[发明专利]一种亥姆霍兹共振效应与文丘里效应复合的降噪换能装置及方法

权利要求书

1.一种亥姆霍兹共振效应与文丘里效应复合的降噪换能装置，其特征在于，包括声能发电降噪板和压电片，所述声能发电降噪板内设置有由亥姆霍兹共振器和文丘里通道构成的工作单元；

所述亥姆霍兹共振器竖向设置，包括连通的亥姆霍兹共振腔和颈部，亥姆霍兹共振腔的顶部由设置在声能发电降噪板顶面开口上的压电片封闭；

所述文丘里通道横向贯穿声能发电降噪板的正面和背面，包括连通的入口段、喉口和出口段，喉口与亥姆霍兹共振器的颈部连通。

2.根据权利要求1所述的亥姆霍兹共振效应与文丘里效应复合的降噪换能装置，其特征在于，亥姆霍兹共振器依据以下公式设计：

式中，f为亥姆霍兹共振频率，c为声速，s为颈部截面积，l为颈部高度，d为颈部截面直径，v为亥姆霍兹共振腔体积；

文丘里通道设计遵循以下原则：

入口段为锥形管，锥角为21°±2°；喉口为直管；出口段为锥形管，锥角为8°～15°。

3.根据权利要求2所述的亥姆霍兹共振效应与文丘里效应复合的降噪换能装置，其特征在于，所述声能发电降噪板内依次设置有多个工作单元，底面设置有线槽，线槽上设置有贯穿顶面和底面的穿线孔；

每个工作单元对应的压电片由导线连接，导线穿过线槽和穿线孔与外部电路相接。

4.根据权利要求3所述的亥姆霍兹共振效应与文丘里效应复合的降噪换能装置，其特征在于，包括多层声能发电降噪板；

每层声能发电降噪板的顶面上设置有连接槽，底面设置有连接块，连接槽和连接块均位于声能发电降噪板的侧面端部且均设置有螺栓孔Ⅰ，上一声能发电降噪板的连接块插入下一声能发电降噪板的连接槽中通过螺栓连接。

5.根据权利要求4所述的亥姆霍兹共振效应与文丘里效应复合的降噪换能装置，其特征在于，每层声能发电降噪板的正面和背面设置有定位槽和定位板，定位槽自声能发电降噪板的顶面向下开设，定位板自声能发电降噪板的底面向下延伸，上一声能发电降噪板的定位板插入下一声能发电降噪板的定位槽中。

6.根据权利要求5所述的亥姆霍兹共振效应与文丘里效应复合的降噪换能装置，其特征在于，定位板的侧面设置有定位销，定位槽上设置有与定位销对应的销槽。

7.根据权利要求6所述的亥姆霍兹共振效应与文丘里效应复合的降噪换能装置，其特征在于，定位板和定位槽上设置有螺栓孔Ⅱ，定位板和定位槽通过螺栓连接。

8.根据权利要求7所述的亥姆霍兹共振效应与文丘里效应复合的降噪换能装置，其特征在于，声能发电降噪板顶面的开口上设置凹台，压电片放置在凹台中，压电片上放置有密封圈，上一声能发电降噪板压紧下一声能发电降噪板的密封圈。

9.根据权利要求8所述的亥姆霍兹共振效应与文丘里效应复合的降噪换能装置，其特征在于，还包括设置在最上方声能发电降噪板上方的顶盖以及设置在最下方声能发电降噪板下方的底板；

所述顶盖上设置有与连接槽对应的顶盖连接块以及与定位槽对应的顶盖定位板，顶盖连接块插入最上方声能发电降噪板的连接槽中通过螺栓连接，顶盖定位板插入最上方声能发电降噪板的定位槽中通过螺栓连接；

所述底板为底面平整的声能发电降噪板。

10.一种亥姆霍兹共振效应与文丘里效应复合的降噪换能方法，其特征在于，将权利要求1-9任一项所述亥姆霍兹共振效应与文丘里效应复合的降噪换能装置中的压电片与外部电路相接；

根据亥姆霍兹共振效应，当入射噪声与亥姆霍兹共振器的固有频率一致时，声波通过颈部压迫亥姆霍兹共振腔内气体发生压缩膨胀往复变形，从而引起压电片发生拉伸压缩往复运动，由于压电效应，会在压电片表面产生交变电荷，将压电片经过串联和并联，并对电流信号进行整流变换后，形成直流电，实现噪声的声能到电能的转换，同时实现了噪声抑制；

根据文丘里效应，受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大现象，并且由伯努力定律可知流速的增大伴随着流体压力的降低，气流由文丘里通道的入口段进入喉口，会产生高速流动，在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用，由于喉口与亥姆霍兹共振器相连接，亥姆霍兹共振器压力低于环境压强，导致压电片发生变形，由于压电效应会在压电片表面产生电荷，将压电片经过串联和/或并联，并对电流信号进行整流变换后，形成直流电，实现流体的动能到电能的转换；

当环境中同时具有噪声和气流时，上述两种效应同时起作用。