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    重庆时时彩平台送金: 一种磁场可调控低频隔声结构及隔声材料.pdf

    关 键 词:
    一种 磁场 调控 低频 结构 材料
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    摘要
    申请专利号:

    CN201510070456.X

    申请日:

    2015.02.11

    公开号:

    CN104681021A

    公开日:

    2015.06.03

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G10K 11/172申请公布日:20150603|||实质审查的生效IPC(主分类):G10K 11/172申请日:20150211|||公开
    IPC分类号: G10K11/172; G10K11/162; G10K11/168 主分类号: G10K11/172
    申请人: 上海交通大学
    发明人: 钱炜; 王晓乐; 李龙光; 黄震宇; 叶杰明
    地址: 200240上海市闵行区东川路800号
    优先权:
    专利代理机构: 上海新天专利代理有限公司31213 代理人: 张宁展
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510070456.X

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.08.14|||2015.07.01|||2015.06.03

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种磁场可调控低频隔声结构,包括:四周封闭、且中部具有通孔的基体、嵌入在该基体的通孔内的磁性质子、以及附着在所述的基体与磁性质子缝隙之间的软性材料,该软性材料分别与所述的基体、磁性质子固定连接。当外扰声波入射到该本发明表面时会激起相应的振动,通过频谱分析会发现共振峰和反共振峰,反共振峰的位置附近即为隔声效果较好的频段。外界磁场可以控制该结构单元中的磁性材料和软质材料的受力情况,从而移动反共振峰的位置。在材料弹性范围内,所加磁场越大,隔声量峰值的移动便越大,故而可根据外界噪声的频率分布及变化情况,通过调控外加磁场大小,使得材料隔声量峰值移动到与外界噪声频率吻合处,实现非常好的主动隔声效果。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种磁场可调控低频隔声结构,其特征在于,包括:四周封闭、且中 部具有通孔的基体(1)、嵌入在该基体的通孔内的磁性质子(3)、以及附着 在所述的基体与磁性质子(3)缝隙之间的软性材料(2),该软性材料(2) 分别与所述的基体、磁性质子固定连接。

    2.  根据权利要求1所述的磁场可调控低频隔声结构,其特征在于,所述 的基体(1)是由杨氏模量大于1Gpa的硬质材料制成。

    3.  根据权利要求1所述的磁场可调控低频隔声结构,其特征在于,所述 的软性材料层(2)是由杨氏模量小于1Gpa的软性材料制成。

    4.  根据权利要求3所述的磁场可调控低频隔声结构,其特征在于,所述 的软性材料是硅橡胶或丁苯橡胶。

    5.  根据权利要求1所述的磁场可调控低频隔声结构,其特征在于,所述 的磁性质子(3)是由硬磁材料或软磁材料制成。

    6.  根据权利要求1所述的磁场可调控低频隔声结构,其特征在于,所述 的基体(1)与软性材料层(2)的厚度一致,且在1mm-10mm之间。

    7.  根据权利要求6所述的磁场可调控低频隔声结构,其特征在于,所述 的磁性质子的半径不超过10mm。

    8.  一种磁场可调控低频隔声材料,其特征在于,由一个或多个权利要求 1-7任一项所述的磁场可调控低频隔声结构周期性排列组成。

    说明书

    说明书一种磁场可调控低频隔声结构及隔声材料
    技术领域
    本发明涉及低频隔声材料技术领域,具体是一种磁场可调控低频隔声结 构及隔声材料。
    背景技术
    通过插入材料来阻隔噪声的传播路径或者吸收消耗噪声的能量,使通过 材料后的声能量减小的方法,叫做隔声。通常用隔声量来描述材料本身固有 的隔声能力,其定义为:噪声通过材料前后的声能量比,即入射声能与透视 声能之比取对数得到的分贝数,又称为传递损失,常用符号R或者TL(dB) 表示。
    改革开放以来,我国的工业化进程高速发展,在带来了高经济效益的同 时造成了严重的噪声污染,其中低频噪声对人体的危害最为严重。主要损伤 人体的听觉系统以及神经系统。低频噪声的来源主要包括电梯,变压器,中 央空调以及交通噪声。根据经典的质量定理,对于传统隔声材料高频域的隔 声可以达到很好的效果,但对于低频声波的衰减效果较差,能量衰减缓慢, 穿透力强,传播距离远,导致对于低频声波的隔声降噪成为一个尚未解决的 棘手的工程难题。
    2000年的Science期刊上,刘正猷等人首次提出了局域共振型声子晶体的 概念。文中提出用硅胶包覆铅球按照简单立方晶格排列在环氧树脂基体中, 理论和实验都证明了这一结构具有400Hz左右的低频带隙,比相同尺寸的 Bragg散射型声子晶体的第一带隙频率降低了两个数量级。这一发现实现了小 尺寸控制大波长,对解决低频振动噪声问题提供了新的思路。
    根据安培定理,通电导线周围会产生磁场,实验中经常使用通电线圈产 生具有梯度的非匀强磁场,非匀强磁场作用在磁性质量单元上会产生一个力, 这个力会改变磁性质量单元的位置和软性材料的受张力情况,从而改变整个 弹性体的等效刚度,进而影响磁性质量单元的振动情况以及低频域的隔声峰 值频率范围。
    磁性材料按照磁化后去磁的难易程度,可分为软磁性材料和硬磁性材料。 硬磁材料是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种材料。常用的永磁材 料有稀土永磁材料、金属永磁材料、铁氧体永磁材料。
    现有的低频隔声超材料,其物理特性一经定型便无法更改,均只能对低 频声波的某一频段进行有效隔绝,难以适用于复杂多变的外界噪声。
    发明内容
    本发明的目的在克服上述现有技术的不足,提供一种磁场可调控低频隔 声结构及隔声材料,可以人为隔离某一任意低频段的噪声影响,即能够选择 性地主动对低频噪音进行衰减,高效且易于实现。
    为了解决上述问题,本发明的技术解决方案如下:
    一种磁场可调控低频隔声结构,其特点在于,包括:四周封闭、且中部 具有通孔的基体、嵌入在该基体的通孔内的磁性质子、以及附着在所述的基 体与磁性质子缝隙之间的软性材料,该软性材料分别与所述的基体、磁性质 子固定连接。
    所述的基体是由杨氏模量大于1Gpa的硬质材料制成。
    所述的软性材料层是由杨氏模量小于1Gpa的软性材料制成。
    所述的软性材料是硅橡胶或丁苯橡胶。
    所述的磁性质子是由硬磁材料或软磁材料制成。
    所述的基体与软性材料层的厚度一致,且在1mm-10mm之间。
    所述的磁性质子的半径不超过10mm。
    一种磁场可调控低频隔声材料,由一个或多个上述的磁场可调控低频隔 声结构周期性排列组成。
    外部磁场由通电线圈或永磁体产生,可以通过改变线圈的空间结构,通 电电流大小方向或者永磁体的位置来改变磁场的梯度。通过调节外界磁场的 梯度大小,可以改变弹性体的等效弹性系数,从而改变了本发明的共振频率, 进而改变反共振即高隔声量处的峰值频率。
    与现有技术相比,本发明有以下有益效果:
    1)能够选择性地对低频噪音进行主动衰减,方便地通过调整外加磁场 大小或永磁体的位置,改变高隔声量的频段。
    2)通过调节磁性材料的重量与磁化强度,可以调节隔声量峰值频段移动 的效率。
    3)结构设计简单,易于批量化加工和制造。
    附图说明
    图1是本发明磁场可调控低频隔声结构的示意图。
    图2是外加磁场强度B的方向平行于永磁体所受的力F的方向时的示意 图。
    图3是图2的等效物理模型。
    图4是不同磁场大小时的样品隔声量曲线频谱图。
    图5是麦克风驻波管法测试装置示意图。
    具体实施方式
    为使本发明的目的和技术方案更加清楚明白,以下结合实施例并参照附 图,对本发明进行详细的说明。
    参照图1,图1是本发明磁场可调控低频隔声结构的示意图,如图所示, 一种磁场可调控低频隔声结构,包括:四周封闭、且中部具有通孔的基体1、 嵌入在该基体的通孔内的磁性质子3、以及附着在所述的基体与磁性质子3缝 隙之间的软性材料2,该软性材料2分别与所述的基体、磁性质子固定连接。
    由杨氏模量大于1Gpa的硬质材料作为基体,且固定连接于外界设备上或 框架上。所谓杨氏模量,是表征材料弹性系数的参数。本发明中所写的固定 连接的含义就是这种连接方式能保证两种材料之间不会发生相对运动,包括 用胶水或者螺钉固定等?;宓暮穸仍?mm-10mm之间。
    杨氏模量小于100Mpa的材料可用作填充的软质材料,可以是实心的也可 以是孔状的,软质材料包括但不限于丁苯橡胶和硅橡胶等,硬质材料和软质 材料接触部分采用固定连接。软质材料的厚度与硬质材料一致。
    嵌入在软质材料中的磁性质子选用磁性材料,包括硬磁材料和软磁材料。 磁性质子的形状可以是但不限于圆柱形,球形,正方形等。磁性质子和软质 材料固定连接,包括用胶水连接以及制备的时候直接将磁质子固化于软质材 料中。磁性质子的厚度或者直径在0.1mm-10mm之间。软质材料中嵌入的磁 性质子数量不限。
    一种磁场可调控低频隔声材料,由一个或多个上述的磁场可调控低频隔 声结构周期性排列组成。
    本发明的制备方法如下:
    ①将杨氏模量大于1Gpa的较硬的材料的薄板,采取钻孔或铣等方式成 型成带有通孔的基体。用丙酮溶液清洗基体与磁性质子表面,从而能与硅胶 粘连牢固。
    ②在基体以及磁性质子表面涂抹一层助粘剂,在通风环境中静止十五分 钟,待其干燥。
    ③在基体的下方放置一块具有较弱磁性的软橡胶磁板,以便于后续放入 通孔中的磁性质子固定位置。磁性质子的极性排列可以任意排列。
    ④配置液态硅胶并浇入,让液态硅胶充满磁性质子与基体间空隙。
    ⑤将结构放入真空恒温箱中,抽多次真空,将硅胶中的汽泡完全排出。将 真空恒温箱置温度50度,加热600分钟,以使硅胶凝固。
    ⑤取出并清理表面多余的硅胶,移去软橡胶磁板,制备完毕。
    图2是外加磁场强度B的方向平行于永磁体所受的力f的方向时的示意图, 图3是图2的等效物理模型,即所述隔声材料对应的弹簧质量系统中一个负 质量单元的力学模型示意图,其中f为声波传播过程中单元所受的力,k为软 质材料的弹性系数,d为磁性材料对应外圈硬质材料的位移,M为磁性材料的 质量。当磁场方向和磁铁受外界磁场作用力方向一致时,根据牛顿第二定律 可得f-kd-fmag=-Mw2d,根据等效质量的定义,Ftot=-Meffw2d,联立这两个 公式可得Meff=M(1-wc2/w2),其中共振频率由麦克斯韦 方程可得,磁场力fmag=Mu0E▽H,其中,μ0为真空磁导率,H为磁场强度, ▽H即为磁场强度的梯度,E是磁性材料的磁化强度。因此, 即通过调节外界磁场的梯度大小,可以改变了弹 性体的等效弹性系数,从而改变了共振频率,从而也会改变反共振即高隔声 量处的峰值频率。通电线圈或永磁体产生的磁场易于调控,而且具有非接触 等优点。所加的外界磁场方向可以但不限于与磁性质子的方向平行或者相反。 通过外加磁场改变磁性质子和软质材料的受力振动模式,从而调控材料隔声 峰值对应的频率位置,达到高效便捷的主动隔声目的。
    图5是麦克风驻波管法测试装置示意图,图中,S1为1号麦克风与2号 麦克风之间的距离,S2为3号麦克风与4号麦克风之间的距离,d1和d2分别 为样品前表面到第二个和第三个麦克风之间的距离,A代表声源入射到样品 表面的声信号,B代表样品表面反射的声信号,C代表进过样品之后透射的声 信号,D代表驻波管末端反射回来的微弱声信号?;贏STM(American Society  for Testing and Materials,美国材料与测试协会)的E2611-09:“Standard test  method for measurement of normal incidence sound transmission of acoustical  materials based on the transfer matrix method”的采用四麦克风驻波管法对材料的 隔声量测试标准进行测试,即可得到材料的在各个频率处的隔声量大小。
    实施效果:利用软件对磁场调控隔声量的频率范围进行了调控测试,磁 性质子为圆柱形,底面直径4厘米,厚度1.875厘米,密度为7克每立方厘米, 体积为23.55立方厘米。软质材料采用硅胶薄膜,密度为1.3克每立方厘米, 厚度也为1.875厘米,硬质材料采用铝,密度为2.7克每立方厘米。我们利用 通电线圈产生不同梯度大小的磁场,并作用于样品上面,利用测试系统得到 低频隔声量曲线,如图4所示。从图中可以看出,外加磁场的确能调控隔声 量峰值频率的大小,粗实直线表示外加磁场在质子上产生的等效力为0N时的 低频隔声量曲线图,虚线表示外加磁场在质子上产生的等效力为1.1775mN时 的低频隔声量曲线图,点横虚线表示外加磁场在质子上产生的等效力为4.170 mN时的低频隔声量曲线图,细实直线表示外加磁场在质子上产生的等效力为 8.340mN时的低频隔声量曲线图。比较各条曲线可得,当外加磁场的梯度越 大的时候,隔声量的峰值频率移动也越大。当外扰声波入射到该本发明表面 时会激起相应的振动,通过频谱分析会发现共振峰和反共振峰,反共振峰的 位置附近即为隔声效果较好的频段。外界磁场可以控制该结构单元中的磁性 材料和软质材料的受力情况,从而移动反共振峰的位置。在材料弹性范围内, 所加磁场越大,隔声量峰值的移动便越大,故而可根据外界噪声的频率分布 及变化情况,通过调控外加磁场大小,使得材料隔声量峰值移动到与外界噪 声频率吻合处,实现非常好的主动隔声效果。
    以上所述,仅为本发明的优选实施例而已,当不能以此限定本发明实施的 范围,即大凡依本发明权利要求及发明说明书内容所做的简单的等效变化与 修饰,皆应仍属本发明专利覆盖的范围内。

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