一种复合式调频消声器的制作方法

1.本实用新型属于消声器技术领域，具体涉及一种复合式调频消声器。


背景技术：

2.复合式消声器是指对于同时具有噪声传播的气流管道，将阻性消声器和抗性消声器按一定方式组合而成的消声器。
3.现有技术中，复合式消声器中，穿孔管消声器对中高频范围内的消声效果好，但在低频范围内穿孔管需要极低的穿孔率或者增大谐振腔体积，这样不仅增加了加工难度、成本，占用空间也随之增加，限制了穿孔管消声器结构的适用场合，而柔性薄膜结构对低频噪声的吸收效果较好，具有结构简单、容易制备、变形量大等优点，但仍然有应用限制，如不能同时高效抑制中高频率的噪声，不适用于强振声激励、高温差、极轻附加质量和极小附加空间要求。如专利公告号为cn109139191a的专利公开了一种微穿孔共振腔消声结构及apu用减噪消声器，采用大共振腔结构形态，极大的减轻了设备的重量，增加了结构刚度，减弱了apu工作状态下传播出来的噪声强度，但其噪声控制频带固定，消声效果固定，无法通过调谐实现噪声的最大化抑制。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种复合式调频消声器，微穿孔管、谐振腔一、弹性薄膜和谐振腔二形成封闭的双自由度消声系统，可扩大噪声控制频带，实现噪声的有效抑制。
5.本实用新型提供了如下的技术方案：
6.本技术提出一种复合式调频消声器，包括：
7.固定组件，用于保证协整腔室的密封性；
8.微穿孔组件，包括微穿孔管、至少两个固定板和挡板，所述微穿孔组件固定设于固定组件内，所述固定板相对设于微穿孔管外侧，且与微穿孔管一体成型，位于固定板之间的微穿孔管上等距设有多列通孔，所述挡板穿过固定板滑动设于微穿孔管外侧且覆盖通孔，用于调节微穿孔管的穿孔率；
9.调节组件，包括包覆设于相对设立的固定板外侧的弹性薄膜和压电振子，弹性薄膜与微穿孔管外侧形成谐振腔一，弹性薄膜与固定组件内壁形成谐振腔二，用于防止声泄漏，所述谐振腔一与谐振腔二内填充满空气，所述微穿孔管、谐振腔一、弹性薄膜和谐振腔二形成封闭的双自由度消声系统，所述双自由度消声系统包括主振系统和附加系统，所述压电振子设于弹性薄膜外侧，且与电源电性连接，用于通过调节驱动电压大小控制弹性薄膜刚度，且实现频率可调谐。
10.优先地，所述固定组件包括两个通过法兰连接的外壳，所述外壳呈半圆柱体，且外壳上下表面均相对设有凹槽，所述外壳内设有空腔，所述微穿孔组件设于空腔内。
11.优先地，所述微穿孔管与固定板一体成型，微穿孔管包括入口和出口。
12.优先地，所述固定板插设于凹槽内，且凹槽侧壁压紧弹性薄膜，靠近入口侧的固定
板上设有多个插孔。
13.优先地，所述挡板朝向出口一侧沿微穿孔管轴向设有多个封条，所述封条与通孔相配合。
14.优先地，所述压电振子包括铜片和锌片，且压电振子通过硅胶贴设于弹性薄膜外侧。
15.优先地，所述谐振腔一内空气相对不可压缩。
16.本实用新型的有益效果是：
17.1.将轻质的弹性薄膜结构与穿孔管消声器结合在一起，提高穿孔管消声器结构在低频域的消声性能和弹性薄膜对中高频噪声的消声性能，扩大噪声控制频带，实现噪声的有效抑制，对控制低频域的复合谱噪声有重要的工程实用价值；
18.2.具有两种频率调谐方式，通过挡板调节穿孔率大小及控制驱动电压大小调节弹性薄膜刚度，可灵活控制消声频率；
19.3.采用的原料都比较便宜易得，合成方法简单，未使用危险、剧毒的试剂、贵金属催化剂，操作简单方便，且最终产物的产率相对较高。
附图说明
20.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
21.图1是本实用新型的结构示意图；
22.图2是本实用新型的调节组件连接示意图；
23.图3是本实用新型的外壳连接示意图；
24.图4是本实用新型的微穿孔组件连接示意图；
25.图5是本实用新型的穿孔率影响示意图；
26.图6是本实用新型的不同电压下的消声效果示意图。
27.图中标记为：1.固定组件，11.外壳，2.微穿孔组件，21.微穿孔管，211.通孔，212.入口，213.出口，22.固定板，221.插孔，23.挡板，231.封条，3.调节组件，31.弹性薄膜，32.压电振子，33.谐振腔一，34.谐振腔二。
具体实施方式
28.实施例一
29.本技术提出一种复合式调频消声器，包括：
30.固定组件1，用于保证协整腔室的密封性。固定组件1包括两个通过法兰连接的外壳11，外壳11呈半圆柱体，且外壳11上下表面均相对设有凹槽，外壳11内设有空腔，微穿孔组件2设于空腔内。
31.微穿孔组件2，包括微穿孔管21、至少两个固定板22和挡板23，微穿孔组件2固定设于固定组件1内，固定板22相对设于微穿孔管21外侧，且与微穿孔管21一体成型，位于固定板22之间的微穿孔管21上等距设有多列通孔211，挡板23穿过固定板22滑动设于微穿孔管21外侧且覆盖通孔211，用于调节微穿孔管21的穿孔率。微穿孔管21与固定板22一体成型，微穿孔管21包括入口212和出口213。固定板22插设于凹槽内，且凹槽侧壁压紧弹性薄膜31，
靠近入口212侧的固定板22上设有多个插孔221。挡板23朝向出口213一侧沿微穿孔管21轴向设有多个封条231，封条231与通孔211相配合。
32.调节组件3，包括包覆设于相对设立的固定板22外侧的弹性薄膜31和压电振子32，压电振子32包括铜片和锌片，且压电振子32通过硅胶贴设于弹性薄膜31外侧。弹性薄膜31与微穿孔管21外侧形成谐振腔一33，谐振腔一33内空气相对不可压缩。弹性薄膜31与固定组件1内壁形成谐振腔二34，用于防止声泄漏，谐振腔一33与谐振腔二34内填充满空气，微穿孔管21、谐振腔一33、弹性薄膜31和谐振腔二34形成封闭的双自由度消声系统，双自由度消声系统包括主振系统和附加系统，压电振子32设于弹性薄膜31外侧，且与电源电性连接，用于通过调节驱动电压大小控制弹性薄膜31刚度，且实现频率可调谐。
33.上述的复合式调频消声器的调谐方法，包括如下步骤：
34.s1.谐振腔一33内空气等效为弹簧，通孔211部分的空气等效为质量块，转化成第一弹簧质量谐振单元，且作为主振系统；
35.s2.弹性薄膜31质量等效为质量块，弹性薄膜31的拉力和谐振腔二34内的空气层弹力耦合作用力等效为弹簧，转化成第二弹簧质量谐振单元，且作为附加系统；
36.s3.主振系统和附加系统均具有固有频率，且仅与系统等效质量和弹簧刚度相关，二者的表达式为其中，m
m
为弹性薄膜31质量，k
a
为谐振腔一33内的空气弹簧刚度，k
m
为弹性薄膜31刚度，m
h
为通孔211空气等效质量，ω
h
为主振系统的固有频率,ω
m
为附加系统的固有频率；
37.s4.通孔211空气等效质量和薄膜等效刚度为其中，t
h
′
＝t
h
δ，t
h
为孔深，δ为开口修正量，c为声速，s为孔截面积，s为固定板22在谐振腔一33内的轴向截面积，l1为腔深，ρ为空气密度；
38.s5.在微穿孔管21出口213处，利用声级计检测微穿孔管21产生的噪声，根据噪声频谱特性，筛选出声压级较大的噪声频率，即需要降噪的噪声频率，通过推动挡板23调节穿孔率，控制系统的颈部面积，可调节步骤s4中的通孔211空气等效质量，实现频率可调谐，即控制复合式调谐消声器的传递损失；
39.s6.复合式调谐消声器的传递损失可通过调节复合式调谐消声器表面的总声阻抗比来进行控制，总声阻抗比为微穿孔管21两侧声阻抗比、微穿孔管21与弹性薄膜31间的声阻抗比、弹性薄膜31两侧的声阻抗比协同作用，复合式调谐消声器消声效果的影响因素包括微穿孔管21的结构尺寸、弹性薄膜31的材料属性及结构属性、弹性薄膜31与微穿孔管21之间的距离。复合式调谐消声器的总声阻抗比为：
40.41.其中，m＝sρt
h
′
为通孔211内空气质量，c为通孔211内表面的粘滞阻力，ω为的平面声波入射角频率，ω2为薄膜和附加腔的固有角频率，ω
f
薄膜固有频率，谐振腔一33内的空气弹簧刚度为l1为谐振腔一33的长度，l2为谐振腔二34的长度，空气等效质量为m
a1
＝ρl1s，弹性薄膜31质量为开度比ε为腔室截面积s与微穿孔管21内面积s的比值，η为损耗因子。
42.如图5所示，在单层穿孔管孔深t
h
＝4mm，穿孔率p＝0.386％，膜厚σ＝0.5mm，此时的第一阶峰值f＝178hz，第二阶峰值频率f＝865hz。穿孔管的穿孔率可由0梯度增加到1％，增长步长为0.1％，挡管不断抽离腔室内，穿孔率逐渐增大，完全抽离时，穿孔率最大为1％，此时产生的共振频率也最大。
43.实施例二
44.本实施例与实施例一的区别之处在于：调谐方法的步骤s5中，通过调节压电振子32的驱动电压大小，可调节步骤s4中的薄膜等效刚度，可实现频率可调谐。如图6所示，电压由0v增加到300v时，薄膜刚度随之增大，反共振点向高频域移动，结构共振与声学共振耦合效应减弱，第一阶消声峰由180hz偏移到275hz，偏移量为95hz，消声量增加。第二阶消声峰由520hz偏移到655hz，偏移量为135hz，消声量下降较大。本实施例的其他技术特征和工作原理均与实施例一相同。
45.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。