CN107558389A - 多频率目标智能发电隔音屏 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供多频率目标智能发电隔音屏，包括隔声吸声材料板、声能采集模块、机械传动模块，声能采集模块嵌入安装于隔声吸声材料板里，声能采集模块包括亥姆霍兹共振腔、平面弹簧、复合式压垫片、锥形可动活塞、永磁体，锥形可动活塞连接活塞杆，活塞杆依次穿过复合式压垫片、平面弹簧、永磁体，平面弹簧与永磁体相连，永磁体外部缠绕线圈，亥姆霍兹共振腔上设置锥形颈部，所述机械传动模块包括五相步进电机，五相步进电机分别连接各个声能采集模块的活塞杆。本发明声能采集频带可在400‑5000HZ内可调，所有设备安装在有腔室的隔声材料板中，形成声能采集模块‑吸声材料‑隔声材料的三层结构来降噪，实现消声频带的互补并将其拓宽至100‑5000HZ。

Description

多频率目标智能发电隔音屏

技术领域

本发明涉及的是一种降噪与声能采集设备，具体地说是发电隔音屏。

背景技术

噪声治理与声能采集发电开始得到重视。隔音屏一般不具备声能采集的功能，且消声频带较窄。而流行的声能采集设备，智能化程度低，只能利用一个固定窄频带内的噪声，对于含有谐波或频率波动的声波，能量采集效率低下。

目前，传统隔音屏的降噪方法主要有2种：①采用吸声材料制作隔音屏。此种隔音屏将声能转换为其他能量消耗掉，可以很好地吸收噪声能量，但是噪声传递损失较小。②采用隔声材料制作隔音屏。此种隔音屏可以将噪声阻挡在噪声源的一侧，降噪效果好，但是不能将噪声消除，在噪声源一侧，噪声会叠加强化，有很多弊端。

目前，利用亥姆霍兹共振器进行噪声发电的方式主要有2种：①采用压电薄膜吸收声能，此种方式在低频振动下发电效果良好。②采用电磁发电结构吸收声能，此种方式在高频振动下发电效果好，输出电流高，装置阻尼低。③采用压电与电磁联合发电的方式，此种方式高低频发电效率均很高。

大多数隔音屏只具有隔声或者吸声的功能，不能很好的利用噪声中的能量，而且消声频带窄，低频效果不佳。

大多数利用亥姆霍兹进行声能采集的装置，只能收集固定频率的噪声，导致声能采集频带很窄，限制了此类装置的应用。

大多数噪声发电的装置，高频或者低频的发电效果不佳，导致声能采集频带变窄，电流电压很小，在MV,MA级别。

大多数利用噪声发电的装置，由于结构体积的限制，不能阵列安装，不具有智能化的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供声能采集频带可调，兼具能量采集与降噪功能,能给路灯、监控器、测速雷达等交通设备供电的多频率目标智能发电隔音屏。

本发明的目的是这样实现的：

本发明多频率目标智能发电隔音屏，其特征是：包括隔声吸声材料板、声能采集模块、机械传动模块，所有声能采集模块嵌入安装于隔声吸声材料板里，所述的声能采集模块包括亥姆霍兹共振腔、平面弹簧、复合式压垫片、锥形可动活塞、永磁体，锥形可动活塞连接活塞杆，活塞杆依次穿过复合式压垫片、平面弹簧、永磁体，平面弹簧与永磁体相连，永磁体外部缠绕线圈，亥姆霍兹共振腔上设置与锥形可活动活塞形状相配合的锥形颈部，所述机械传动模块包括五相步进电机，五相步进电机分别连接各个声能采集模块的活塞杆。

本发明还可以包括：

1、还包括太阳能电池板，太阳能电池板以及声能采集模块的电能通过采集控制电路转换为220V交流电，并储存在锂电池中，锂电池连接供电灯、监控器或测速雷达。

2、所述隔声吸声材料板包括隔声材料和吸声材料，隔声材料采用阻尼高分子材料，铝箔制作，吸声材料采用吸声棉，太能电池板采用单晶硅太阳能电池板，平面弹簧采用弹簧钢65Mn材料。

本发明的优势在于：①声能采集频带可在400-5000HZ内可调。②压电与电磁发电优势互补，拓宽了声能采集频带，输出电压高。③所有设备安装在有腔室的隔声材料板中，形成声能采集模块-吸声材料-隔声材料的三层结构来降噪，实现消声频带的互补并将其拓宽至100-5000HZ。④智能化程度高，可阵列安装。

附图说明

图1为本发明隔音屏结构示意图；

图2为声能采集模块的爆炸图；

图3为机械传动模块示意图；

图4为本发明的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-4，本系统由数个隔音屏，数字式声级计，锂电池，采集控制电路组成；隔音屏包括顶部的太阳能电池板，数个声能采集模块，机械传动模块，隔声吸声材料；声能采集模块包含亥姆霍兹共振器，压电-电磁俘能器。压电- 电磁俘能器由一种压力发电装置和电磁发电装置组成。亥姆霍兹共振器对噪声声波进行放大，针对其只能放大特定频率噪声的特性，对其进行声学改良，使其可放大400-3500HZ的噪声。压电-电磁俘能器将振动能转换为电能。机械传动模块可调整共振器的共振频率。隔音屏中的设备均被隔声吸声材料包围。

所述隔声吸声材料中，吸声材料采用吸声棉，隔声材料采用阻尼高分子材料，铝箔制作。

所述压电-电磁俘能器采用一种由聚偏氟乙烯(PVDF)，氟橡胶混合物与PZT 复合得到的三元复合压电薄膜；并采用平面弹簧来传递振动；并采用铷铁硼做永磁体。整个装置输出功率至少6W，电压16V左右。

所述机械传动模块由一个高精度五相步进电机与若干连接各亥姆霍兹共振器的杆组成，机械传动模块可控制隔音屏的声能采集频带，并受采集控制电路控制。

所述采集控制电路具有2个功能，①将各隔音屏中的电能整流滤波升压，以输出220V交流电。②分析数字式声级计传来的噪声信息，并且实时调控机械传动模块，调整各隔音屏的声能采集频带。

所述太阳能电池板采用型号为CHN100-36W的单晶硅太阳能电池板，输出功率100W，电压20V。

平面弹簧采用弹性好，屈服强度高，不易产生塑性变形的弹簧钢65Mn材料。

参见附图1。多频率目标智能发电隔音屏。装置由透光的玻璃板1，太阳能电池板2，隔声吸声材料板3，声能采集模块4组成。隔音屏中含有100多个声能采集模块4，声能采集模块4嵌入安装于隔声吸声材料板3中。形成了声能采集模块-吸声材料-隔声材料的三层结构进行降噪，各个结构的消声频带形成互补，消声频带可拓展至100-5000HZ，噪声传递损失达到27-43dB。噪声的能量在声能采集模块4中转换成电能。噪声发电功率6W，太阳能发电功率达 100W，总功率达106W。

参见附图2。声能采集模块拆分简图。装置由亥姆霍兹共振腔5，平面弹簧6，复合式压电片7，锥形可动活塞8，永磁9，线圈10组成。亥姆霍兹共振腔5用于将声波进行放大，若声源频率与共振器共振频率一致，声波会得到最大程度的加强，但是共振器通常只有一种共振频率，只能放大固定频率的噪声。声速一定时，其共振频率受腔体积，颈部长度，颈部横截面积影响。我们为其设计可活动的锥形颈部，配有相应的锥形可动活塞8。锥形可动活塞8与机械传动模块相连。机械传动模块调整锥形活塞的位置，便可改变颈部横截面积，颈部长度，从而使共振频率在400-3500HZ内可调。放大后的声波传递给复合式压电片7，使其产生振动，进而发电。平面弹簧6可以将复合式压电片7的振动更加稳定地传递给永磁体9，平面弹簧6与永磁体9是紧密相连的，因此两者一起振动，从而切割磁感线发电。

参见附图3。机械传动模快结构图。一个高精度的五相步进电机PK513PA 控制所有杆传动结构，杆连接共振器的锥形可动活塞并贯穿整个声能采集模块。为不影响发电性能，杆采用机械强度高，电绝缘性好，抗疲劳性好的聚甲醛(POM) 制作

为装置设计采集控制电路。电路能输出24V直流电，具有控制机械传动模块，分析噪声，整流滤波等功能。LTC3588本电路集成了一个低损失全波桥式整流器和一个高效率降压型转换器，以造就一款专为高输出阻抗能源而优化的能量收集解决方案。它可通过引脚选择4种输出电压，连续输出电流高达100mA。这里采用输出16V的方式，再通过LM2586反向稳压器进行DC-DC升压处理。 LM2586系列稳压器是专为回扫、步升(升压)和正激转换器应用而设计的单片集成电路。此器件有4个不同的输出电压型号:3.3V、5.0V、12V和电压可调。这些稳压器所需外围元件少，性价比高，简单易用。这里采用16V升压到24V的方案。电路输出稳定，性能可靠。

参见附图4。智能发电隔音屏阵的设计思路图。本系统由数个隔音屏，数字式声级计，锂电池，采集控制电路组成。声能采集模块安装方式是：嵌入式安装。系统降噪方式是：噪声能量被声能采集模块-吸声材料-隔声材料的三层结构所吸收。系统发电的方式是：太阳能发电与噪声发电相结合。噪声声波被亥姆霍兹共振器放大。噪声能量以压力发电，电磁发电的方式转换为电能。各隔音屏的电能通过采集控制电路后转换为220V交流电，可储存在锂电池中，供电灯，监控器，测速雷达等交通设备使用。数字式声级计可采集环境中噪声的频率等信息，采集控制电路分析噪声信息，并实时操控隔音屏中的机械传动模块，调整各个隔音屏的声能采集频带。本系统具有输出电压高，电流大，发电效率高，成本低，结构简单的优点，具有节能减排的环保特性，具有广泛的市场前景。

本发明公开了一种多频率目标智能发电隔音屏。如图1所示，隔音屏包括：玻璃板1、太阳能电池板2、隔声吸声材料板3、声能采集模块4。如图2所示，声能采集模块包括：亥姆霍兹共振腔5、平面弹簧6、复合式压电片7、锥形可动活塞8、永磁体9、线圈10。如图3所示，此为机械传动模块结构图。如图4所示，此为智能发电隔音屏阵的设计方法图，系统由数个隔音屏，数字式声级计，锂电池，采集控制电路组成。

多频率目标智能发电隔音屏的噪声发电原理如下：数字式声级计采集噪声频率等信息，采集控制电路分析噪声信息，控制机械传动模块，调整隔音屏声能采集频带。亥姆霍兹共振腔用于将噪声声波进行放大，放大后的声波传递给压电-电磁俘能器，转换成电能，通过采集控制电路，输出220V交流电。电能可储存在锂电池中，为电灯，监控器，测速雷达等交通设备供电。

多频率目标智能发电隔音屏的降噪原理如下：声能采集模块嵌入安装于隔声吸声材料板中，形成声能采集模块-吸声材料-隔声材料的三层结构来对噪声进行吸收，各个结构的消声频带进行互补，可吸收100-5000HZ内的噪声，噪声传递损失达到27-43dB。

为了使声能采集频带可调，我们为亥姆霍兹共振器设计可活动的锥形颈部，配有相应的锥形可动活塞，机械传动模块可调整锥形活塞的位置，使共振频率在400-3500HZ内可调。为提高发电效率，引入压电-电磁俘能器，使两者在高低频下的发电优势得到互补。为提高整体发电电压，采用太阳能发电与噪声发电结合的方式发电，功率可达106W。为使得振动传递平稳，引入平面弹簧。整个装置成本低，经济收益良好，效率高，降噪性能好，具有节能减排的环保特性，具有广阔的市场前景。

Claims (3)

1.多频率目标智能发电隔音屏，其特征是：包括隔声吸声材料板、声能采集模块、机械传动模块，所有声能采集模块嵌入安装于隔声吸声材料板里，所述的声能采集模块包括亥姆霍兹共振腔、平面弹簧、复合式压垫片、锥形可动活塞、永磁体，锥形可动活塞连接活塞杆，活塞杆依次穿过复合式压垫片、平面弹簧、永磁体，平面弹簧与永磁体相连，永磁体外部缠绕线圈，亥姆霍兹共振腔上设置与锥形可活动活塞形状相配合的锥形颈部，所述机械传动模块包括五相步进电机，五相步进电机分别连接各个声能采集模块的活塞杆。

2.根据权利要求1所述的多频率目标智能发电隔音屏，其特征是：还包括太阳能电池板，太阳能电池板以及声能采集模块的电能通过采集控制电路转换为220V交流电，并储存在锂电池中，锂电池连接供电灯、监控器或测速雷达。

3.根据权利要求1或2所述的多频率目标智能发电隔音屏，其特征是：所述隔声吸声材料板包括隔声材料和吸声材料，隔声材料采用阻尼高分子材料，铝箔制作，吸声材料采用吸声棉，太能电池板采用单晶硅太阳能电池板，平面弹簧采用弹簧钢65Mn材料。