本发明涉及噪声吸收利用，具体涉及一种基于梯度式声子晶体的水车室噪声吸收装置及方法。
背景技术：
1、水电站的水车室中有主轴、接力器、活动导叶以及水导轴承等部件，是实现水能转变为旋转机械能的主要区域。而水车室中的主轴高速旋转、下部水流撞击流道以及上部风洞转子转动等因素的耦合作用引发了水车室的有害噪声。
2、噪声是指声强和频率变化都无规律，杂乱无章的声音。长时间处于噪音环境，会造成听力减弱，并引发消化不良、呕吐、头疼、血压升高、失眠等全身性疾病。目前水电站防止水车室噪声的方式主要有利用吸声材料或吸声结构来吸收声能；佩戴耳塞，使用隔声罩、隔声间、隔声屏，将空气中传播的噪声挡住、隔开。
3、噪声作为一种能量形式，若只单一隔声，则蕴含在噪声中的能量将不能得到有效利用。因此，开发利用水电站水车室中的丰富噪声能，并将其转化为可供人使用的电能，成为十分有意义且亟需的研究方向。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种基于梯度式声子晶体的水车室噪声吸收装置及方法，解决水电站水车室有害高分贝噪声不能得到有效利用的问题。
2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种基于梯度式声子晶体的水车室噪声吸收装置，其特征是，包括压电材料、高散射体、矮散射体、铝板、绝缘垫片、顶丝、基架、地脚螺钉、基座和支架，所述压电材料设置在铝板的中部，所述高散射体设置在铝板的边缘，所述矮散射体设置在铝板的内侧，并且矮散射体位于压电材料和高散射体之间，所述铝板固定在绝缘垫片上，所述支架连接在绝缘垫片的底部，所述支架的下端通过顶丝固定在基架的顶部，所述基架设置在基座上，所述地脚螺钉安装在基座的四周，用于固定基座。
3、进一步地，压电材料、高散射体、矮散射体、铝板组成的结构称为声学超材料，也称为缺陷态梯度式声子晶体。利用该结构将噪声声能集中在缺陷态梯度式声子晶体的缺陷态处，即压电材料处。
4、进一步地，压电材料通过绝缘胶粘贴在铝板的中心位置，目的是使压电效应更易发生且使得产生的电能不外逸。
5、进一步地，铝板通过绝缘胶均匀平铺在绝缘垫片上。
6、进一步地，所述支架分别插入基架顶部四周的4个调节孔中，并在基架的4个侧面分别设有顶丝孔，4个顶丝牢牢顶住4条支架，将其紧固连接。通过这种连接方式，可灵活实现梯度式声子晶体的上下高度位置调节。
7、进一步地，通过4个地脚螺钉将基座与安装位置紧固连接。
8、进一步地，由梯度式声子晶体将水车室的噪声转化成的电能，可为水导轴承振动、摆度等传感器供能。
9、优选的，压电材料可选用压电陶瓷（pzt），具有压电性强、介电常数高、可以加工成任意形状的优点。
10、优选的，所述高散射体的个数设置为20个，均匀排布在铝板的外边缘；所述矮散射体的个数设置为12个，均匀排布在铝板的内侧。
11、优选的，铝板为薄铝板，绝缘垫片为绝缘薄垫片。
12、工作原理：由高散射体和矮散射体将水车室环境中的部分高分贝噪声集中在压电材料处，并使得缺陷态梯度式声子晶体结构产生微小振动，微小振动被压电材料捕捉并产生形变，发生压电效应并最终将噪声转化为电能。
13、本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明装置结构小巧、简单、便于拆卸，其高度也可通过顶丝调整支架插入下基架的深度进行灵活调节，可布置在水车室的任意安全位置，实现水车室有害噪声在一定程度上的吸收，并转化为电能，可为水导轴承振动、摆度等传感器以及水车室的部分微机电系统进行供能。
1.一种基于梯度式声子晶体的水车室噪声吸收装置，其特征是，包括压电材料（1）、高散射体（2）、矮散射体（3）、铝板（4）、绝缘垫片（5）、顶丝（6）、基架（7）、地脚螺钉（8）、基座（9）和支架（10），所述压电材料（1）设置在铝板（4）的中部，所述高散射体（2）设置在铝板（4）的边缘，所述矮散射体（3）设置在铝板（4）的内侧，并且矮散射体（3）位于压电材料（1）和高散射体（2）之间，所述铝板（4）固定在绝缘垫片（5）上，所述支架（10）连接在绝缘垫片（5）的底部，所述支架（10）的下端通过顶丝（6）固定在基架（7）的顶部，所述基架（7）设置在基座（9）上，所述地脚螺钉（8）安装在基座（9）的四周，用于固定基座（9）。
2.根据权利要求1所述的基于梯度式声子晶体的水车室噪声吸收装置，其特征是，所述压电材料（1）、高散射体（2）、矮散射体（3）、铝板（4）组成的结构称为声学超材料，也称为缺陷态梯度式声子晶体；利用该结构将噪声声能集中在缺陷态梯度式声子晶体的缺陷态处，即压电材料（1）处。
3.根据权利要求1所述的基于梯度式声子晶体的水车室噪声吸收装置，其特征是，所述压电材料（1）通过绝缘胶粘贴在铝板（4）的中心位置，使压电效应更易发生且使得产生的电能不外逸。
4.根据权利要求1所述的基于梯度式声子晶体的水车室噪声吸收装置，其特征是，所述铝板（4）通过绝缘胶均匀平铺在绝缘垫片（5）上。
5.根据权利要求1所述的基于梯度式声子晶体的水车室噪声吸收装置，其特征是，所述支架（10）分别插入基架（7）顶部四周的4个调节孔中，并在基架（7）的4个侧面分别设有顶丝孔，4个顶丝（6）牢牢顶住4条支架（10），将其紧固连接；通过这种连接方式，实现梯度式声子晶体的上下高度位置调节。
6.根据权利要求1所述的基于梯度式声子晶体的水车室噪声吸收装置，其特征是，通过4个地脚螺钉（8）将基座（9）与安装位置紧固连接。
7.根据权利要求1所述的基于梯度式声子晶体的水车室噪声吸收装置，其特征是，所述压电材料（1）选用压电陶瓷。
8.根据权利要求1所述的基于梯度式声子晶体的水车室噪声吸收装置，其特征是，所述高散射体（2）的个数设置为20个，且均匀排布在铝板（4）的边缘；所述矮散射体（3）的个数设置为12个，且均匀排布在铝板（4）的内侧。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的基于梯度式声子晶体的水车室噪声吸收装置的工作方法，其特征是，由高散射体（2）和矮散射体（3）将水车室环境中的部分高分贝噪声集中在压电材料（1）处，由于能量积累，压迫粘贴在铝板（4）上的压电材料（1）发生形变，在产生压电效应的基础上发出电能。
