CN103674223B - 噪声源测试装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种噪声源测试装置、系统及方法，其中，该装置包括：接收装置，用于接收待测工程机械的运转参数和噪声测量平面上各个采集点在该运转参数下的声压；以及控制装置，用于：根据所述声压，计算所述各个采集点在所述运转参数下的声强；及根据所述各个采集点在所述运转参数下的声强，确定在所述运转参数下的噪声源，从而，可在不影响整机性能的情况下，依据该噪声源，通过调整参数来优化整机，减小噪声。

Description

噪声源测试装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及噪声源测试，具体地，涉及一种噪声源测试装置、系统及方法。

背景技术

近年来，人们对噪声引起的健康和环境问题的关注越来越多，因此，噪声水平成为工程机械的重要评价指标之一。高噪声处理能够对人体健康和环境造成危害外，还能直接影响产品本身的质量和使用效率，并且增加了能耗，进而缩短了产品的使用寿命。因此，必须将工程机械的噪声控制在一个合理的范围内。而控制噪声首先需要分析噪声的来源和大小。

目前进行噪声源测试时，一般是将工程机械置于空旷场地上，并使工程机械以最大转速、空载状态定置，通过手持声强探头，利用大概估计或者卷尺测量空间坐标，然后对预先设定的测量点进行测试，而且一般只测量声压值，而且数据的记录量很大从而很容易出现错误。因此，通过上述方法对工程机械噪声源的测试结果无法准确反映实际的噪声情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种噪声源测试装置、系统及方法，通过该噪声源测试装置、系统及方法能够获得待测工程机械的较为准确的噪声情况，从而能够确定出不同运转参数下的噪声源。

为了实现上述目的，本发明提供一种噪声源测试装置，该装置包括：接收装置，用于接收待测工程机械的运转参数和噪声测量平面上各个采集点在该运转参数下的声压；以及控制装置，用于：根据所述声压，计算所述各个采集点在所述运转参数下的声强；及根据所述各个采集点在所述运转参数下的声强，确定在所述运转参数下的噪声源。

本发明还提供一种噪声源测试系统，该噪声源测试系统包括：上述噪声源测试装置；运转参数获取装置，与所述接收装置连接，用于获取所述工程机械的运转参数；以及声压获取装置，与所述接收装置连接，用于获取所述声压。

相应的，本发明还提供一种噪声源测试方法，该方法包括：接收待测工程机械的运转参数和噪声测量平面上各个采集点在该运转参数下的声压；根据所述声压，计算所述各个采集点在所述运转参数下的声强；以及根据所述各个采集点在所述运转参数下的声强，确定在所述运转参数下的噪声源。

本发明提供的噪声源测试装置通过计算各采集点在运转参数下的声强，并根据该声强确定出所述运转参数下的噪声源，从而能够实现对工程机械的噪声的较为准确的检测，并准确确定不同运转参数下的噪声源。从而，可在不影响整机性能的情况下，依据该噪声源，通过调整参数来优化整机，减小噪声。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的噪声源测试系统的框图；

图2是根据本发明一种实施方式的噪声源测试系统的框图；

图3是根据本发明一种实施方式的声压采集模块的示意图；

图4是根据本发明一种实施方式的传声器移动模块的示意图；

图5是根据本发明的噪声源测试方法的流程图；

图6是噪声待测挖掘机处于空载工况的示意图；

图7是噪声待测挖掘机处于重载工况的示意图；以及

图8是被测量挖掘机的示意图。

附图标记说明

100 噪声源检测装置 110 接收装置

120 控制装置 200 运转参数获取装置

300 声压获取装置 210 转速传感器

220 压力传感器 311 声强探头

312 动态数据采集前端 331 传声器移动机构

332 位移反馈模块 333 控制器

321 定距柱 322 第一传声器

323 第一锁紧夹 324 第一数据线

325 控制手柄 326 第二数据线

327 第二锁紧夹 328 第二传声器

341 第二电机 342 第三电机

343 第一电机 344 Y方向位移第二传感器

345 X方向位移传感器 346 固定装置

347 网格 348 右Y方向滑轨

349 左Y方向滑轨 350 X方向滑轨

351 框架

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1是根据本发明的噪声源测试系统的框图。如图1所示，本发明所提供的噪声源测试系统可以包括：噪声源测试装置100；运转参数获取装置200用于获取工程机械的运转参数；以及声压获取装置300，用于获取声压。

其中，噪声源测试装置100可以包括：接收装置110，用于接收待测工程机械的运转参数和噪声测量平面上各个采集点在该运转参数下的声压；以及控制装置120，用于：根据所述声压，计算所述各个采集点在所述运转参数下的声强；及根据所述各个采集点在所述运转参数下的声强，确定在所述运转参数下的噪声源。如图1所示，接收装置110与运转参数获取装置200和声压获取装置300连接。

以下将通过具体实施方式来对本发明进行详细描述。

图2是根据本发明一种实施方式的噪声源测试系统的框图。如图2所示，在该实施方式中，运转参数获取装置200可以包括用于获取转速和压力的转速传感器210和压力传感器220。其中，应注意的是，对于不同的工程机械，所要获取的转速和压力可能不同，例如，对于挖掘机来说，可以通过发动机转速传感器、散热风扇转速传感器、主泵压力传感器、发动机进气口压力传感器和发动机排气口压力传感器来分别检测工程机械不同工况下的发动机转速、散热风扇转速、主泵压力、发动机进气口压力及发动机排气口压力。

图3是根据本发明一种实施方式的声压采集模块的示意图。图4是根据本发明一种实施方式的传声器移动模块的示意图。以下将结合图2、3和4来描述声压获取装置300。

如图2所示，声压获取装置300可以包括声压采集模块和传声器移动模块。其中，声压采集模块可以用于获得噪声测量平面上各个采集点的声压，并可以包括声强探头311和用于将所采集的声压数据为电信号的动态数据采集前端312。传声器移动模块与声压采集模块相连，用于控制声压采集模块移动至不同位置处的采集点，以获得各个采集点处的声压，并可以包括传声器移动机构331、位移反馈模块332和控制器333。应该注意的是，尽管在该实施方式中，出于对采集的数据进行处理的目的，如存储数据或满足较高的采样率及多种数据的采集等功能，而在声压采集模块中包括了动态采集前端312，然后再经过动态采集前端312将数据传送给接收装置110，但是，本领域技术人员应该理解，还可以通过其他软件或硬件的方式将各传感器的数据传送给接收装置。

如图3所示，声强探头311可以包括：用于在声压获取装置300位于各个采集点处时检测声压P_A的第一传声器322；用于在声压获取装置300位于各个采集点处时检测声压P_B的第二传声器328；定距柱321，用于调节第一传声器322与第二传声器328的间距d；第一锁紧夹323和第二锁紧夹327，分别用于锁紧第一传声器322和第二传声器323；第一数据线324和第二数据线326，用于传输第一传声器322和第二传声器328测得的数据；控制手柄325，用于将声压采集模块连接至传声器移动模块，并可以在手动测量时通过手动移动该控制手柄325来移动声压采集模块。其中，在该实施方式中，第一传声器322和第二传声器328通过定距柱321连接形成一U形，并且第一锁紧夹322和第二锁紧夹328分别连接在U形的两端。而且，第一传声器322与第二传声器328的间距d可以根据待测工程机械而设定，例如，于挖掘机来说，由于其噪声主要集中在中低频区域，因此一般选取50mm。另外，在该实施方式中，可以通过无线数据传输将第一传声器322和第二传声器328测得的声压传输至动态数据采集前端312应注意的是，还可以通过有线连接来进行传输，或者将动态数据采集前端312与声强探头311结合在一起。

如图4所示，传声器移动机构331可以位于由左、右滑管、上下支撑横梁通过紧固螺母紧固而构成的框架351范围内，该框架351可以由安装于左、右底座上的左、右支撑滑杆支撑，左、右支撑滑杆分别从左、右滑管中穿过且左、右滑管可以分别在左、右支撑滑杆上滑动以调节框架351的高度，并可以通过双螺母来调节左、右支撑滑杆的高度以使框架351水平，并且左、右支撑滑杆上可以具有刻度。

传声器移动机构331可以包括：固定装置346，用于与控制手柄325连接以固定声压采集模块；第一电机343，可以安装在X方向滑轨350上，用于控制固定装置346按照采集点的X坐标在X方向上的移动；第二电机341和第三电机342，可以分别安装在左Y方向滑轨349和右Y方向滑轨348上，用于控制固定装置346按照采集点的Y坐标在Y方向上的移动；X方向位移传感器345和Y方向位移传感器344，分别用于检测固定装置346在X方向和Y方向上的移动距离，并将该移动距离可以通过位移反馈模块332反馈至控制器333。其中，左Y方向滑轨和右Y方向滑轨固定在该框架351的相对的两侧上，X方向滑轨位于左Y方向滑轨和右Y方向滑轨之间并能够在左Y方向滑轨和右Y方向滑轨上滑动，例如，左Y方向滑轨349和右Y方向滑轨348可以固定在由左、右滑管、上下支撑横梁构成的框架351上并与左、右滑管平行。应注意的是，X方向和Y方向可以分别是水平方向和竖直方向中的一者。

下面将描述在该实施方式中控制声压采集模块移动的具体过程。控制器333接收来自控制装置120的采集点坐标（x₁，y₁），控制器333控制第一电机343运转，以控制固定装置346沿着X方向滑轨350移动至X轴上的坐标x₁处；并控制第二电机341和第三电机342同步运转，以控制固定装置346同时沿着左、右Y方向滑轨349、348移动至Y轴上的坐标y₁处。其中，在移动过程中，X方向位移传感器345和Y方向位移传感器344分别也在X方向滑轨350和左、右Y方向滑轨349、348上移动，移动距离分别相应于声压采集模块在X方向和Y方向上的移动距离。在移动的同时，X方向位移传感器345和Y方向位移传感器344将各自的移动距离反馈至位移反馈模块332，通过该位移反馈模块332处理后传输至控制器333，由控制器333来判断声压采集模块是否移动至采集点坐标（x₁，y₁）处，以确定对第一电机343、第二电机341和第三电机342的运转。例如，控制器333收到上述移动距离后，可以根据已知的声压采集模块的初始坐标来判断经过该移动距离后的坐标，并将该坐标与采集点坐标相比较，判断二者是否一致。并且，控制器333可以将声压采集模块的实时位移传输给控制装置120，以完成声压采集模块坐标的自动记录。

此外，传声器移动机构331还可以包括网格347，该网格347可以布置在固定装置346移动范围内，或框架351内。并且，第一电机343、第二电机341和第三电机342在其上移动的X方向滑轨350和左、右Y方向滑轨349、348上可以具有刻度。如此在测量过程中，通过网格347及滑轨上的刻度可以直观的观察到声压采集模块所在的空间位置。而且，在测量点数不是很多或测量精度要求不高的情况下，还可以通过手动移动控制手柄325来移动声压采集模块，并利用网格347及滑轨上的刻度来记录空间坐标值以完成相应采集点处的声压测量。

以下将描述根据本发明的噪声源测试方法。

图5是根据本发明的噪声源测试方法的流程图。如图5所示，在步骤401处，接收待测工程机械的运转参数和噪声测量平面上各个采集点在该运转参数下的声压；在步骤402处，根据所述声压，计算所述各个采集点在所述运转参数下的声强；在步骤403处，根据所述各个采集点在所述运转参数下的声强，确定在所述运转参数下的噪声源。

以下将通过具体实施方式来详细描述根据本发明的噪声源测试过程。

该实施方式是针对挖掘机而进行的。在该实施方式中，可以分别在挖掘机空载工况和重载工况下不同档位（如6个档位）时利用本发明所提供的噪声源测试系统来测试其噪声源。

图6是噪声待测挖掘机处于空载工况的示意图。在该测试过程中，将挖掘机置于场地中央，定置不动，使其各动力源装置处于稳定运行状态，选择空载工作模式，逐一测量每个档位对应的发动机转速下的声压值、相应的压力值及相应的转速。

图7是噪声待测挖掘机处于重载工况的示意图。在该测试过程中，选择重载工作模式，模拟挖掘机回转90/180度挖土装车情况，测量不同档位所对应发动机转速下的声压、相应的压力值及相应的转速。

以上两种工况的测试过程如下所述。

图8是被测量挖掘机的示意图。在该实施方式中，设置测量平面，该测量平面式包络挖掘机所有噪声源的假想矩形。由于挖掘机的主要噪声源为发动机、风扇、发动机进气口、排气口、主泵、主阀等部件，而这些部件主要分布在挖掘机的中后部，而底部包络面为地面，后侧包络面通常装配有配重遮挡，而前侧不具有产生主要噪声的部件，因此底部、后侧及前侧包络面的噪声辐射较小，从而不需要进行测量。而可以确定挖掘机的左侧、右侧以及顶部为主要的噪声辐射平面，因此测量平面主要在左侧包络面、右侧包络面及顶部包络面。为了满足测量需要，可以将测量平面划分为大小均等的单元网格（一般为100mm×100mm），而可以将网格的中心点作为测量点，但是本领域技术人员应该理解本发明并不限制于此。

在测量过程中，可将传声器移动机构331所处的框架置于待测挖掘机的左侧包络面、右侧包络面以及顶部包络面，且使其与测量平面重合，并与待测挖掘机的表面间隔一定距离（一般为200mm），然后将声压采集模块和传声器移动机构331相连接。为了达到最佳测量效果，测试范围应覆盖整个测量平面，如果传声器移动模块带动声压采集模块移动的范围不足以覆盖整个测量平面，则可以将测量平面划分成若干个小于或等于所述范围的子测量平面，逐一完成各个子测量平面的测试。

控制装置120将采集点的坐标传输至传声器移动模块的控制器333，以将声压采集模块移动至该采集点坐标处。针对空载、重载工况下不同档位，利用发动机转速传感器、风扇转速传感器、主泵压力传感器、发动机进气口压力传感器及发动机排气口压力传感器分别测量发动机转速、风扇转速、主泵压力、发动机进气口压力及发动机排气口压力等挖掘机的运转参数，并利用本发明所提供的声压获取装置测量声压。移动声压采集模块直至完成设置的整个测量平面的声压测试。

此外，可以将测量的挖掘机不同工况下不同档位的运转参数和不同采集点处的声压传送至控制装置120，控制装置120可以每个测量点的根据声压来计算每个测量点的声强值，并可以根据每个测量点的坐标值、声强值以及对应的挖掘机的各转速值、压力值，确定在相应运转参数下的噪声源，而且，还可以绘制声强云图、等高线或数值表并通过显示装置来显示。通过所绘制的声强云图、等高线或数值表测试人员可以很直观的观察到不同工况下不同档位时的噪声源分布，如此可以在复杂的机械噪声控制中迅速识别出主要噪声源的位置，为采取降噪措施提供准确参考依据。

可以根据以下公式来计算声强值I_r：

$I_r=P\·V=\frac{1}{2\mathrm{\ρd}}(P_A+P_B)\∫(P_A-P_B)\mathrm{dt}$

其中，P为瞬时声压，V为质点瞬时速度，P_A和P_B为第一传声器322和第二传声器328测得的声压，d为第一传声器322和第二传声器328的间距，ρ为空气密度。

在控制装置120确定不同工况不同档位时的噪声源之后，可以结合不同工况的运转参数的变化、各采集点的声强变化，综合分析稳态/瞬时噪声源的分布，在不影响整机性能的情况下，可以通过调整参数来优化整机。

通过本发明提供的噪声源测试系统和测试方法可以针对待测工程机械的实际运行情况进行测试，能够同时确定不同运转参数下稳态和瞬态噪声源的分布，既考虑了定置性能时的噪声情况，又模拟了实际工况的噪声情况，更加贴合实际应用。而且，通过采用传声器移动装置能够实现远程控制传声器的移动方向及坐标值，缩短了测试周期，提高了测试准确度，并实现了远程测量，增加了安全性，而且直接利用了相应的转速值、压力值来分析其对噪声的影响，从而能够在不改变整机性能的情况下的得到最优的整机参数。此外，在本发明的测试中，采用的声强法测试具有较好的抗背景噪声的能力，简化了测试条件。并且，通过绘制的声强云图、等高线或数值表能够确定处待测工程机械的噪声源的位置，以便具有针对性的改善。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (14)

1.一种噪声源测试装置，其特征在于，该装置包括：

接收装置，用于接收待测工程机械的运转参数和噪声测量平面上各个采集点在该运转参数下的声压，各个采集点在所述运转参数下的所述声压包括来自声压获取装置的第一传声器所检测声压P_A和来自所述声压获取装置的第二传声器所检测声压P_B；以及

控制装置，用于：

根据所述声压P_A和所述声压P_B，计算所述各个采集点在所述运转参数下的声强；及

根据所述各个采集点在所述运转参数下的声强，确定在所述运转参数下的噪声源，

其中所述声压获取装置包括：

声压采集模块，用于获得噪声测量平面上各个采集点的声压；以及

传声器移动模块，与所述声压采集模块相连，用于控制所述声压采集模块移动至不同位置处的采集点，以分别获得各个采集点处的声压。

2.根据权利要求1所述的噪声源测试装置，其特征在于，所述运转参数包括：发动机转速、散热风扇转速、主泵压力、发动机进气口压力及发动机排气口压力。

3.根据权利要求1或2所述的噪声源测试装置，其特征在于，所述运转参数包括所述待测工程机械在不同工况和/或档位下的运转参数。

4.根据权利要求3所述的噪声源测试装置，其特征在于，所述控制装置还用于根据所述工程机械不同工况和/或档位下的运转参数和计算所得的各个采集点处在相应运转参数下的声强绘制声强云图、等高线图或数值表。

5.一种噪声源测试系统，其特征在于，该噪声源测试系统包括：

权利要求1-4中的任一项权利要求所述的噪声源测试装置；

运转参数获取装置，与所述接收装置连接，用于获取所述工程机械的运转参数；以及

声压获取装置，与所述接收装置连接，用于获取所述声压。

6.根据权利要求5所述的噪声源测试系统，其特征在于，所述运转参数获取装置包括：发动机转速传感器、散热风扇转速传感器、主泵压力传感器、发动机进气口压力传感器和发动机排气口压力传感器，分别用于检测所述待测工程机械不同工况和/或档位下的发动机转速、散热风扇转速、主泵压力、发动机进气口压力及发动机排气口压力作为所述运转参数。

7.根据权利要求5所述的噪声源测试系统，其特征在于，所述声压采集模块包括：

第一传声器和第二传声器，用于在所述声压获取装置位于各个采集点处时分别检测声压P_A和P_B；以及

定距装置，用于调节所述第一传声器和所述第二传声器之间的距离d。

8.根据权利要求5所述的噪声源测试系统，其特征在于，所述传声器移动模块包括：

固定装置，用于固定所述声压采集模块；

X方向滑轨和Y方向滑轨，其中X方向和Y方向分别为水平方向和竖直方向中的一者；

第一电机，安装在所述X方向滑轨上，用于控制所述固定装置按照所述采集点的X坐标在X方向上的移动；

第二电机和第三电机，分别安装在左Y方向滑轨和右Y方向滑轨上，用于控制所述固定装置按照所述采集点的Y坐标在Y方向上的移动；以及

控制器，与所述控制装置相连，用于从该控制装置接收采集点坐标，控制所述第一电机、第二电机以及第三电机运转，以将所述固定装置移动至所述采集点坐标处。

9.根据权利要求8所述的噪声源测试系统，其特征在于，所述传声器移动模块还包括：

X方向位移传感器和Y方向位移传感器，分别用于检测所述固定装置在X方向和Y方向上的移动距离，并将该移动距离传送至所述控制器。

10.一种工程机械噪声源测试方法，其特征在于，该方法包括：

接收待测工程机械的运转参数和噪声测量平面上各个采集点在该运转参数下的声压，各个采集点在所述运转参数下的所述声压包括来自声压获取装置的第一传声器所检测声压P_A和来自所述声压获取装置的第二传声器所检测声压P_B；

根据所述声压P_A和所述声压P_B，计算所述各个采集点在所述运转参数下的声强；以及

根据所述各个采集点在所述运转参数下的声强，确定在所述运转参数下的噪声源，

其中，所述声压获取装置的传声器移动模块控制所述声压获取装置的声压采集模块移动至不同位置处的采集点，以分别获得各个采集点处的声压。

11.根据权利要求10所述的噪声源测试方法，其特征在于，所述运转参数包括：发动机转速、发动机风扇转速、主泵压力、发动机进气口压力及排气口压力。

12.根据权利要求10或11所述的噪声源测试方法，其特征在于，所述运转参数包括所述待测工程机械在不同工况和/或档位下的运转参数。

13.根据权利要求12所述的噪声源测试方法，其特征在于，根据所述各个采集点在所述运转参数下的声强，确定在所述运转参数下的噪声源的步骤具体为：根据所述工程机械不同工况和/或档位下的运转参数和计算所得的各个采集点处在相应运转参数下的声强绘制声强云图、等高线图或数值表，以确定噪声源。

14.根据权利要求10所述的噪声源测试方法，其特征在于，所述噪声测量平面为包络所述待测工程机械所有噪声源的假想矩形，所述采集点为将所述噪声测量平面划分为均匀单元网格的中心点。