[发明专利]一种基于微控制器设计的可调节声学超表面的装置

说明书

本发明公开了一种基于微控制器设计的可调节声学超表面的装置，包括支撑模块，支撑模块上设有控制模块、执行器模块、测量模块、发声模块和消声模块，发声模块产生的声波通过由控制模块控制的执行模块调节后，由测量模块进行检测被调节后的声波数据，消声模块将产生的声音做消声处理。发声模块产生稳定的平面波，再经过执行器模块的调节后，平面波形状符合设计要求。本发明所提供的一种基于微控制器设计的可调节声学超表面的装置，利用控制技术将原来的被动式结构变成主动式结构，结合声学超表面的声操纵原理，共同运用到本装置中，实现了高效的声波操纵。

技术领域

本发明属于声波波阵面控制的声学器件技术领域，具体涉及一种基于微控制器设计的可调节声学超表面的装置。

背景技术

声学超表面是一种具有特殊声学性能的超材料，能够利用亚波长厚度的人工结构实现对声波的操纵，声学超表面结构上主要分为迷宫型、共振腔型和薄膜型，功能上可分为透射型、吸收型和反射型，尽管它能够实现声异常折射、声学隐身斗篷和声聚焦等功能，然而传统的声学超表面采用的是被动式结构，无法根据需求变换结构，从而功能单一，可实际应用性差。

最近几年出现了几种新型的可调节型声学超表面，其中一种通过调节共振腔里的液面高度来调节有效体积模量，从而调节入射波和折射波的相位差，然而由于液体的流动性，这种类型的声学超表面无法倾斜翻转，且操控速率低下，实用性较差。另一种通过动态调节每个独立螺旋单元深度的声学超表面尽管实现了定向聚焦波束等功能，但是这种结构只能用于对反射声波的控制。因此，现在需求一种能够实现高效且多功能操控透射声波的声学超表面来提升其实用性。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种结构简单，使用方便，操纵效率较高的声学超表面，利用编程控制方法来实现声学超表面的可调节性，基于微控制器设计的可调节声学超表面的装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于微控制器设计的可调节声学超表面的装置，包括支撑模块，支撑模块上设有控制模块、执行器模块、测量模块、发声模块和消声模块，发声模块产生的声波通过由控制模块控制的执行器模块调节后，由测量模块进行检测被调节后的声波数据，消声模块将产生的声音做消声处理。

优选地，所述支撑模块包括支撑模块框架、盖板、上支撑板和下支撑板，支撑模块框架是由角铝组成，相邻角铝之间通过螺栓连接为框架结构；上支撑板和下支撑板依次从上到下通过螺栓固定在支撑模块框架上，盖板与支撑模块框架可转动连接，盖板位于上支撑板的上部。

优选地，所述控制模块包括计算机、主控制器、集成电路实验板、从控制器、电机驱动模块、第一电源、控制器局域网络通信模块和第二电源，集成电路实验板与支撑模块相连；计算机与主控制器之间通过USB数据线电连接，主控制器与从控制器之间通过控制器局域网络通信模块电连接，电机驱动模块通过跳线与从控制器电连接且固定在集成电路实验板上，第一电源与集成电路实验板电连接且为从控制器供电，第二电源与电机驱动模块电连接，电机驱动模块与执行器模块电连接，第二电源为执行器模块供电。

优选地，所述执行器模块包括声学超表面单元和丝杆滑块步进电机，声学超表面单元的下部与丝杆滑块步进电机的输出端相连，声学超表面单元的上部与上支撑板相连，丝杆滑块步进电机与支撑模块通过螺栓固连，丝杆滑块步进电机带动声学超表面单元反复运动。

优选地，所述声学超表面单元包括声学超表面单元底座和声学超表面单元主体，声学超表面单元底座和声学超表面单元主体固连，声学超表面单元底座呈“T”字型结构，声学超表面单元主体为腔体结构。

优选地，所述测量模块包括麦克风、麦克风支座、固定压片、长直尺和数据采集仪，麦克风放置在麦克风支座上并与数据采集仪电连接，三个长直尺构成H形结构并通过固定压片以及螺栓连接到支撑模块上。

优选地，所述发声模块包括平面波发生器，平面波发生器内部集成了信号发生器和功率放大器，平面波发生器与支撑模块通过螺栓固定连接。