CN108615522B - 一种单腔多个共振频率旁支型共振消声器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械控制技术领域，公开了一种单腔多个共振频率旁支型共振消声器。该消声器设置有保护外壳、噪声检测器、包覆外壳、磁性内圈、磁性颗粒。所述噪声检测器位于保护外壳内部靠右侧。所述包覆外壳位于保护外壳下部。所述磁性内圈位于包覆外壳外圈与内圈之间。所述磁性颗粒位于包覆外壳外圈与磁性内圈之间不等量分部。该发明通过包覆外壳包覆于发动机或其他大噪音设备发声处，通过噪声检测器检测噪声大小，该发明结构较简单，体积较小，不占多余空间。有效的通过多个可变共振频率控制噪声效果，在噪声较少时用到较少磁性粒子，增加使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于机械控制技术领域，尤其涉及一种单腔多个共振频率旁支型共振消声器。
背景技术
目前，随着城市的发展和道路基础设施的逐步改善，城市中汽车保有量急剧上升，城市主要道路两侧的噪声污染不断加剧，严重影响了居民的休息、教育和文化活动，汽车所辐射的噪声已成为城市环境中最主要的噪声污染源。在汽车辐射噪声中，视车辆类型的不同，发动机的进气噪声辐射比例可高达11％，特别是对小型高速汽油机和大型增压柴油机。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有消声装置为多个共振频率装置时，体积较大不太适用于小型发动机上，且使用材料工作时长寿命较短。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种单腔多个共振频率旁支型共振消声器。
本发明是这样实现的，一种单腔多个共振频率旁支型共振消声器，所述单腔多个共振频率旁支型共振消声器设置有保护外壳、噪声检测器、包覆外壳、磁性内圈、磁性颗粒。所述噪声检测器位于保护外壳内部靠右侧。所述包覆外壳位于保护外壳下部。所述磁性内圈位于包覆外壳外圈与内圈之间。所述磁性颗粒位于包覆外壳外圈与磁性内圈之间不等量分部。
进一步，噪声检测器设置有：
用于对噪声信号进行采集的声音传感器；
用于对声音传感器输出的电压信号进行放大的放大电路模块；
用于对信号进行模数转换的A/D转换模块；
用于对采集的噪声信号进行处理分析和对磁性内圈进行控制的单片机模块。
进一步，单片机模块采用基于自寻优的PID参数自整定算法，采用增量式PID，为实现高精度控制增加了以下改进：
首先，为减少因采样与微分引起的高频干扰，在此算法中引入了数字滤波，使调节精度更高，数字滤波有不同的方法，本算法采取的是一阶递推滤波；
一阶递推滤波法就是一种以数字形式实现RC低通滤波器的动态滤波方法，对一个RC低通滤波器，传递函数为：L(s)＝1/(τs+1)，其中τ＝RC为滤波器时间常数，将该式离散化可得：
e′k＝ae′k-l+(1-a)ek(1)
式中：α＝τ/(τ+T)；T为采样周期；ek为第k次采样时滤波器的输入；e′k为第k次采样时滤波器的输出；e′k-1为第k-1次采样时滤波器的输出；采用方程(1)对偏差信号ek进行修正，然后将修正后的偏差值e′k作为第k次采样时刻的偏差信号，代入PID算式进行计算，便减少了高频干扰对数字PID控制算式的影响；
其次，为减少由于积分作用引起的超调，提高稳态精度，采用积分分离PID算法，并加入了限幅处理，即当|e|>ε，则ΔU＝λ，λ为允许的最大波动值；
控制系统设置了一个位置控制的门限值△e，对数据处理后得到的误差e进行判断，具体如下：
若ε≥|e|>△e，实行PD控制，改善控制的动态特性，
当|e|<△e时，实行PID控制，保证控制精度，当|e|>ε时，ΔU＝λ(常量)。
本发明的优点及积极效果为：该发明结构较简单，体积较小，不占多余空间。有效的通过多个可变共振频率控制噪声效果，在噪声较少时用到较少磁性粒子，增加使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例提供的单腔多个共振频率旁支型共振消声器的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的声音传感器电路结构示意图；
图3是本发明实施例提供的放大电路模块电路结构示意图；
图4是本发明实施例提供的单片机模块最小系统电路结构示意图；
图中：1、保护外壳；2、噪声检测器；3、包覆外壳；4、磁性内圈；5、磁性颗粒。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的单腔多个共振频率旁支型共振消声器设置有保护外壳1、噪声检测器2、包覆外壳3、磁性内圈4、磁性颗粒5。所述噪声检测器2位于保护外壳1内部靠右侧。所述包覆外壳3位于保护外壳1下部。所述磁性内圈4位于包覆外壳3外圈与内圈之间。所述磁性颗粒5位于包覆外壳3外圈与磁性内圈4之间不等量分部。
所述噪声检测器3通过螺丝固定于保护外壳1内部靠右侧。所述包覆外壳3通过焊接固定于保护外壳1下部。所述磁性内圈4通过螺丝固定于包覆外壳1外圈与内圈之间。所述磁性颗粒5通过直接散落放入于包覆外壳3外圈与磁性内圈4之间不等量分部。
噪声检测器设置有：
用于对噪声信号进行采集的声音传感器；
用于对声音传感器输出的电压信号进行放大的放大电路模块；
用于对信号进行模数转换的A/D转换模块；
用于对采集的噪声信号进行处理分析和对磁性内圈进行控制的单片机模块。
单片机模块采用基于自寻优的PID参数自整定算法，采用增量式PID，为实现高精度控制增加了以下改进：
首先，为减少因采样与微分引起的高频干扰，在此算法中引入了数字滤波，使调节精度更高，数字滤波有不同的方法，本算法采取的是一阶递推滤波；
一阶递推滤波法就是一种以数字形式实现RC低通滤波器的动态滤波方法，对一个RC低通滤波器，传递函数为：L(s)＝1/(τs+1)，其中τ＝RC为滤波器时间常数，将该式离散化可得：
e′k＝ae′k-l+(1-a)ek(1)
式中：α＝τ/(τ+T)；T为采样周期；ek为第k次采样时滤波器的输入；e′k为第k次采样时滤波器的输出；e′k-1为第k-1次采样时滤波器的输出；采用方程(1)对偏差信号ek进行修正，然后将修正后的偏差值e′k作为第k次采样时刻的偏差信号，代入PID算式进行计算，便减少了高频干扰对数字PID控制算式的影响；
其次，为减少由于积分作用引起的超调，提高稳态精度，采用积分分离PID算法，并加入了限幅处理，即当|e|>ε，则ΔU＝λ，λ为允许的最大波动值；
控制系统设置了一个位置控制的门限值△e，对数据处理后得到的误差e进行判断，具体如下：
若ε≥|e|>△e，实行PD控制，改善控制的动态特性，
当|e|<△e时，实行PID控制，保证控制精度，当|e|>ε时，ΔU＝λ(常量)。
声音传感器属于应变片式电阻传感器，主要作用是将声音信号转换为电信号进行传输和检测，其工作原理是基于金属导体的应变效应，即金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化。声音传感器是依靠敏感的电阻应变片对声波所引起的弹性形变来实现信号变换，声波通过震动促使应变片与极板进行接触从而使电路导通，这样就能将声音的变化转换为电压的便化从而实现了声音信号到电信号的转变。
由于声音传感器属于电阻应变片式传感器产生的电压(流)等电学物理量的信号值都相当微弱的，难以带动执行机构去实现控制动作，所以要结合放大电路一起使用。本发明的放大器选择NE5532，NE5532是一种双运放高性能低噪声运算放大器。相比较大多数标准运算放大器，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。
本发明单片机模块采用AT89C52的单片机，AT89C52本身带有8K的内存储器，可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上，具有更加简单、方便优点；
AT89C52的主要功能包括：
(1)兼容MCS-51指令系统
(2)8k可反复擦写(>1000次)ISPFlashROM
(3)32个双向I/O口
(4)4.5-5.5V工作电压
(5)3个16位可编程定时/计数器
(6)时钟频率0-33MHz
(7)全双工UART串行中断口线
(8)256x8bit内部RAM
(9)2个外部中断源
(10)低功耗空闲和省电模式
(11)中断唤醒省电模式
(12)3级加密位
(13)看门狗(WDT)电路
(14)软件设置空闲和省电功能。
该发明通过包覆外壳包覆于发动机或其他大噪音设备发声处，通过噪声检测器检测噪声大小，当噪声大声时，磁性内圈磁性加强吸附较多的磁性颗粒于磁性内圈上，达到多个共振频率达到较强的消声效果。该发明结构较简单，体积较小，不占多余空间。有效的通过多个可变共振频率控制噪声效果，在噪声较少时用到较少磁性粒子，增加使用寿命。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (1)
1.一种单腔多个共振频率旁支型共振消声器，其特征在于，所述单腔多个共振频率旁支型共振消声器设置有保护外壳；
噪声检测器通过螺丝固定在保护外壳内部靠右侧；
包覆外壳焊接在保护外壳下部，磁性内圈位于包覆外壳外圈与内圈之间，磁性颗粒位于包覆外壳外圈与磁性内圈之间不等量分部，当噪声大时，磁性内圈磁性加强吸附较多的磁性颗粒于磁性内圈上，达到多个共振频率达到较强的消声效果，在噪声较少时用到较少磁性粒子，增加使用寿命，噪声检测器与磁性内圈电连接；
噪声检测器设置有：
用于对噪声信号进行采集的声音传感器；
用于对声音传感器输出的电压信号进行放大的放大电路模块；
用于对信号进行模数转换的A/D转换模块；
用于对采集的噪声信号进行处理分析和对磁性内圈进行控制的单片机模块；
单片机模块采用基于自寻优的PID参数自整定算法，采用增量式PID，为实现高精度控制增加了以下改进：
首先，为减少因采样与微分引起的高频干扰，在此算法中引入了数字滤波，使调节精度更高，数字滤波有不同的方法，本算法采取的是一阶递推滤波；
一阶递推滤波法就是一种以数字形式实现RC低通滤波器的动态滤波方法，对一个RC低通滤波器，传递函数为：L(s)＝1/(τs+1)，其中τ＝RC为滤波器时间常数，将传递函数离散化可得：
e′k＝ae′k-l+(1-a)ek (1)
式中：α＝τ/(τ+T)；T为采样周期；ek为第k次采样时滤波器的输入；e′k为第k次采样时滤波器的输出；e′k-1为第k-1次采样时滤波器的输出；采用方程(1)对偏差信号ek进行修正，然后将修正后的偏差值e′k作为第k次采样时刻的偏差信号，代入PID算式进行计算，便减少了高频干扰对数字PID控制算式的影响；
其次，为减少由于积分作用引起的超调，提高稳态精度，采用积分分离PID算法，并加入了限幅处理，即当|e|>ε，则ΔU＝λ，λ为允许的最大波动值；
控制系统设置了一个位置控制的门限值△e，对数据处理后得到的误差e进行判断，具体如下：
若ε≥|e|>△e，实行PD控制，改善控制的动态特性，
当|e|<△e时，实行PID控制，保证控制精度，当|e|>ε时，ΔU＝λ，λ是常量。
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| GR01 | Patent grant | ||
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