CN101787750B - 基于铁电材料的吸声减噪装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用铁电材料吸收外界噪声的装置。现有的隔音板厚度大，减噪效率低。本发明中的前端外层板前端外层板的内侧沿水平和竖直方向上等距离设置有多片悬臂梁，每片悬臂梁上表面居中位置上设置有铁电薄膜，悬臂梁的一端与前端外层板垂直固定设置，另一端与捕获声波板垂直固定设置，捕获声波板为片状正方形面，正方形的边长小于相邻悬臂梁之间的间距，所有的捕获声波板都在一平面上且该平面与前端外层板平行；后端外层板上的悬臂梁、铁电薄膜和捕获声波板同样设置；前端外层板和后端外层板平行交错设置。本发明不仅提高了吸声降噪的效率而且可降低装置本身的厚度。

Description

基于铁电材料的吸声减噪装置

技术领域

本发明属于材料、能源和电子技术领域，具体涉及一种利用铁电材料吸收外界噪声的装置。

背景技术

随着人类生活质量的逐步提高，噪音污染的问题随之显现出来，它已同空气污染、水污染一起成为社会三大公害之一。噪声不仅危害人们的生活和工作环境，而且影响人们的身心健康、损害仪器设备。因此，如何提高板材的吸声降噪能力已经成为现在社会所关心的一个热门话题。

随着社会节奏的快速发展以及人民群众生活质量的提高，城市噪声越来越强，对隔音板材减噪能力要求越大越好，并且还要减小隔音板材厚度，也就是要求尽可能使隔音板材在其厚度一定的情况尽可能多的降低噪声源所带来的危害。传统采用的是隔音板材，这种材料属于专业的隔音材料，两边是金属板材中间是具有隔音作用的发泡塑料，这种板材厚度越大隔音效果就越好，但板材厚度越大，需求空间就越大，减少使用空间。也就是说它的吸声效果受到板材厚度的制约，减噪效率低，因此应用范围会受到一定的限制。因此，如何提高板材的吸声能力，降低板材厚度，是急需解决的问题。

随着材料技术的发展，智能材料在电子等领域的应用受到越来越多的重视。特别是铁电材料，在外力的作用下，由于形变而导致正负电荷中心不再重合，在材料内部诱发电极化和极化翻转，使铁电材料两端表面带电。铁电材料的电极化和输入应变呈现一定的非线性滞回特性，而且不管是拉应变还是压应变均可产生电极化。利用铁电材料将噪声能量转化为电能的性质可以做到吸收外界噪声的功能，因此可以将其引入到吸声减噪领域中来。

发明内容

本发明针对现有板材减噪能力的缺陷，提出一种基于铁电材料的吸声减噪装置。本发明提出的减噪吸声装置采用铁电薄膜作为机-电转换器，有效提高了对噪声声波的吸收，可以在减低板材厚度的同时大大提高减噪功能。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案为：

基于铁电材料的吸声减噪装置包括前端外层板、后端外层板、悬臂梁、铁电薄膜和捕获声波板。

前端外层板的内侧沿水平和竖直方向上等距离设置有多片悬臂梁，每片悬臂梁上表面居中位置上设置有铁电薄膜，悬臂梁的一端与前端外层板垂直固定设置，另一端与捕获声波板垂直固定设置，捕获声波板为片状正方形面，正方形的边长小于相邻悬臂梁之间的间距，所有的捕获声波板都在一平面上且该平面与前端外层板平行；

后端外层板的内侧沿水平和竖直方向上等距离设置有多片悬臂梁，每片悬臂梁上表面居中位置上设置有铁电薄膜，悬臂梁的一端与后端外层板垂直固定设置，另一端与捕获声波板垂直固定设置，捕获声波板为片状正方形面，正方形的边长小于相邻悬臂梁之间的间距，所有的捕获声波板都在一平面上且该平面与后端外层板平行；

前端外层板和后端外层板平行设置，前端外层板和后端外层板之间的距离大于两倍的悬臂梁长度，前端外层板上的悬臂梁与后端外层板上的悬臂梁呈交错设置；

所述的交错设置方式为前端外层板上的悬臂梁对应设置在后端外层板上的相邻四个悬臂梁组成的正方形的中心位置。

本发明的设计思路：含铁电薄膜的悬臂梁是吸收噪声的核心元件，铁电薄膜通过悬臂梁微弱振动而产生的应变，在铁电薄膜内诱发电极化翻转，产生电场，将外界声波所引发形变的机械能转化为铁电薄膜的电能。电极化产生的电荷集中分布在铁电薄膜的顶部和底部。铁电薄膜中由应变诱发的极化翻转与电极化大小，铁电薄膜所产生的电能可由与其连接的受力铁板进行消耗，也可以利用能量捕获原理将其利用到其他地方。

本发明的有益效果：本发明采用铁电材料将声波转化为电能然后消耗掉电能的吸声降噪方式，从而大幅度地提高了吸声降噪的效率，能够吸收大噪声源带来的声波危害。可以大大降低板材厚度。另外，还可以根据需要对铁电薄膜产生的电能加以利用，通过消耗产生热量达到保温作用，还可以将所有铁电薄膜产生的电能整合为室内简单照明提供能源。该吸声降噪墙体具有结构简单、吸声降噪能力大、墙体轻薄，易于标准化、适用范围广的优点。可广泛应用于家庭室内装修，隔断，实验室隔音，医院隔音等众多场所及领域使用。

附图说明

图1为本发明侧视剖面图；

图2为本发明俯视剖面图；

图3为本发明中悬臂梁和捕获声波板设置示意图。

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和图2所示，基于铁电材料的吸声减噪装置包括前端外层板1、后端外层板5、悬臂梁2、铁电薄膜4和捕获声波板3。

前端外层板1为铁板。前端外层铁板的内侧沿水平和竖直方向上等距离设置有多片悬臂梁2，悬臂梁2为铁片，长为18mm，宽10mm，厚0.5mm，每片铁片悬臂梁2上表面居中位置上设置有铁电薄膜4，铁电薄膜4采用掺有杂质的电钛酸锶钡铁电薄膜，铁电薄膜4长为15mm，宽为10mm，厚1mm，铁片悬臂梁4的一端与前端外层铁板垂直固定设置，另一端与捕获声波板3垂直固定设置，捕获声波板3为片状正方形面铁板，板长为60mm，宽60mm，厚0.5mm，正方形的边长略小于相邻铁片悬臂梁之间的间距，所有的捕获声波铁片板都在一平面上且该平面与前端外层铁板平行；

后端外层板5也采用铁板，该铁板的内侧沿水平和竖直方向上等距离设置有多片铁片悬臂梁，每片铁片悬臂梁上表面居中位置上设置有铁电薄膜，铁片悬臂梁的一端与后端外层铁板垂直固定设置，另一端与捕获声波铁片板垂直固定设置，捕获声波铁片板为片状正方形面，正方形的边长小于相邻铁片悬臂梁之间的间距，所有的捕获声波铁片板都在一平面上且该平面与后端外层铁板平行；

前端外层铁板和后端外层铁板平行设置，前端外层铁板和后端外层铁板之间的距离大于两倍的铁片悬臂梁长度，前端外层铁板上的铁片悬臂梁与后端外层铁板上的铁片悬臂梁呈交错设置；交错设置方式为前端外层铁板上的铁片悬臂梁对应设置在后端外层铁板上的相邻四个铁片悬臂梁组成的正方形的中心位置。

本发明装置的工作过程为：当外界声波传入时，声波首先通过前端外层铁板，然后作用到捕获声波铁片板上，使捕获声波铁片板产生形变，由于铁片悬臂梁与捕获声波铁片板相连并且其宽度较捕获声波铁片板小，因此将产生更大的形变，同时使铁片悬臂梁上贴的铁电薄膜也产生一定的变形，铁电薄膜受到应变变化的影响，发生电极化与极化翻转，从而使铁电薄膜产生的电量集中在铁电薄膜的顶部和底部，此时铁电薄膜会有峰值不定的交流电输出。这时可以通过捕获声波铁片板将这部分电消耗掉或者通过外接电极线将电能统一利用起来。利用图3所示的方式布置铁片悬臂梁和捕获声波铁片板，能够保证吸收全部来源声波。

Claims (1)

1.基于铁电材料的吸声减噪装置，包括前端外层板、后端外层板、悬臂梁、铁电薄膜和捕获声波板，其特征在于：前端外层板的内侧沿水平和竖直方向上等距离设置有多片悬臂梁，每片悬臂梁上表面居中位置上设置有铁电薄膜，悬臂梁的一端与前端外层板垂直固定设置，另一端与捕获声波板垂直固定设置，捕获声波板为片状正方形面，正方形的边长小于相邻悬臂梁之间的间距，所有的捕获声波板都在一平面上且该平面与前端外层板平行；

后端外层板的内侧沿水平和竖直方向上等距离设置有多片悬臂梁，每片悬臂梁上表面居中位置上设置有铁电薄膜，悬臂梁的一端与后端外层板垂直固定设置，另一端与捕获声波板垂直固定设置，捕获声波板为片状正方形面，正方形的边长小于相邻悬臂梁之间的间距，所有的捕获声波板都在一平面上且该平面与后端外层板平行；

前端外层板和后端外层板平行设置，前端外层板和后端外层板之间的距离大于两倍的悬臂梁长度，前端外层板上的悬臂梁与后端外层板上的悬臂梁呈交错设置；

所述的交错设置方式为前端外层板上的悬臂梁对应设置在后端外层板上的相邻四个悬臂梁组成的正方形的中心位置。

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