阅读说明：本技术 一种具有气象监测功能的热声式智能主动隔声玻璃系统 (Thermoacoustic intelligent active sound insulation glass system with meteorological monitoring function ) 是由 贾坤 李翔 徐旺 王玉龙 于 2019-09-06 设计创作，主要内容包括：一种具有气象监测功能的热声式智能主动隔声玻璃系统,包括由气象监测传感器、麦克风、调理及采样模块,中央处理单元,无线通讯模块、交流电压输出模块组成的测量控制子系统以及基于热声效应的发声玻璃；发声玻璃主要由两侧粘附有高透明保护膜和超顺排碳纳米薄膜的玻璃窗组成；该系统针对玻璃前后两侧入射波的相干波源信息并生成相应交流信号加载到发声玻璃两侧的超顺排碳纳米薄膜上；超顺排碳纳米薄膜的焦耳热引发相邻空气的密度变化而产生所需的相干声；本发明保持了玻璃窗高透光性基础上,解决了窗户一直以来被动隔声效能不足的缺点,其内外两侧双重主动降噪机制可实现极高的声传播损失。(A thermoacoustic intelligent active sound insulation glass system with a meteorological monitoring function comprises a measurement control subsystem and sound production glass based on thermoacoustic effect, wherein the measurement control subsystem consists of a meteorological monitoring sensor, a microphone, a conditioning and sampling module, a central processing unit, a wireless communication module and an alternating voltage output module; the sounding glass mainly comprises a glass window, wherein high-transparency protective films and super-ordered carbon nano films are adhered to two sides of the glass window; the system generates corresponding alternating current signals according to coherent wave source information of incident waves on the front side and the rear side of the glass and loads the corresponding alternating current signals to the super-ordered carbon nano films on the two sides of the sounding glass; the joule heat of the carbon nano film arranged in the super-array causes the density change of adjacent air to generate required coherent sound; the invention solves the defect of insufficient passive sound insulation efficiency of the window all the time on the basis of keeping high light transmission of the glass window, and the double active noise reduction mechanisms at the inner side and the outer side can realize extremely high sound transmission loss.)

一种具有气象监测功能的热声式智能主动隔声玻璃系统

技术领域

本发明属于隔声降噪技术领域，主要针对城市建筑对环境噪音敏感且对透光性有需求的场所，具体涉及一种具有气象监测功能的热声式智能主动隔声玻璃系统。

背景技术

随着我国工业化、城镇化进程的不断加快，噪声已成为环境污染的主要因素之一。伴随着人们工作节奏的加快和生活压力的与日俱增，噪音污染对人们身心健康的影响已引起社会各界的广泛关注。噪声传播主要包括声源、传播途径这两个组成部分。相应的，当前噪声控制的方法主要有两类：一是控制噪声源，如通过改进生产工艺、结构,提高部件的加工精度降低设备的噪音,然而加工精度的提高会引起生产成本的几何增加；二是在声的传播过程中通过各种声功能材料和结构阻隔、吸收声波，减少对接受者的危害。

传统隔声材料如钢、砖、混凝土等金属、无机材料，可加工性差，受到质量定律的限制，其在低频下要达到理想效果需要极大的质量，使用范围受到很大限制。近年来，主动降噪技术在汽车、航空、民用建筑等领域展示出了良好效果。建筑的门窗往往是室外噪音的主要侵入来源，为此人们迫切期待着不影响建筑采光同时能弥补门窗较弱隔声性能的新技术新方法。超顺排碳纳米管阵列薄膜作为一种特殊的有序碳纳米管阵列,既透明又导电。在声频交变电压的激励下碳纳米管薄膜可发出响亮的声音，可制为扬声器，且具有柔韧、无磁性的特点，可以定制成任何形状和尺寸，独立布置在任何绝缘表面上。

发明内容

为了解决现有的技术问题，本发明的目的在于提供一种具有气象监测功能的热声式智能主动隔声玻璃系统，本发明主要使用了超顺排碳纳米薄膜。本发明中的发声玻璃充分利用超顺排碳纳米薄膜的热声效应原理，不同于传统的主动降噪手段，碳纳米管薄膜发声时并不产生弹性振动，不会影响现有玻璃的安装、性能及使用寿命。

为了达到上述发明目的，本发明采取的技术方案是：

一种具有气象监测功能的热声式智能主动隔声玻璃系统，包括测量控制子系统1以及基于热声效应的发声玻璃2；

所述测量控制子系统1包括外侧麦克风101、内侧麦克风102、气象传感器103、调理及采样模块104、中央处理单元105、无线通讯模块106 和交流电压输出模块107；其中外侧麦克风101、内侧麦克风102及气象传感器103与调理及采样模块104、中央处理单元105依次相连；中央处理单元105与无线通讯模块106和交流电压输出模块107相连，无线通讯模块106和用户的设备通过网络远程相连；交流电压输出模块107与发声玻璃2相连；

所述的发声玻璃2为三明治夹心结构，包括依次相粘连的外侧高透明保护膜201、外表面电极202、外侧超顺排碳纳米薄膜203、玻璃窗204、内侧超顺排碳纳米薄膜205、内表面电极206和内侧高透明保护膜207；所述外侧高透明保护膜201、外侧超顺排碳纳米薄膜203、内侧超顺排碳纳米薄膜205和内侧高透明保护膜207与玻璃窗204中的玻璃尺寸相同，不与玻璃窗204中的框架接触，所述玻璃窗204中的框架为整个发声玻璃 2提供结构支撑并与外部安装结构连接；所述外表面电极202和内表面电极206的尺寸远小于外侧高透明保护膜201、外侧超顺排碳纳米薄膜203、内侧超顺排碳纳米薄膜205和内侧高透明保护膜207的尺寸，用于提供电压加载的接口；所述外侧超顺排碳纳米薄膜203的两侧大部直接与外侧高透明保护膜201和玻璃窗204相连，所述内侧超顺排碳纳米薄膜205两侧的大部直接与内侧高透明保护膜207和玻璃窗204相连；

所述气象传感器103置于发声玻璃2的框架内，所述中央处理单元 105、无线通讯模块106和交流电压输出模块107置于发声玻璃2的内侧。

所述外侧麦克风101和内侧麦克风102分别埋入发声玻璃2外侧和内侧框架的上部，裸露的测量端口由外侧保护罩208和内侧保护罩209覆盖，防止雨水对测量的影响。

所述气象监测传感器103包括一氧化碳气体传感器、烟雾传感器和温湿度传感器。一氧化碳气体传感器检测空气中的一氧化碳指标；烟雾传感器监测烟雾的浓度；温湿度传感器检测空气中的温度以及湿度。

所述内侧超顺排碳纳米薄膜205和外侧超顺排碳纳米薄膜203由同向排列的首尾相连的碳纳米管组成，碳纳米管间通过范德华力连接；厚度为 100～150纳米,具有粘性、透射率大于90％,单层超顺排碳纳米薄膜单位面积电阻小于1kW/m²,单层超顺排碳纳米薄膜单位面积热容小于10^-2J m^-2K^-1，通过单层超顺排碳纳米薄膜直接粘接玻璃窗204与外侧高透明保护膜201、内侧高透明保护膜207之间。

作为本发明的优选实施方式，所述外侧高透明保护膜201和内侧高透明保护膜207为绝缘高分子材料，优选聚氨酯、丙烯酸酯基材料，厚度50nm。所述外表面电极202和内表面电极206具有良好的导电性及高透光性，优先选用铟锡氧化物，通过掩模均匀涂在内侧超顺排碳纳米薄膜205和外侧超顺排碳纳米薄膜203的局部位置。

所述无线通讯模块106负责外侧保护罩208和内侧保护罩209的内外数据通讯。

本发明一种具有气象监测功能的热声式智能主动隔声玻璃系统的工作方式，由测量控制子系统1中的中央处理单元105分析整合气象和声音信息并通过无线通讯模块106传递给用户的电视、电脑及手机；气象传感器103检测各种气象信息，外侧麦克风101或内侧麦克风102检测到发声玻璃2的内外噪音信息，经过调理及采样模块104再由中央处理单元105根据降噪算法给出针对玻璃前后两侧入射波的相干波源信息并生成相应电压幅值和相位的交流信号加载到发声玻璃2的两侧的外侧超顺排碳纳米薄膜203和内侧超顺排碳纳米薄膜205，外侧超顺排碳纳米薄膜203连接外表面电极202、内侧超顺排碳纳米薄膜205连接内表面电极206。外侧超顺排碳纳米薄膜203和内侧超顺排碳纳米薄膜205接受到电信号，产生焦耳热，由于超顺排碳纳米薄膜极低的比热容以及高透明保护膜较低的导热系数，热能高效的传递到相邻空气中，基于热声效应，相邻空气的密度变化，从而产生所需的相干次级声源；次级声与入射声由于相位差，叠加抵消，从而实现主动降噪。

本发明具有如下优点：

1.保持了玻璃窗高透光性基础上，解决了窗户一直以来被动隔声效能不足的缺点，提出的内外两侧双重主动降噪机制可实现极高的声传播损失；

2具有易于加工、应用场景广泛、低成本的优点；

3.可以同时监控室内噪音和空气质量信息，然后由中央处理单元整合后显示在显示屏上，使得使用者实时了解环境中的噪音及空气质量。

附图说明

图1为本发明系统的框图。

图2是本发明的发声玻璃的剖面结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明一种具有气象监测功能的热声式智能主动隔声玻璃系统，包括测量控制子系统1以及基于热声效应的发声玻璃2。

所述测量控制子系统1包括外侧麦克风101、内侧麦克风102、气象传感器103、调理及采样模块104、中央处理单元105、无线通讯模块106 和交流电压输出模块107。其中外侧麦克风101、内侧麦克风102及气象传感器103与调理及采样模块104、中央处理单元105依次相连；外侧麦克风101、内侧麦克风102分别埋入发声玻璃2内外侧框架的上部，裸露部分由外侧保护罩208和内侧保护罩209覆盖。气象监测传感器103包括一氧化碳气体传感器、烟雾传感器、温湿度传感器，置于发声玻璃2框架内。无线通讯模块106和用户的设备通过网络远程相连；交流电压输出模块107与发声玻璃2相连。

如图2所示，所述的发声玻璃2为三明治夹心结构，包括依次相粘连的外侧高透明保护膜201、外表面电极202、外侧超顺排碳纳米薄膜203、玻璃窗204、内侧超顺排碳纳米薄膜205、内表面电极206和内侧高透明保护膜207；所述外侧高透明保护膜201、外侧超顺排碳纳米薄膜203、内侧超顺排碳纳米薄膜205和内侧高透明保护膜207与玻璃窗204中的玻璃尺寸相同，不与玻璃窗204中的框架接触，所述玻璃窗204中的框架为整个发声玻璃2提供结构支撑并与外部安装结构连接，所述外表面电极202 和内表面电极206的尺寸远小于外侧高透明保护膜201、外侧超顺排碳纳米薄膜203、内侧超顺排碳纳米薄膜205和内侧高透明保护膜207的尺寸，用于提供电压加载的接口，所述外侧超顺排碳纳米薄膜203的两侧大部直接与外侧高透明保护膜201和玻璃窗204相连，所述内侧超顺排碳纳米薄膜205两侧的大部直接与内侧高透明保护膜207和玻璃窗204相连。

所述内侧超顺排碳纳米薄膜205和外侧超顺排碳纳米薄膜203由同向排列的首尾相连的碳纳米管组成，碳纳米管间通过范德华力连接；厚度为 100～150纳米,具有粘性、透射率大于90％,单层超顺排碳纳米薄膜单位面积电阻小于1kW/m²,单层超顺排碳纳米薄膜单位面积热容小于10^-2J m^-2K^-1，通过单层超顺排碳纳米薄膜直接粘接玻璃窗204与外侧高透明保护膜201、内侧高透明保护膜207之间。

作为本发明的优选实施方式，所述外侧高透明保护膜201和内侧高透明保护膜207为绝缘高分子材料，优选聚氨酯、丙烯酸酯基材料，厚度50nm。

如图2所示，所述外侧麦克风101和内侧麦克风102分别埋入发声玻璃2外侧和内侧框架的上部，防止雨水对测量的影响，在麦克风测量端口设置保护罩。

所述气象监测传感器103包括一氧化碳气体传感器、烟雾传感器、温湿度传感器。一氧化碳气体传感器检测空气中的一氧化碳指标；烟雾传感器监测烟雾的浓度；温湿度传感器检测空气中的温度以及湿度。

所述中央处理单元105，无线通讯模块106、交流电压输出模块107 都置于发声玻璃2的内侧。中央处理单元分析整合气象和声音信息并通过无线通讯模块106传递给用户的电视、电脑及手机。

本发明一种具有气象监测功能的热声式智能主动隔声玻璃系统的工作方式，由测量控制子系统1中的气象传感器103检测各种气象信息，外侧麦克风101或内侧麦克风102检测到发声玻璃2的内外噪音信息，经过调理及采样模块104再由中央处理单元105根据降噪算法给出针对玻璃前后两侧入射波的相干波源信息并生成相应电压幅值和相位的交流信号加载到发声玻璃2的两侧的外侧超顺排碳纳米薄膜203和内侧超顺排碳纳米薄膜205，外侧超顺排碳纳米薄膜203连接外表面电极202、内侧超顺排碳纳米薄膜205连接内表面电极206。外侧超顺排碳纳米薄膜203和内侧超顺排碳纳米薄膜205接受到电信号，产生焦耳热，由于超顺排碳纳米薄膜极低的比热容以及高透明保护膜较低的导热系数，热能高效的传递到相邻空气中，基于热声效应，相邻空气的密度变化，从而产生所需的相干次级声源；次级声与入射声由于相位差，叠加抵消，从而实现主动降噪。