(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211043800.2 (22)申请日 2022.08.30 (71)申请人 中国空气动力研究与发展中心设备 设计与测试技 术研究所 地址 621900 四川省绵阳市涪城区二环路 南段6号12分箱 (72)发明人 张浩　蒋国庆　聂徐庆　贾赫权　 (74)专利代理 机构 北京中济纬天专利代理有限 公司 11429 专利代理师 王丹 (51)Int.Cl. G10K 11/172(2006.01) G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 基于压电混合分流电路的宽带低频隔声装 置及其设计方法 (57)摘要 本发明属于宽带低频噪声隔离技术领域， 公 开了基于压电混合分流电路的宽带低频隔声装 置及其设计方法。 装置由基板、 压电片、 混合 分流 电路组成； 基板为平板； 压电片阵列排列， 对称粘 附在基板的上、 下表面； 混合分流电路串联主动 负电容电路和被动电感电路， 各混合分流电路独 立串联一个压电片。 设计方法包括设计主动负电 容电路的负电容； 计算宽带低频隔声装置的局域 共振频率； 调节主动负电容电路的负电容； 计算 主动负电容电路的机电耦合系数； 绘制隔声曲 线； 根据隔声曲线调节装置的隔声频率。 通过调 节电路参数， 被动电感电路和压电片产生低频局 域共振， 主动负电容电路提高机电耦合效率， 实 现宽带低频声波传输带隙， 高效地阻隔宽带低频 噪声。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115132160 A 2022.09.30 CN 115132160 A 1.基于压电混合分流电路的宽带低频隔声装置， 其特征在于， 所述的宽带低频隔声装 置由基板 （1） 、 压电片 （2） 、 混合分流电路 （3） 组成； 基板 （1） 为平板， 材料为有机玻璃或者金 属铝； 压电片 （2） 分为相同的两组， 每组阵列排列， 一组粘附在基板 （1） 的上表面上， 另一组 对称粘附在基板 （1） 的下表面上； 混合分流电路 （3） 由主动负电容电路和被动电感电路串联 组成， 混合分流电路 （3） 的数量与压电片 （2） 的数量相同， 每个 混合分流电路 （3） 独立串 联一 个压电片 （2） ； L为被动电感分流电路中电感的值， Cn为主动负电容分流电路中负电容的值； 主动负电 容电路由一个定值电阻 R1、 一个可调电阻 R2、 一个电容 C和一个运算放大器OA组成； 电容 C、 可 调电阻R2和定值电阻 R1顺序相联， 运算放大器OA的输出端连接电容与可调电阻 R2之间的节 点； 运算放大器OA的同相输入端即+端， 连接电容 C的另一端； 运算放大器OA的反相输入端 即‑端， 连接可调电阻 R2与定值电阻 R1之间的节点。 2.根据权利要求1所述的基于压电混合分流电路的宽带低频隔声装置， 其特征在于， 所 述的基板 （1） 的厚度 h为0.1‑20mm。 3.根据权利要求1所述的基于压电混合分流电路的宽带低频隔声装置， 其特征在于， 所 述的压电片 （2） 的厚度 hp为0.1‑2mm， 材质为PZT ‑5H压电陶瓷。 4.根据权利要求1或3所述的基于压电混合分流电路的宽带低频隔声装置， 其特征在 于， 所述的压电片 （2） 的边长为1 ‑100mm。 5.基于压电混合分流电路的宽带低频隔声装置的设计方法， 其用于设计权利要求1~4 中的任意 一种基于 压电混合分流电路的宽带低频隔声装置， 其特 征在于， 包括以下步骤： S10.设计主动负电容电路的负电容； 主动负电容电路的阻抗特性相当于一个电容， 主动负电容电路的负电容的值 为Cn： S20.计算宽带低频隔声装置的局域共 振频率； 宽带低频隔声装置的局域共 振频率f0由下式决定： 式中，Cp为压电片 （2） 的固有电容， Cb为与压电片 （2） 和基板 （1） 参数相关的数值 量； 式中， 是压电片 （2） 的压电应力常数， 和 是压电片 （2） 的柔顺系数， hp是压电 片 （2） 的厚度， As为压电片 （2） 电极的面积， Eb为基板 （1） 的杨氏模量， 为基板 （1） 的泊松权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115132160 A 2比，h是基板 （1） 的厚度， α是基板 （1） 表面贴有压电片 （2） 的面积占整个基板 （1） 表面面积的 面积比； S30.调节主动负电容电路的负电容； 为了满足系统的稳定性， 调节负电容的值时， 需遵循以下 条件： m为设定的常数， m>1； S40.计算主动负电容电路的机电耦合系数； 串联负电容电路 之后的混合分流电路 （3） 的机电耦合系数 kn为： 式中，k为无负电容电路的混合分流电路 （3） 的机电耦合系数； 因为m>1， 所以有 kn＞k； 上式说明， 负电容使得能量转换效率更高， 从而展宽隔声峰； 当 m 越靠近于1的时候， 负电容越提高能量转换效率， 拓宽隔声峰的效果越明显； 当 m趋向于∞的 时候， 负电容电路短路， 不再起作用， 不能提高能量 转换效率； S50.绘制隔声曲线； 绘制宽带低频隔声装置在不同 m下的隔声曲线， 隔声曲线由有限元方法计算得到， 计算 时在宽带低频隔声装 置有限元离散模型的一面施加设定频率的均布 声压Pin， 通过求解有限 元方程获得另一面的响应声压 Pout， 则在设定频率时的隔声量为20 lg(Pin/Pout)； 通过计算不 同频率时的隔声量， 绘制出关于频率和隔声量的二维曲线， 称为隔声曲线， 隔声曲线的横坐 标为隔声频率， 单位H z， 纵坐标为隔声量， 单位dB； S60.根据隔声曲线调节宽带低频隔声装置的隔声性能； 根据隔声曲线， 选 择合适的 m， 反推对应隔声曲线的主动负电容电路的负电容的值 Cn， 进 而确定可调电阻 R2的电阻值， 实现调节宽带低频隔声装置的隔声性能。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115132160 A 3