專利名稱:管道內(nèi)行波和駐波區(qū)域分離和控制裝置的制造方法
【專利摘要】管道內(nèi)行波和駐波區(qū)域分離和控制裝置，包括音頻信號發(fā)生器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、功率放大器、振膜揚聲器、特定聲阻抗聲學材料、含旁支管的剛性壁管道；音頻信號發(fā)生器產(chǎn)生單頻正弦信號，經(jīng)過功率放大器驅(qū)動揚聲器發(fā)出單頻聲波。揚聲器安裝在有機玻璃管道一端，將聲波以平面波的形式輸入到有機玻璃管道中，管道另一端為剛性壁端蓋；通過具體設計旁支管的結(jié)構(gòu)及選擇特定聲阻抗的聲學材料，從而設計旁支管的聲阻抗，可以將揚聲器發(fā)出特定頻率的聲波，在揚聲器至旁支管的區(qū)域內(nèi)為行波，而在旁支管至管道封閉端口的區(qū)域內(nèi)為駐波，實現(xiàn)管道內(nèi)行波與駐波的區(qū)域分離。
【專利說明】
管道內(nèi)行波和駐波區(qū)域分離和控制裝置
技術(shù)領域：
[0001] 本實用新型涉及一種在管道內(nèi)實現(xiàn)行波和駐波區(qū)域分離的控制裝置。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在管道內(nèi)，當聲波頻率低于最低截止頻率時，可獲得沿管道傳播的一維的平面波， 而高次波為不傳播的倏逝波。平面聲波的振幅不隨傳播距離而改變，且波陣面為平面，在工 程中有很多實際應用。
[0003] 聲波在管道內(nèi)的傳播，通常會由于管道結(jié)構(gòu)的改變，例如橫截面的改變、或者旁支 管的存在，造成聲波的反射，在管道內(nèi)形成強烈的駐波。即使管道橫截面均勻、連續(xù)，在有限 長的管道內(nèi)，由于管道末端聲輻射阻抗的存在，也會造成聲波的反射，形成駐波。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0004] 本實用新型要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提出一種在管道內(nèi)實現(xiàn)行波和駐波區(qū)域 分離的控制裝置。
[0005] 本實用新型的管道內(nèi)行波和駐波區(qū)域分離和控制裝置，其特征在于:包括音頻信 號發(fā)生器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、功率放大器、揚聲器、聲學材料、含旁支管的剛性壁管道;其中：
[0006] 所述的音頻信號發(fā)生器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、功率放大器、揚聲器依次連接，揚聲器與剛 性壁管道耦合，向剛性壁管道輸入單頻聲波；
[0007] 揚聲器為振膜揚聲器，振膜直徑不小于管道直徑的2/3,且與剛性壁管道同軸安 裝；
[0008] 剛性壁管道為圓形細長管道，管道半徑r滿足
[0009]
[0010] 其中CQ為管內(nèi)流體在環(huán)境溫度下的聲速，《為聲波的角頻率；
[0011] 旁支管的聲學材料直徑與旁支管直徑相同，后表面緊貼剛性壁端面，無空氣腔存 在;根據(jù)旁支管入口處聲阻Rb和聲抗Xb滿足公式：
[0012]
[0013]
[0014] 其中L為揚聲器至剛性壁端蓋的長度，XQ(0〈XQ〈L)為旁支管與揚聲器的距離，P〇C〇 為管內(nèi)流體的特性阻抗，k=co/CQ為波數(shù)，Sb和S分別為旁支管和主管的橫截面積，利用阻抗 轉(zhuǎn)移公式，聲學材料的聲阻抗Zi應滿足
[0015]
[0016] 其中1'為旁支管的有效長度，Zb = Rb+jXb為旁支管入口聲阻抗。
[0017] 進一步，剛性壁管道的右端口與旁支管的上端口為剛性壁的密封結(jié)構(gòu)。
[0018] 更進一步，剛性壁管道內(nèi)有流體介質(zhì)。
[0019] 本實用新型通過設計具有特定聲阻抗的離散聲學元件，將管道內(nèi)特定頻率的聲波 分離為行波區(qū)域和駐波區(qū)域，即在管道的一端為聲行波，而另一端為駐波。本實用新型實驗 裝置可以用于控制管道內(nèi)聲能量的傳播方向，以及在有限長的管道內(nèi)獲得無反射的聲學邊 界條件。
[0020] 本實用新型是一種在管道內(nèi)實現(xiàn)行波和駐波區(qū)域分離的控制裝置，可用于在管道 內(nèi)控制目標頻率的聲波的能量傳播方向。
[0021] 本實用新型的優(yōu)點是:在管道內(nèi)實現(xiàn)行波和駐波區(qū)域分離。
【附圖說明】
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[0022]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0023] 圖2是本實用新型的一種【具體實施方式】的管道結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】：
[0024] 如圖1所示，本控制裝置由音頻信號發(fā)生器1、模數(shù)轉(zhuǎn)換器2、功率放大器3、振膜揚 聲器4、聲學材料5、含旁支管的有機玻璃材質(zhì)的剛性壁管道6組成;音頻信號發(fā)生器1通過信 號線與模數(shù)轉(zhuǎn)換器2相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器2通過信號線與功率放大器3相連，功率放大器3與揚 聲器4相接。剛性壁管道6的一端與揚聲器耦合，剛性壁管道另一端為剛性壁端蓋7。具有特 定聲阻抗的聲學材料5位于旁支管內(nèi)，旁支管的上端口為剛性壁端蓋7。
[0025] 如圖2,為一種【具體實施方式】的管道結(jié)構(gòu)示意圖，參照本例，說明本實用新型。
[0026] 圖2選取聲波頻率f = 1938Hz，聲波波長A = CQ/f ? 175mm，
[0027]設計剛性壁管道61長度L，剛性壁管道長度需滿足L2 2A，在本例中管長L = 500mm。
[0028] 設計剛性壁管道橫截面尺寸;在剛性壁管道內(nèi)，當聲波頻率低于最低截止頻率時， 可獲得沿剛性壁管道傳播的一維的平面波，對于圓形截面的剛性壁管道，剛性壁管道半徑r 應該滿足^<1.8412(^/??102.8111111，本例中剛性壁管道直徑取4〇111111。
[0029] 旁支管62的位置及聲學材料聲阻抗的選擇；
[0030] 根據(jù)旁支管入口處的聲阻Rb和聲抗Xb應滿足的理論公式：
[0031]
[0032]
[0033]其中Xq(0<Xq<L)為旁支管與揚聲器的距離，Pqcq為管內(nèi)流體的特性阻抗，k=co/ C0為波數(shù)，L為揚聲器至剛性壁端蓋的長度，Sb和S分別為旁支管和剛性壁管道的橫截面積。 在本例中x〇 = 0.35m，管內(nèi)流體為空氣，特性阻抗pqcq = 414.8kg ? s/m2,旁支管直徑為30mm， 則旁支管入口處的理論聲阻抗為Zb= (0.197-0.809j)kg ? s/m2 [0034]旁支管中聲學材料的聲阻抗按阻抗轉(zhuǎn)移公式計算：
[0035]
[0036] 其中1'為旁支管的有效長度，Zb = Rb+jXb為旁支管入口聲阻抗。
[0037] 在本例中，假設旁支管的有效長度為4mm，則聲學材料的聲阻抗應為：
[0038] Zi= (81.4-333.9j)kg ? s/m2
[0039]本實用新型的控制裝置在音頻信號發(fā)生器的控制下，發(fā)出頻率為1938HZ的聲波信 號，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器、功率放大器，由揚聲器發(fā)出聲波，因旁支管與聲學材料的存在，將剛 性壁管道內(nèi)聲波進行區(qū)域分離。
【主權(quán)項】
1. 管道內(nèi)行波和駐波區(qū)域分離和控制裝置，其特征在于:包括音頻信號發(fā)生器、模數(shù)轉(zhuǎn) 換器、功率放大器、揚聲器、聲學材料、含旁支管的剛性壁管道;其中： 所述的音頻信號發(fā)生器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、功率放大器、揚聲器依次連接，揚聲器與剛性壁 管道耦合，向剛性壁管道輸入單頻聲波； 揚聲器為振膜揚聲器，振膜直徑不小于管道直徑的2/3,且與剛性壁管道同軸安裝； 剛性壁管道為圓形細長管道，管道半徑r滿足其中CQ為管內(nèi)流體在環(huán)境溫度下的聲速，《為聲波的角頻率； 旁支管的聲學材料直徑與旁支管直徑相同，后表面緊貼剛性壁端面，無空氣腔存在;根 據(jù)旁支管入口處聲阻Rb和聲抗Xb滿足公式：其中L為揚聲器至剛性壁端蓋的長度，X0為旁支管與揚聲器的距離，〇〈1〇〈1^，0()(3()為管內(nèi) 流體的特性阻抗，k=co/CQ為波數(shù)，Sb和S分別為旁支管和主管的橫截面積，利用阻抗轉(zhuǎn)移公 式，聲學材料的聲阻抗Zi應滿 H其中1'為旁支管的有效長度，」=V=T為虛數(shù)單位，Zb = Rb+jXb為旁支管入口聲阻抗。2. 如權(quán)利要求1所述的管道內(nèi)行波和駐波區(qū)域分離和控制裝置，其特征在于：剛性壁管 道的右端口與旁支管的上端口為剛性壁的密封結(jié)構(gòu)。3. 如權(quán)利要求2所述的管道內(nèi)行波和駐波區(qū)域分離和控制裝置，其特征在于：剛性壁管 道內(nèi)有流體介質(zhì)。
【文檔編號】H04R1/28GK205726346SQ201620330598
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】張瑤, 肖永雄, 盧奐采, 勞倫斯·伯格曼
【申請人】浙江工業(yè)大學