半主动式双层开缝管隔音屏，框架包括螺栓孔101、蓄电池安装支架102和处理器安装支架103。螺栓孔101用于安装上定位座2和下基座8；蓄电池安装支架102用于安装蓄电池15；处理器安装支架103用于安装处理器14。

如图4所示，半主动式双层开缝管隔音屏，上定位座2包括外开缝槽201、内开缝槽202和螺栓孔203。外开缝槽201为弧长为360度，外径为30mm，宽度为2mm，深度为5mm的环形槽，其尺寸与外开缝管3的上端定位结构302相匹配。内开缝槽202为弧长为270度，外径为26mm，宽度为2mm，深度为5mm的环形槽，其尺寸与内开缝管4的上端定位结构相匹配。螺栓孔203为通孔，用于将上定位座通过螺栓连接与框架用。

如图5所示，半主动式双层开缝管隔音屏，外开缝管3包括开缝区域301和下端定位结构302。开缝区域301为沿开缝管轴线方向的位于开缝管表面的缝隙，其开缝角度为20度。下端定位结构302为弧长为270度的环状结构。

如图6所示，半主动式双层开缝管隔音屏，内开缝管4包括开缝区域401和上端定位结构402。开缝区域401为沿开缝管轴线方向的位于开缝管表面的缝隙，其开缝角度为20度。上端定位结构402为弧长为270度的环状结构。

如图7所示，半主动式双层开缝管隔音屏，双层开缝管结构中，内外开缝管开缝区域存在错位，其错位角α称为开缝错位角。

如图8所示，半主动式双层开缝管隔音屏，下定位座5包括外开缝槽501、内开缝槽502、凸出键503和凸出轴504。外开缝槽501为弧长为270度，外径为30mm，宽度为2mm，深度为5mm的环形槽，其尺寸与外开缝管3的下端定位结构302相匹配。内开缝槽502为弧长为360度，外径为26mm，宽度为2mm，深度为5mm的环形槽，其尺寸与内开缝管4的下端定位结构相匹配。凸出轴504和凸出键503的尺寸与大齿轮6的内通孔601和键槽相602匹配。

如图9所示，半主动式双层开缝管隔音屏，大齿轮6包括内通孔601、键槽602和下端面凹坑603。内通孔601和键槽602与下定位座的凸出轴503和突出键相504匹配。下端面凹坑603内径大小与止推轴承上端面的外径大小相同。

如图10所示，半主动式双层开缝管隔音屏，下基座8包括圆形凹坑801、支承轴802、方形凹坑803、电机安装支架804。圆形凹坑801用于安装止推轴承下端面。支承轴802用于支承小齿轮9。圆形凹坑803用于安装转角传感器10下端面。电机安装支架804用于固定电机12。

如图11所示，半主动式双层开缝管隔音屏，显示了在开缝错位角变化下，双层开缝管结构具有良好隔声性能的频率范围。

如图12所示，半主动式双层开缝管隔音屏，噪声信号和转角信号分别通过麦克风18和转角传感器10采集，所采集的数据发送给数据处理器14。数据处理器14通过分析噪声信号、转角信号以及开缝错位角与控制频率关系图，得出应转角度数据，并将其发送给控制器11。控制器11接受应转角度数据后，控制电机12进行旋转。上述信号采集、信号分析和控制所需的电能由太阳能电池板17提供。

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