[发明专利]基于机器学习的局域共振型宽频声学超材料及其应用装置

说明书

本申请提供了基于机器学习的局域共振型宽频声学超材料及其应用装置，属于声学领域，用于解决现有技术中不能实现针对不同频段声波信号的主动调控，从而很难实现宽频范围的声波调控的问题。所述声学超材料包括：可调节长度的空心管和可调节开口大小的空心球，所述空心管采用钢制材料，通过微型电机控制其长度以调节谐振频率，所述空心球采用形状记忆合金制成，放置在环氧树脂制成的格栅结构上，通过温度来控制空心球开口大小以调节谐振频率。利用软件模拟使得机器学习程序学习得到针对不同频段声波防护的超材料的最佳结构形式，最终达到针对特定宽频声波(2000‑5000Hz)的主动调控及防护。

技术领域

本申请涉及功能材料领域，特别是涉及基于机器学习的局域共振型宽频声学超材料及其应用装置。

背景技术

目前，声学超材料的种类大致分为两种，局域共振型和卷曲空间型。无论是局域共振和卷曲空间，现有的声学超材料大多只能对应特定的特征频率实现负等效质量密度或负等效弹性模量，不能实现针对不同频段信号的主动调控，故很难实现宽频范围的声波调控。

发明内容

本申请实施例提供基于机器学习的局域共振型宽频声学超材料及其应用装置，本发明设计的声学超材料应用的声波频率范围大约是(2000Hz-5000Hz),解决现有技术中很难主动对宽频范围的声波进行调控及防护的问题。

本发明的声学超材料是指以常规材料或智能材料制作而成的结构，把结构整体等效为一种材料，该材料会使得结构的等效质量密度、等效模量等力学特性出现自然界不能出现的负值，从而实现负折射率等特殊现象；进一步地，本发明的声学超材料也可以理解为一种声波处理系统，通过声波处理系统，可以改变声波的传播方向，从而降低声波信号的强度，实现声学防护，也可以通过实现负的折射率，改变声波传播方向，从而实现声波聚焦。

为了解决上述问题，本申请提供了基于机器学习的局域共振型宽频声学超材料，包括：

微型电机；可调节长度的空心管超材料；格栅结构；可调节开口大小的空心球超材料；产生特定热场的电阻丝；其中，所述可调节长度的空心管超材料由外层可移动的子管和内层固定的母管构成，所述格栅结构包括多个格栅；

所述可调节长度的空心管超材料与所述微型电机固定连接，由微型电机调控所述子管的移动距离，从而调控所述子管与所述母管的叠加长度；

所述可调节开口大小的空心球超材料放置在所述格栅结构中，单个所述格栅四周布置一定数量的所述产生特定热场的电阻丝，由所述产生特定热场的电阻丝调控所述空心球超材料的开口大小；

其中，多个单根所述空心管超材料依次排列成层状结构的单层空心管超材料，多个单颗所述空心球超材料放置在格栅结构中，构成单层空心球超材料；单层空心管超材料和单层空心球超材料交替间隔排列；

所述声学超材料，是根据经过模拟计算训练的机器学习程序得到宽频声波对应的各个所述微型电机的电机驱动参数和所述电阻丝的调控参数，通过所述微型电机的电机驱动参数调控所述空心管超材料的长度，通过所述产生特定热场的电阻丝的调控参数调控所述空心球超材料的开口大小。

注意，其中，每个所述子管对应一个所述微型电机，每个所述微型电机对应的电机驱动参数值都相对独立存在，参数值可以相同也可以不同，即每个微型电机要驱动子管得到不同长度；每个空心球周围的电阻丝都有一个与之对应的调节该空心球开口大小的电阻丝调控参数，并且每个调控参数相互独立，可以相同也可以不同。

优选地，所述的基于机器学习的局域共振型宽频声学超材料，所述空心管超材料由钢制材料制成；所述空心球超材料是由形状记忆合金制成；所述格栅结构是由环氧树脂制成。

优选地，所述的基于机器学习的局域共振型宽频声学超材料，单个所述空心球超材料通过四根弹簧与单个所述格栅相连。

优选地，所述的基于机器学习的局域共振型宽频声学超材料，每一个所述长度和每一个开口大小都对应一个单独的谐振频率；