MEMS声衬及分布式阻抗控制研究

Broad frequency and controllable acoustic liner is the focus of the academic and engineer society. Impedance tunabel acoustic liner can attenuate the noise in the nacelle with the combination of both active and passive control technology. The exising control method was mainly focused on the manipulation of resonator volume and jet flow velocity respectively.To attenuate noise in the nacelle with different sections, MEMS technology which can tune both volume and jet flow velocity in the same liner was not developed so far. Based on the analysis of noise active/passive control theory, the wall impedance model fitting different boundary condition will be established. The reaction between the acoustic liner and noise is to be presented. A flexible acoustic liner consists of MEMS impedance tunable actuators will be designed and fabricated. To attenuate noise with different frequency, the actuators module can be manupulated in both resonator volume mode and jet flow mode by a control algorithm. The aim of this project is to overcome the shortages of traditional liner that subjected to huge volume, low response time and high energy consume. This liner is hoped to provided a new method for noise control and extends the theory of broad frequency noise control.

宽频声衬以及可控声衬技术是学术界和工程界研究的热点，阻抗可调式声衬是将噪声的主、被动控制相结合，发挥各自的优点对噪声进行有选择的抑制技术。现有的阻抗调节方式主要集中在分立的调节腔体体积与穿孔射流速度上，尚未采用MEMS技术将两种调节方式同时应用在同一声衬中，以对具有复杂型面的舱体进行降噪。本项目在建立适合各种边界条件的声衬声阻抗模型的基础上，研究声衬与噪声的相互作用；设计、加工具有阻抗可调的压电式MEMS微型致动单元组成柔性声衬；通过控制算法的编制，使致动单元可以根据噪声频率成分的不同，分别工作在体积调节和射流调节两种模式下实现分布式的阻抗控制，完成对宽频噪声的抑制。旨在利用微机电系统优势，克服现有声衬中致动部件体积大、动态响应慢、耗能高的缺点，扩宽声衬的应用频带，为噪声控制领域提供一种新的手段，同时丰富宽频噪声的控制理论。

宽频声衬以及可控声衬技术是学术界和工程界研究的热点，阻抗可调式声衬是将噪声的主、被动控制相结合，发挥各自的优点对噪声进行有选择的抑制技术。本项目研究了一种具有双工作模式的压电声衬，可以根据噪声频率的不同控制其分别工作在体积调节模式与射流调节模式，实现宽频噪声的控制。.器件设计方面，在对声衬结构进行仿真、优化的基础上，研究了驱动电压与声衬性能的关系；在流固耦合分析的基础上，研究了声衬的结构参数对射流大小的影响，采用MEMS标准工艺加工了压电片，与声学管道进行集成形成了压电声衬。.测试系统方面，在分析声学测试方法的基础上，设计了阻抗管，采用Labview分别编制了吸声系数、传递损失测量软件，通过与理论、仿真结果以及标准测试样品进行比，验证了所设计测试系统的准确性。.控制算法方面，采用光敏电阻设计的高压控制电路，实现了0-45V驱动电压的自动控制；提出了一种自适应声衬控制算法，通过判断噪声频率，调节加载在压电片两端的电压，从而改变声衬消声频率，使声衬处于最佳消声状态。.测试结果表明：相对于直管，声衬的存在使得传递损失曲线在600-900Hz范围内发生变化，传递损失数值由1 dB增加到6dB。当驱动电压为0V时系统的传递损失峰值频率为746Hz；驱动电压增加至450V 后，传递损失峰值频率偏移至788Hz。频率偏移量为42Hz；声衬传递损失峰值频率与驱动电压基本成线性关系，随着驱动电压的增大，系统传递损失的峰值频率向增加的方向偏移，对实验结果进行线性拟合得到系统的灵敏度为： 0.1Hz/V。.上述研究结果表明，所研发的声衬具有自适应调频功能，能够根据噪声频率的变化自动调节声衬结构参数，实现宽频噪声的抑制。通过进一步研究，拓宽其频率调节范围，可应用于飞行器、潜航器、动力舱等实现噪声控制。