[发明专利]一种基于PVDF压电薄膜的降噪装置

说明书

本发明公开了一种基于PVDF压电薄膜的降噪装置。包括被折弯呈平底U型对偶结构的PVDF薄膜条(2)，平底U型对偶结构的两悬臂长度l相等。本发明具有结构简单，成本低，适合大范围使用，降噪性能好，灵活性强的特点。

技术领域

本发明涉及噪声吸收利用的技术领域，特别是一种基于PVDF压电薄膜的降噪装置。

背景技术

声波是由振动产生的机械波，近似周期性或者有少数几个近似周期性的波合成的声波，如果强度不太大时会引起愉快悦耳的乐音，但波形不是周期性的或者由个数很多的一些周期波合成的声波，听起来是噪声。目前噪声污染已被列为仅次于大气污染和水污染的第三大公害。我国交通干道本身噪声水平高，80％的交通干线道路交通噪声超过标准限值70dB(A)，并随着机动车辆增加，情况更趋严重。其他各种机械设备、变电站等均存在一定程度的噪声污染。

既然声波是一种机械波，包含一定的声能，从能量守恒和能量转换的角度，就可以将噪声转化为诸如电能、热能等其他形式。相关测试结果表明，噪声达到160dB的喷气式飞机，其声功率达到10000W；噪声达到140dB的大型鼓风机，其声功率为100W，其他如交通噪声、空调、发电机、水泵房，变压器等声源产生的噪声能量也足够大，因此这些能量具有加以吸收利用的可能性。如果能把这种低品位的能量转换为高品位的能量这将是一项有益的研究。

PVDF薄膜，即聚偏氟乙烯压电薄膜，是一种高分子压电材料，也是一种柔软、质轻、高韧度的塑料薄膜，可以根据需要制成各种形状，厚度的元件，一般多用于能制成多功能传感元件，它具有良好的工艺性，可用现有设备进行大规模加工。PVDF压电膜相比较于石英、PzT等其他压电转换材料，具有压电常数大，频响宽，机械强度好，耐冲击，质轻，柔韧，声阻抗易匹配，易加工成大面积，不易受水和一般化学品的污染、价格便宜等特点。它不仅在许多领域中可替代压电陶瓷材料使用，而且还可以应用在压电陶瓷材料不能使用的场合。因此它是一种极有发展前途的换能性高分子敏感材料。

目前已有使用PVDF薄膜进行声-电能量转换实现发电的技术应用，参见公开号为CN203377813U和CN105657906A的专利文献。其均是利用亥姆霍兹共振腔原理，在声音强度达到一定声强后，带动PVDF薄膜振动，进而实现声-电能量转换利用。但是该技术应用存在下述缺点：PVDF薄膜振动产生的电荷需要使用引线引出，再配合相应的整流电路进行处理，其结构较为复杂；同时由于PVDF薄膜很薄，引线与其连接处的连接端子加工难度大，需要用特定锚件或者导电银胶连接成本高；由此可知，目前使用PVDF薄膜实现声-电能量转换利用，存在设备的制造和维护成本较高，大批量使用经济成本上不占优势的缺点。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于PVDF压电薄膜的降噪装置。本发明具有结构简单，成本低，适合大范围使用，降噪性能好，灵活性强的特点。

本发明的技术方案：一种基于PVDF压电薄膜的降噪装置，包括被折弯呈平底U型对偶结构的PVDF薄膜条，平底U型对偶结构的两悬臂长度l相等。

前述的基于PVDF压电薄膜的降噪装置中，所述的悬臂长度l计算如下：

式中，常数k＝1.015；

PVDF薄膜条的等效弹性模量，一般E＝2～4GPa，

t为PVDF薄膜条厚度；

PVDF薄膜密度，一般ρ＝1.78×10³kg/m³；

w*为单边悬臂的一阶固有频率，可取拟吸收噪声的中心频率。

前述的基于PVDF压电薄膜的降噪装置中，所述的悬臂长度l为

1.5～10mm。