CN106383035A - 一种针对气动噪声的消声器传递损失测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种针对气动噪声的消声器传递损失测试系统及方法，具体涉及一种对汽车进排气消声器气动噪声消声能力测试的系统及方法。其装置包括变频离心式风机、风机噪声消声器、空气流量传感器、空气压力传感器、驻波管、传声器组、电子空气泄压阀、泄压阀消声器、模/数转换板、增益放大器及计算机。其方法是，将待测消声器固定在台架上；启动测试系统，对测试系统进行初始化设置；监测驻波管内的空气流量和压力；控制风机和泄压阀以维持系统内的流量和压力；测试驻波管内相应位置的声压值；计算传递损失；结果输出。本发明结构简单、操作方便、精确度高，弥补在现有技术领域内对汽车进排气系统气动噪声传递损失测试的空白。

Description

一种针对气动噪声的消声器传递损失测试系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车声学性能测试领域，具体涉及一种针对气动噪声的消声器传递损失测试系统及方法。

背景技术

随着汽车保有量的飞速增长，汽车噪声污染问题越来越严重，相应的噪声控制法规也越来越严格。发动机进排气噪声是汽车主要的噪声源，采用结构合理的消声器是降低整车噪声最有效、最简单的途径。

消除噪声是消声器最主要的功能，当设计一个消声元件时，需要知道其具体的消声效果。传递损失是衡量一个消声器消声能力最直接的技术指标，其定义是声音在传声器传递过程中损失的能量大小。

进排气噪声成分复杂，包含发动机燃烧噪声、机械噪声，还有进排气气流在管道中高速流动产生的气动噪声。目前针对发动机燃烧噪声和机械噪声已设计出专门的测试台架，而对于气动噪声还停留在软件模拟分析和装车测试的手段，缺少一种简单快捷、可重复进行的台架测试手段。

本发明的目的是弥补在现有技术领域内对汽车进排气系统气动噪声传递损失测试的空白，提供一种结构简单、操作方便、精确度高的测试装置和方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对气动噪声的消声器传递损失测试系统及方法，解决了传统装置及方法在实际应用中的诸多不足，其结构简单、测试精度高、操作方便。

本发明的技术方案是：一种针对气动噪声的消声器传递损失测试系统，包括变频离心式风机和连接待测消声器两端的上、下两段驻波管以及连接风机出口和上段驻波的风机噪声消声器；在风机和风机噪声消声器之间设有带泄压阀消声器的泄压阀；还包括设置在上段驻波管内的空气流量传感器和空气压力传感器和设置在上、下两段驻波管内的传声器组。

进一步的：还包括依次电性连接的模/数转换板、增益放大器及计算机，所述模/数转换板还与传声器组、空气流量传感器和空气压力传感器分别电性连接，所述计算机还与泄压阀、风机电连。

进一步的：还包括依次电性连接的接收传声器组信号的模/数转换板、接收模/数转换板信号的增益放大器及接收增益放大器信号的计算机；还包括接收空气流量传感器和空气压力传感器的输出信号并控制泄压阀及风机运转的分控制器。

进一步的：所述风机噪声消声器包括主管道、位于主管道上的开孔、将内部分隔成若干独立空腔的隔板和高频消声罐。

还包括一种针对气动噪声的消声器传递损失测试方法，采用如权利要求1所述的装置，包括以下步骤：

步骤1: 将待测消声器固定在台架上，并将前后段驻波管分别连接消声器的进口端和出口端；

步骤2：启动风机，对测试系统进行初始化设置；

步骤3: 监测驻波管内的空气流量和压力；

步骤4: 根据事先输入的发动机排气流量和压力曲线，控制风机和泄压阀以维持系统内的流量和压力；

步骤5: 测试驻波管内相应位置的声压值；并计算传递损失。

进一步的：计算机对传声器采集的声压信号进行加窗降噪、加权平均、傅里叶变换处理后，得到每一传感器所在位置的声压频谱信号，再利用驻波比法，将声压频谱信号分解为入射声波A、反射声波B、透射声波C和二次反射声波D，并根据如下公式计算得出待测消声器的传递损失：

式中S _AA 为入射声波A的自功率谱密度函数，S _CC 为透射声波C的自功率谱密度函数。

本发明的有益效果是：本发明针对气动噪声的消声器传递损失测试系统及方法，使用变频风机代替发动机排气气流，并实时调整测试系统内的流量和压力，为气动噪声传递损失提供了稳定的流场；本发明利用传声器组测试驻波管内待测消声器前后的声压，并根据驻波比法计算传递损失；本发明结构简单、操作方便、精确度高，弥补在现有技术领域内对汽车进排气系统气动噪声传递损失测试的空白，可广泛的应用于汽车行业进排气系统的开发及性能分析，从而提高产品的品质和市场竞争力。

附图说明

图1为本发明针对气动噪声的消声器传递损失测试系统结构示意图；

图2为本发明中的风机噪声消声器结构图；

图3 为本发明中的驻波管内部结构图；

图4为本发明针对气动噪声的消声器传递损失测试的方法流程图；

图5为本发明中传递损失测试原理图；

图6为使用本发明测试的传声器气动噪声传递损失结果曲线；

图7为本发明针对气动噪声的消声器传递损失测试系统另一结构示意图。

图中序号说明：1为风机、2为风机噪声消声器、3为空气流量传感器、4为空气压力传感器、5为驻波管、6为待测消声器、7为传声器组、8为泄压阀、9为泄压阀消声器、10为模/数转换板、11为增益放大器、12为计算机，13为分控制器；201为主管道、202为开孔、203为隔板204为高频消声罐；501为上段驻波管、502为下段驻波管；701-704传声器组的各传声器。

具体实施方式

下面结合附图1～7对本发明的实施方式作进一步说明。

实施例1：

一种针对气动噪声的消声器传递损失测试系统，如图1所示，包括变频离心式风机1、风机噪声消声器2、空气流量传感器3、空气压力传感器4、驻波管5、待测消声器6、传声器组7、电子空气泄压阀8、泄压阀消声器9、模/数转换板10、增益放大器11及计算机12。变频离心式风机1的出风口连接风机噪声消声器2的进气端；电子空气泄压阀8和泄压阀消声器9串联安装在离心式风机1的旁支管道上；驻波管5的前段管一端连接风机噪声消声器2的出气端，另一端连接待测消声器6的进气端；待测消声器6的出气端连接驻波管5的后段管的一端；空气流量传感器3和空气压力传感器4安装在驻波管5的上段管内部，其信号输出端连接模/数转换板10的信号输入端；传声器组7安装在驻波管5中的专用孔当中，其信号输出端连接模/数转换板10的信号输入端；模/数转换板10的信号输出端连接增益放大器11的信号输入端；增益放大器11的信号输出端连接计算机12的信号输入端；计算机12的输出端分别连接变频离心式风机1的信号输入端和电子空气泄压阀8的信号输入端。

本实施例中的变频离心式风机1用于产生测试所需要的空气气流，并根据计算机12的指示实时改变出口气流的流量和压力。本实施例中的变频离心式风机1的最大空气流量为2500 千克/小时，最大出口压力为50 千帕，可模拟排量1.5～2.0L的发动机的进排气气流。

本实施例中的风机噪声消声器2，用于消除变频离心式风机1所产生的噪声。其内部结构如图2所示，包括主管道201、开孔管202、隔板203和高频消声罐204。主管道201在消声器内部按照多段迷路式布置，起到抗性消声的效果；开孔管202上的小孔按一定顺序排列，对中高频噪声起到消除作用；隔板203将消声器内部分隔成多个独立的空腔，以增强消声效率；高频消声罐204中装有吸音棉，用以消除风机噪声中主要的高频成分。

本实施例中的空气流量传感器3，用于监测驻波管5内的空气流量。

本实施例中的空气压力传感器4，用于监测驻波管5内的空气压力。

本实施例中的驻波管5，用于连接待测消声器6并产生测试用的平面驻波声场。其内部结构如图3所示，包括上段管501和下段管502。上段管501中留有2个传声器插槽、1个空气流量传感器3信号线插孔和1个空气压力传感器4插孔；下段管502中留有2个传声器插槽。根据消声器的频率特性及驻波理论的截止频率要求，确定驻波管5的管径为30mm。

本实施例中的传声器组7，包括4个标准1/2英寸传声器，用于测试驻波管5内固定位置的声压值。

本实施例中的电子空气泄压阀8，用于维持驻波管5内的压力稳定。当空气压力传感器4监测的空气压力超过系统预设值时，计算机12就会发出指定使电子空气泄压阀8的排气阀门打开泄压。

本实施例中的泄压阀消声器9，用于消除空气泄压噪声。

本实施例中的模/数转换板10，采用美国国家仪器（National Instruments）数据采集系统 NI 9234型，

用于将传感器产生的模拟电压信号转换为计算机12可识别的数字信号。

本实施例中的增益放大器11，选用德州仪器（Texas Instruments）输入运算放大器 TL084型，用于对信号进行噪声过滤和放大。

本实施例中的计算机12，起到控制器的作用，用于收集录入增益放大器的数据，并根据现有技术及本发明披露的公式进行计算，不涉及未知或未公开的程序，用于根据传声器组7采集的声压信号计算传递损失，并根据流量传感器3和压力传感器4采集来的流量和压力信号控制变频离心式风机1和电子空气泄压阀8以维持驻波管5内的流量和压力稳定。

实施例2：

本实施例中的针对气动噪声的消声器传递损失测试系统与实施例1的区别在于，除要对每个传声器进行幅值标定外，还应对其进行相位标定，使4个传声器在同一时刻的滞后角等于0，使得他们在相位上保持同步，从而使传声器采集的声压信号更为准确，以最大限度的消除测量误差。

实施例3：

本实施例中的针对气动噪声的消声器传递损失测试系统与实施例1的区别在于，为保证测试结果的精度和一致性，测试环境的温度、湿度、大气压力水平应保持稳定，周围无电磁干扰且背景噪声应小于36分贝。

实施例4：

本实施例中的针对气动噪声的消声器传递损失测试系统与实施例1的区别在于，当待测消声器匹配的发动机排量小于1.5L或大于2.0L时，选择其他规格的变频离心式风机以提供适合的空气流量和压力。

实施例5：

本实施例中的针对气动噪声的消声器传递损失测试系统与实施例1的区别在于，如图7所示，还设有分控制器13，接收空气流量传感器3、空气压力传感器4的输出信号并控制风机及泄压阀的运行。

还包括一种针对气动噪声的消声器传递损失测试方法，采用如实施例1－5中所述任一种装置，包括以下步骤：

步骤1: 将待测消声器固定在台架上，并将前后段驻波管分别连接消声器的进口端和出口端；

步骤2：启动风机，对测试系统进行初始化设置；

步骤3: 监测驻波管内的空气流量和压力；

步骤4: 根据事先实际测得并输入控制器或计算机的发动机排气流量和压力曲线，控制风机和泄压阀以维持系统内的流量和压力；

步骤5: 测试驻波管内相应位置的声压值；计算传递损失。

优选的：所述步骤5中计算机对传声器采集的声压信号进行加窗降噪、加权平均、傅里叶变换处理后，得到每一传感器所在位置的声压频谱信号，再利用驻波比法，将声压频谱信号分解为入射声波A、反射声波B、透射声波C和二次反射声波D，并根据如下公式计算得出待测消声器的传递损失：

；

式中S _AA 为入射声波A的自功率谱密度函数，S _CC 为透射声波C的自功率谱密度函数。

实施例1中输出测试的消声器传递损失结果曲线；如图6所示，为在测试系统模拟发动机2档3000转时的气流冲击下，待测消声器的气动噪声传递损失。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种针对气动噪声的消声器传递损失测试系统，其特征在于：包括变频离心式风机和连接待测消声器两端的上、下两段驻波管以及连接风机出口和上段驻波的风机噪声消声器；在风机和风机噪声消声器之间设有带泄压阀消声器的泄压阀；还包括设置在上段驻波管内的空气流量传感器和空气压力传感器和设置在上、下两段驻波管内的传声器组。

2.根据权利要求1所述的针对气动噪声的消声器传递损失测试系统，其特征在于：还包括依次电性连接的模/数转换板、增益放大器及计算机，所述模/数转换板还与传声器组、空气流量传感器和空气压力传感器分别电性连接，所述计算机还与泄压阀、风机电连。

3.根据权利要求1所述的针对气动噪声的消声器传递损失测试系统，其特征在于：还包括依次电性连接的接收传声器组信号的模/数转换板、接收模/数转换板信号的增益放大器及接收增益放大器信号的计算机；还包括接收空气流量传感器和空气压力传感器的输出信号并控制泄压阀及风机运转的分控制器。

4.根据权利要求1所述的针对气动噪声的消声器传递损失测试系统，其特征在于：所述风机噪声消声器包括主管道、位于主管道上的开孔、将内部分隔成若干独立空腔的隔板和高频消声罐。

5.一种针对气动噪声的消声器传递损失测试方法，采用如权利要求1所述的装置，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1: 将待测消声器固定在台架上，并将前后段驻波管分别连接待测消声器的进口端和出口端；

步骤2：启动风机，对测试系统进行初始化设置；

步骤3: 监测驻波管内的空气流量和压力；

步骤4: 根据事先输入的发动机排气流量和压力曲线，控制风机和泄压阀以维持系统内的流量和压力；

步骤5: 根据传声器采集的声压信号，测试驻波管内相应位置的声压值并计算传递损失。

6.如权利要求5所述的针对气动噪声的消声器传递损失测试方法，其特征在于：步骤5中计算机对传声器采集的声压信号进行加窗降噪、加权平均、傅里叶变换处理后，得到每一传感器所在位置的声压频谱信号，再利用驻波比法，将声压频谱信号分解为入射声波A、反射声波B、透射声波C和二次反射声波D，并根据如下公式计算得出待测消声器的传递损失：

；

式中S _AA 为入射声波A的自功率谱密度函数，S _CC 为透射声波C的自功率谱密度函数。