基於碳納米管薄膜揚聲器的結構聲輻射有源控制

《基於碳納米管薄膜揚聲器的結構聲輻射有源控制》是依託蘇州大學，由李雙擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於碳納米管薄膜揚聲器的結構聲輻射有源控制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李雙
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

20多年來，結構聲輻射有源（主動）控制一直是噪聲控制領域的研究熱點。以往採用的各種有源控制系統都是利用次級源驅動揚聲器或結構振動，由振動產生反聲場來抵消原聲場，次級源和感測器布放複雜，系統通用性很差，極大地阻礙了有源控制技術的工程套用。 本項目以碳納米管薄膜揚聲器作為次級聲源，利用納米薄膜的熱聲效應（非振動）產生反聲場，抵消結構振動輻射聲場。項目擬對碳納米管薄膜揚聲器的聲學特性和機理進行深入研究，基於結構振動輻射聲場和薄膜熱聲效應聲場耦合，採用近場誤差感測策略，建立有源控制系統的理論模型，揭示降噪的物理機制，確定降噪效果明顯、易於實現的薄膜聲學作動器布放準則和近場誤差感測方式，提出相應的自適應控制算法，研製出一套有源噪聲控制系統裝置和最佳化設計軟體。這種新的控制系統具有較少依賴外部聲學環境、可模組化組裝、便於工程套用等優點。

結題摘要

項目主要在碳納米管和石墨烯薄膜的熱聲性能、納米薄膜用於有源噪聲控制及納米結構動力學等方面開展研究。 構建了碳納米管薄膜揚聲器系統，提出添加鉗位電路和施加多倍直流偏置電壓的方法，較好解決了電-熱-聲系統的頻率失真難題，顯著提升了薄膜的聲能量。設計了便於套用的可調節並聯結構薄膜揚聲器，通過智慧型開關調節揚聲器電阻大小。修正了薄膜的近場聲壓公式，使計算值與測試值吻合良好。基於納米薄膜的溫升理論，測試分析了薄膜溫度隨電壓大小、頻率及時間的變化規律，測試了薄膜電阻隨溫度的變化規律，分析了上述因素對薄膜輸出聲壓的影響。 將碳納米管薄膜揚聲器作為次級聲源建立有源消聲模型，分別對單極子和平板結構聲輻射進行有源控制。針對不同的薄膜揚聲器和布放方式，對比有源控制效果，分析主要影響因素，驗證了碳納米管薄膜作為次級聲源的可行性和有效性。對水下圓柱殼低頻聲輻射特性及有源控制策略進行研究，作為碳納米管和石墨烯薄膜聲源的套用領域。 基於熱聲效應，對石墨烯薄膜發聲進行理論研究，推導出石墨烯薄膜熱聲換能器的聲壓表達式。將聲壓測試值與理論計算結果對比，吻合良好，驗證了理論模型及聲壓表達式的正確性。採用實驗方法研究了不同基底（PDMS基底、PET基底以及玻璃基底）對石墨烯薄膜發聲效率的影響。利用靈敏度分析法系統研究了多層石墨烯薄膜厚度、基底蓄熱係數以及周圍氣體參數對熱聲效率的影響。探討了石墨烯薄膜在可穿戴設備領域的套用。 首次提出了碳納米管等納米結構非局部行為的多尺度模型，推導了非局部應力場的精確表達；建立了納米超薄結構的半連續動力學模型，以此分析結構的動力學性能，提出了推導納米尺度材料彈性模量的新方法。通過非局部場論分析預測了微結構的力學行為，考察了固有頻率的尺度依賴特性。基於一種修正的非局部連續理論研究了軸向變速運動黏彈性納米尺度梁結構的動力學回響，研究了應變梯度非局部理論體系下納米梁的動力學回響。