风能驱动的声波定向驱虫装置研究设计

【摘要】：近年来，声波共振驱虫作为一种新型害虫防治手段颇受关注。生物学效应研究表明，声强和频率是影响声波共振驱虫效果的主要因素。然而，长期声波辐射会对人畜造成严重影响。基于此，本课题利用扬声器阵列实现声波定向发射，使声波能量汇聚，声强提高的同时，达到只防治指定区域范围内病虫害的目的。 通过理论计算和试验验证了声阵列技术可实现声波定向发射的基础上，本课题设计了一种扬声器阵列的驱动装置。一方面自然风驱动该装置，使扬声器产生随自然风频率变化且病虫害敏感的频率段声波；另一方面，专门设计的稳压装置保证声阵列驱动装置产生的声波声强稳定在安全有效范围内。 本论文的主要的工作和成果如下： ①从声波共振驱虫原理及实现声波定向传播的两种途径（声参量效应和干涉效应）出发，通过理论计算及Matlab仿真对比研究了不同结构声阵列的指向性。 ②对类y=a|x|这一最适宜声阵列进行Matlab指向性仿真和声波定向试验，结果表明，声源个数、间距及阵列参数a是影响阵列指向性的主要因素。在现有实验条件下，完成对y=a|x|阵列的指向性试验，验证了声波定向发射技术的可行性。 ③从理论计算，Orcad/Pspice仿真层面分析了扬声器的阻抗曲线，并利用恒流法测试了扬声器阻抗曲线，这为选取阻抗曲线接近的喇叭构成扬声器阵列奠定了基础，并提出扬声器阻抗匹配所存在的问题。 ④在讨论现有声阵列驱动装置的输出稳压控制技术基础上，确定了采用多抽头方式实现电压分级调节控制。从理论上给出了声阵列驱动装置的模型，并在Matlab/Simulink软件中从静态及动态层面验证了多抽头方式实现声阵列驱动装置输出基本稳定的可行性。 ⑤采用抽头分级技术，对声阵列驱动装置输出电压的有级调节进行了静态试验验证，并设计了该技术的动态稳压的电路方案，包括整流滤波电路、稳压电源、电压比较器以及继电器驱动模块。 【关键词】：风能驱动 声阵列 声波定向 阻抗曲线 多抽头 稳压
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S477.5
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.2.1 声波驱虫11
• 1.2.2 声波定向技术11
• 1.2.3 小结11
• 1.3 本文主要研究工作11-13
• 1.3.1 课题研究的主要内容12
• 1.3.2 论文的主要内容12-13
• 1.4 本章小结13-15
• 2 声波定向驱虫技术的理论基础15-21
• 2.1 声波驱虫15-16
• 2.1.1 声波驱虫的原理15
• 2.1.2 声波驱虫的生物学实验15-16
• 2.2 声波定向驱虫16
• 2.3 声波定向发射的途径16-19
• 2.3.1 非线性声学中的声参量效应16-17
• 2.3.2 线性声学中的干涉效应17-19
• 2.4 本章小结19-21
• 3 声阵列发声技术及试验21-45
• 3.1 声阵列及指向性介绍21-22
• 3.2 不同结构的声阵列的指向性函数和阵列分析22-25
• 3.2.1 线性阵列22-23
• 3.2.2 抛物线阵列23-25
• 3.2.3 y=a|x|阵列25
• 3.3 y=a|x|声阵列的平面指向性研究25-27
• 3.4 y=a|x|声阵列的空间指向性27
• 3.5 扬声器及其特性研究27-39
• 3.5.1 扬声器工作原理及性能指标28-29
• 3.5.2 扬声器阻抗曲线的理论基础29-31
• 3.5.3 扬声器阻抗曲线的的 Orcad/pspice 仿真31-34
• 3.5.4 扬声器阻抗频率特性的试验34-37
• 3.5.5 扬声器阻抗匹配的相关问题37-39
• 3.6 扬声器阵列的声波定向实验39-44
• 3.6.1 智能声波发生系统装置39-40
• 3.6.2 实验中数据处理方案40-41
• 3.6.3 试验测试结果与分析41-44
• 3.7 本章小结44-45
• 4 扬声器阵列驱动装置的初步设计45-75
• 4.1 声波发声装置45-47
• 4.1.1 传统发声装置45-46
• 4.1.2 声阵列的风驱发声装置46-47
• 4.2 声阵列的驱动装置—变速风力发电机47-49
• 4.2.1 双馈风力发电系统47
• 4.2.2 直驱式风力发电系统47-49
• 4.3 声阵列驱动装置——频率控制的可行性分析49-50
• 4.4 声阵列驱动装置——声强控制的可行性研究50-65
• 4.4.1 声阵列的风驱发声装置稳压技术51-53
• 4.4.2 多抽头绕组方式实现声阵列的风驱装置的稳压原理53-54
• 4.4.3 声阵列风驱装置的数学模型54-56
• 4.4.4 多抽头绕组方式实现稳压的 Matlab/sinmulink 仿真56-62
• 4.4.5 多抽头绕组方式的静态稳压试验62-65
• 4.5 多抽头控制的动态稳压电路设计65-73
• 4.5.1 整流滤波电路66-67
• 4.5.2 稳压电源67-68
• 4.5.3 电压比较器68-71
• 4.5.4 继电器驱动模块71-73
• 4.6 本章小结73-75
• 5 总结与展望75-77
• 5.1 总结75
• 5.2 展望75-77
• 致谢77-79
• 参考文献79-83
• 附录83
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文83

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