CN110486927A - 噪声主动控制设备 - Google Patents

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吴恒亮
范文焜
杨明月
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Abstract

本发明提供一种噪声主动控制设备，包括筒体、吸声芯体、第一传感器、第二传感器、作动器和控制装置。吸声芯体安装在筒体的内侧。第一传感器位于吸声芯体的一端，第一传感器能够检测初级噪声信号。作动器和第二传感器位于吸声芯体的另一端。作动器能够产生次级噪声信号。第二传感器构造为能够检测误差信号。误差信号由初级噪声信号和次级噪声信号叠加形成。控制装置基于接收的初级噪声信号和误差信号控制作动器产生次级噪声信号。根据本发明的噪声主动控制设备，能够基于吸声芯体两端的第一传感器的初级噪声信号和第二传感器的误差信号作为控制装置的输入，不断调整作动器产生次级噪声信号，最终达到消除通风管路系统的噪声的目的，降噪量高。

Description

噪声主动控制设备
技术领域
本发明涉及通风系统噪声控制应用技术领域，具体涉及一种噪声主动控制设备。
背景技术
噪声污染是一个全球性的环境问题，被公认为三大污染之一。过量的噪声污染对人的生理和心理都会产生影响。其中，通风空调系统中风机噪声已经成为噪声污染源之一。同时随着噪声限值划分越来越严苛，工业企业的风机噪声污染也得到广泛的关注。因此，风机噪声控制成为一项非常重要和急迫的工作。
风机噪声主要包括空气动力性噪声(即气流噪声)和机械噪声两部分。其中强度最高，影响最大的是空气动力性噪声。空气动力性噪声又可分为旋转噪声(即排气噪声)和涡流噪声，前者噪声频谱呈现中、低频特性，后者则呈现中、高频特性。
降低通风空调系统的空气动力性噪声最常用的方法是使用消声器。常用的消声器有阻性消声器、抗性消声器和阻抗复合式消声器三种。这三种消声器均属于被动的降噪措施，也叫无源降噪措施。对于降噪效果而言，阻性消声器在中、高频处的降噪效果好，但对低频几乎没有作用；抗性消声器虽然对特定的低频噪声可以有很好的降噪效果，但其降噪频段往往过窄，设备体积庞大，且只能用于特定场合；阻抗复合式消声器的消声量和消声频段都较理想，但它的体积庞大，在高温、蒸汽侵蚀和高速气流冲击下使用寿命较短。除此之外，使用消声器还会在不同程度上带来管道气动特性损失等不利因素。通风空调系统中噪声问题常常出现在低频段，可以利用的空间非常有限，同时又希望管道压力损失尽可能小。
因此，需要提供一种噪声主动控制设备，以至少部分地解决上述问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为至少部分地解决上述问题，本发明公开了一种噪声主动控制设备，包括筒体、吸声芯体、第一传感器、作动器、第二传感器和控制装置。所述吸声芯体安装在所述筒体的内侧。所述第一传感器位于所述吸声芯体的一端，所述第一传感器能够检测初级噪声信号。所述作动器位于所述吸声芯体的另一端，所述作动器能够产生用于抵消所述初级噪声信号的至少一部分的次级噪声信号。所述第二传感器位于所述吸声芯体的所述另一端且设置为相对于所述作动器更远离所述第一传感器，所述第二传感器构造为能够检测误差信号，所述误差信号由所述初级噪声信号和所述次级噪声信号叠加形成。所述控制装置接收所述初级噪声信号和所述误差信号，并且基于所述初级噪声信号和所述误差信号控制所述作动器产生所述次级噪声信号。
根据本发明的噪声主动控制设备，能够基于吸声芯体两端的第一传感器的初级噪声信号和第二传感器的误差信号作为控制装置的输入，不断调整作动器产生次级噪声信号，最终达到消除通风管路系统的噪声的目的，降噪量高。此外，根据本发明的噪声主动控制设备可以灵活安装在主控管道上，便于后期产品检修与维护。进一步地，根据本发明的噪声主动控制设备还具有体积小、质量轻、阻力损失低等优点。
可选地，所述作动器包括箱体、扬声器和第一吸音棉，所述扬声器和所述第一吸音棉设置在所述箱体中，所述第一吸音棉位于所述扬声器的靠近所述第一传感器的一侧。
根据本方案，第一吸音棉可以吸收箱体内部的扬声器背面的中频反射声波，使得扬声器的正面发声效果更好。
可选地，所述控制装置位于所述筒体的外侧，所述控制装置包括保护罩和设置在所述保护罩中的控制器。
根据本方案，不仅方便了控制装置的走线，同时也方面了对控制装置进行检修等操作，保护罩能够对控制器起到保护的作用，防止灰尘或者雨水进入到保护罩的内部而损坏控制器。。
可选地，所述吸声芯体包括第一导流罩，所述第一传感器设置在所述第一导流罩上。
根据本方案，第一导流罩能够对噪声主动控制设备中的气流起到导流的作用。
可选地，所述吸声芯体还包括第二吸音棉，所述第二吸音棉设置在所述第一导流罩和所述作动器之间。
根据本方案，第一吸音棉可以吸收噪声主动控制设备中的中高频噪声。
可选地，所述吸声芯体包括第二导流罩，所述第二传感器设置在所述第二导流罩上。
根据本方案，第二导流罩能够对噪声主动控制设备中的气流起到导流的作用。
可选地，所述吸声芯体还包括覆盖在所述第一传感器的外侧的第一保护棉，和/或覆盖在所述第二传感器外侧的第二保护棉。
根据本方案，第一保护棉能够对第一传感器起到保护作用，同时能够减少管道气流对第一传感器产生影响。第二保护棉能够对第二传感器起到保护作用，同时能够减少噪声主动控制设备中的气流对第二传感器产生的影响。
可选地，所述筒体包括沿圆周方向设置的第三吸音棉和穿孔板，所述穿孔板设置在所述第三吸音棉的内侧。
根据本方案，第三吸音棉和穿孔板可以吸收噪声主动控制设备内部的中高频噪声。
可选地，所述筒体包括位于两端的法兰，以用于与管道连接。
根据本方案，噪声主动控制设备可以通过法兰安装在通孔管路系统中。
可选地，所述噪声主动控制设备还包括三角固定架，所述吸声芯体通过所述三角固定架安装在所述筒体上。
根据本方案，吸声芯体和筒体的固定方式简单，便于吸声芯体的安装和拆卸。
附图说明
本发明实施方式的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
图1为本发明的一个优选实施方式的噪声主动控制设备的一个主视示意图；以及
图2为图1中的噪声主动控制设备的一个剖视示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。
本发明提供一种噪声主动控制设备100。根据本发明的噪声主动控制设备100可以应用于通风管路系统中。例如，噪声主动控制设备100可以安装在通风空调系统的管道出风口处。下面将结合图1和图2详细说明根据本发明的噪声主动控制设备100。
噪声主动控制设备100包括筒体110和吸声芯体120。如图1和图2所示，筒体110构造为大致圆柱形的筒状结构。筒体110的横截面大体为圆形。当然，筒体110的横截面也可以为其他形状，例如矩形、椭圆形或不规则形状等。控制装置111设置在筒体110的外侧。吸声芯体120安装在筒体110的内侧。具体地，吸声芯体120大致沿着筒体110的轴向方向设置在筒体110中，且构造为大致呈圆柱状的结构。
噪声主动控制设备100还包括第一传感器121、作动器122和第二传感器123以及控制装置111。以下将结合图2分别进行详细的说明。
优选地，控制装置111位于筒体的外侧。具体地，控制装置111可以设置在筒体110的外表面上，图2中示例性地示出了控制装置111位于筒体110的顶部外侧。由此，不仅方便了控制装置111的走线，同时也方便了对控制装置111进行检修等操作。当然，控制装置111还可以安装在筒体110或吸声芯体120的任何合适位置处。
如图2所示，控制装置111可以包括保护罩111a和设置在保护罩111a中的控制器111b。保护罩111a能够对控制器111b起到保护的作用，防止灰尘或者雨水进入到保护罩111a的内部而损坏控制器111b。
继续参照图2，第一传感器121和第二传感器123可以为声音传感器。第一传感器121和第二传感器123构造为能够与控制器111b进行通信，以将检测到的声音信号输送给控制装置111。具体地，在本实施方式中，第一传感器121和第二传感器123通过导线分别电连接至控制装置111的控制器111b，以将检测到的声音信号转化成电信号后输送给控制器111b。
第一传感器121位于吸声芯体120的一端。第一传感器121能够检测初级噪声信号。需要说明的是，此处的“初级噪声信号”是指从通风管路系统输送至噪声主动控制设备100中的气流的噪声信号。具体地，当噪声主动控制设备100安装在通风管路系统中时，第一传感器121在噪声主动控制设备100中位于气流的上游，因此第一传感器121能够检测到噪声主动控制设备100中气流的上游的初级噪声信号，并将检测到的该初级噪声信号传输至控制器111b。
作动器122位于吸声芯体120的另一端。作动器122能够产生用于抵消初级噪声信号的至少一部分的次级噪声信号。需要说明的是，此处的“次级噪声信号”是指作动器122产生的声音信号。具体地，作动器122能够与控制装置111进行通信，以使得控制装置111能够控制作动器122产生次级噪声信号。更具体地，在本实施方式中，作动器122能够通过导线电连接至控制装置111，以由控制装置111控制作动器122产生次级噪声信号。次级噪声信号为与噪声主动控制设备100中的初级噪声信号的幅值大致相等、相位相反的声波，以此次级噪声信号能够和初级噪声发生干涉现象，使得噪声降低或者消失。当噪声主动控制设备100安装在通风管路系统中时，作动器122在噪声主动控制设备100中位于气流的下游，因此作动器122能够在噪声主动控制设备100中的气流的下游处产生次级噪声信号。
作动器122可以包括箱体122a、扬声器122b和第一吸音棉122c。图2仅示例性地示出了箱体122a的结构，可以理解，箱体122a的外壁面可以形成为吸声芯体120的壁面的一部分。扬声器122b和第一吸音棉122c设置在箱体122a中。第一吸音棉122c位于扬声器122b的靠近第一传感器121的一侧。具体地，扬声器122b的正面(图2中的左侧)相对于背面(图2中的右侧)更远离第一传感器121。第一吸音棉122c设置在扬声器122b的背面，且与扬声器122b间隔开。第一吸音棉122c可以吸收箱体122a内部的扬声器122b背面的中频反射声波，使得扬声器122b的正面发声效果更好。
箱体122a的壁面上可以设置有第一开孔(未示出)，以能够将扬声器122b的音频导线引出。该音频导线连接至控制装置111，以由控制装置111控制扬声器122b产生次级噪声信号。第一开孔可以设置在箱体122a的顶部壁面处，并且可以使用填料函122d在开孔处将音频导线锁紧。当然，第一开孔还可以设置在箱体122a的其它位置处。
第二传感器123同样地位于吸声芯体120的所述另一端，且设置为相对于作动器122更远离第一传感器121。也就是说，第二传感器123和作动器122位于吸声芯体120的同一端，且作动器122设置在第一传感器121与第二传感器123之间。
第二传感器123构造为能够检测误差信号。误差信号由初级噪声信号和次级噪声信号叠加形成。具体地，第二传感器123能够检测噪声主动控制设备100中气流的下游声音信号，即由噪声主动控制设备100中的初级噪声信号和作动器122产生的次级噪声信号叠加后形成的声音信号，也就是误差信号，并将检测到的该误差信号传输给控制装置111。
由此，控制装置111接收来自第一传感器121的初级噪声信号和来自第二传感器123的误差信号，并且基于初级噪声信号和误差信号控制作动器122产生次级噪声信号。在本实施方式中，控制装置111控制作动器122产生次级噪声之后，第二传感器123能够将检测到的误差信号实时反馈给控制装置111，以此形成一个闭环控制系统，从而提高了该噪声主动控制系统的稳定性和有效性，以适应时变的噪声环境。
具体地，第一传感器121将检测到的噪声主动控制设备100中气流的上游的初级噪声信号传输给控制装置111。第二传感器123检测到噪声主动控制设备100中气流的下游的误差信号传输给控制装置111。控制装置111基于接收到的初级噪声信号和误差信号之后会输出一个控制信号，以控制作动器122在噪声主动控制设置100中气流的下游处产生与初级噪声信号相位相反的次级噪声信号。因此在噪声主动控制设置100中气流的下游处次级噪声信号与初级噪声发生干涉现象，使得噪声降低。同时第二传感器123将再次检测到的误差信号反馈给控制装置111，控制装置111基于该误差信号与第一传感器121检测到初级噪声信号通过例如自适应算法再次驱动作动器122再次产生次级噪声信号，以此循环，直到噪声主动控制设备100中的噪声降低至期望值。由此可以看出，控制装置111在噪声主动控制设备100中的作用就是基于第一传感器121检测的初级噪声信号和第二传感器123检测的误差信号通过例如自适应算法不断地发出控制信号以驱动作动器122产生与初级噪声信号相位相反的次级噪声信号，以最终达到消声的目的。
需要说明的是，如上所述地，第二传感器123感测到的误差信号为第一传感器121感测到的初级噪声信号与作动器122产生的次级噪声信号的叠加。而在初始阶段，控制装置111还未控制作动器122产生次级噪声信号时，第二传感器123感测到的误差信号实则为初级噪声信号。
吸声芯体120还包括第一导流罩124。第一传感器121设置在第一导流罩124上。具体地，第一导流罩124设置在吸声芯体120的设置有第一传感器121的一端并且构造为大致呈半球状。第一导流罩124对噪声主动控制设备100中的气流起到导流的作用，以能够引导噪声主动控制设备100中的气流从设置有第一导流罩124的一端朝向另一端流动。第一传感器121可以安装在第一导流罩124上并且位于筒体110的中心轴线上。例如，可以在第一导流罩124的与筒体110的中心轴线交点处设置有第一通孔(未示出)，第一传感器121可以部分地安装在第一通孔中。
吸声芯体120还包括第二吸音棉126，第二吸音棉126设置在第一导流罩124和作动器122之间。具体地，第二吸音棉126可以沿筒体110的轴向方向设置，且可以大致构造为圆柱体形状。第二吸音棉126可以为聚酯纤维吸音棉，以用于吸收噪声主动控制设备100中的中高频噪声。
此外，可以在第二吸音棉126的内部安装走线管129。第一传感器121的导线可以设置在走线管129中，并且在吸声芯体120的壁面处可以设置有第二开孔(未示出)，以能够将第一传感器121的导线引出。第二开孔可以设置在吸声芯体120的顶部壁面处，并且可以使用填料函126a在第二开孔处将第一传感器121的导线锁紧。
吸声芯体120还包括覆盖在第一传感器121的外侧的第一保护棉127。具体地，第一保护棉127可以部分地覆盖在第一导流罩124的外侧，并且将第一传感器121完全覆盖。第一保护棉127能够对第一传感器121起到保护作用，同时能够减少通风管路系统中的气流对第一传感器121产生影响。
吸声芯体120还包括第二导流罩125。第二传感器123设置在第二导流罩125上。具体地，第二导流罩125设置在吸声芯体120的所述另一端(即设置有第二传感器123的一端)并且构造为大致半球状。第二导流罩125同样地对噪声主动控制设备100中的气体起到导流的作用，以能够引导噪声主动控制设备100中的气流从设置有第二导流罩125的一端朝向连接至该端的通风管路系统的管道中流动。第二传感器123可以安装在第二导流罩125上并且位于筒体110的中心轴线上。例如，可以在第二导流罩125的与筒体110的中心轴线的交点处设置有第二通孔(未示出)，第二传感器123可以部分地安装在第二通孔中。
吸声芯体120还包括覆盖在第二传感器123的外侧的第二保护棉128。具体地，第二保护棉128可以部分地覆盖在第二导流罩125的外侧，并且将第二传感器123完全覆盖。第二保护棉128能够对第二传感器123起到保护作用，同时能够减少噪声主动控制设备100中的气流对第二传感器123产生影响。
此外，筒体110还包括沿圆周方向设置的第三吸音棉112和穿孔板113。穿孔板113设置在第三吸音棉112的内侧。第三吸音棉112可以为聚酯纤维吸音棉。穿孔板113设置为圆柱形板状结构，以此可以形成为筒体110的内壁。穿孔板113上设置有多个通孔(未示出)。第三吸音棉112和穿孔板113可以吸收噪声主动控制设备100中的中高频噪声。
筒体110还包括位于两端的法兰114，以用于与通风管路系统中的管道连接。也就是说，噪声主动控制设备100可以通过法兰114安装在通风管路系统中。
噪声主动控制设备100还包括三角固定架130。吸声芯体120通过三角固定架130安装在筒体110上。图2中示例性地示出了本实施方式的噪声主动控制设备100包括两个三角固定架130，两个三角固定架130设置在吸声芯体120的两端，以将吸声芯体120固定在筒体110的内侧。当然，在本发明未示出的其他实施方式中，噪声主动控制设备100可以包括其他数量(例如，一个、三个或更多个)的位于吸声芯体120的任何合适的位置处的三角固定架。
根据本发明的噪声主动控制设备，能够基于吸声芯体两端的第一传感器的初级噪声信号和第二传感器的误差信号作为控制装置的输入，不断调整作动器产生次级噪声信号，最终达到消除通风管路系统的噪声的目的，降噪量高。此外，根据本发明的噪声主动控制设备可以灵活安装在主控管道上，便于后期产品检修与维护。进一步地，根据本发明的噪声主动控制设备还具有体积小、质量轻、阻力损失低等优点。
除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (10)

1.一种噪声主动控制设备，其特征在于，包括：
筒体；
吸声芯体，所述吸声芯体安装在所述筒体的内侧；
第一传感器，所述第一传感器位于所述吸声芯体的一端，所述第一传感器能够检测初级噪声信号；
作动器，所述作动器位于所述吸声芯体的另一端，所述作动器能够产生用于抵消所述初级噪声信号的至少一部分的次级噪声信号；
第二传感器，所述第二传感器位于所述吸声芯体的所述另一端且设置为相对于所述作动器更远离所述第一传感器，所述第二传感器构造为能够检测误差信号，所述误差信号由所述初级噪声信号和所述次级噪声信号叠加形成；以及
控制装置，所述控制装置接收所述初级噪声信号和所述误差信号，并且基于所述初级噪声信号和所述误差信号控制所述作动器产生所述次级噪声信号。
2.根据权利要求1所述的噪声主动控制设备，其特征在于，所述作动器包括箱体、扬声器和第一吸音棉，所述扬声器和所述第一吸音棉设置在所述箱体中，所述第一吸音棉位于所述扬声器的靠近所述第一传感器的一侧。
3.根据权利要求1所述的噪声主动控制设备，其特征在于，所述控制装置位于所述筒体的外侧，所述控制装置包括保护罩和设置在所述保护罩中的控制器。
4.根据权利要求1所述的噪声主动控制设备，其特征在于，所述吸声芯体包括第一导流罩，所述第一传感器设置在所述第一导流罩上。
5.根据权利要求4所述的噪声主动控制设备，其特征在于，所述吸声芯体还包括第二吸音棉，所述第二吸音棉设置在所述第一导流罩和所述作动器之间。
6.根据权利要求1所述的噪声主动控制设备，其特征在于，所述吸声芯体包括第二导流罩，所述第二传感器设置在所述第二导流罩上。
7.根据权利要求1所述的噪声主动控制设备，其特征在于，所述吸声芯体还包括覆盖在所述第一传感器的外侧的第一保护棉，和/或覆盖在所述第二传感器外侧的第二保护棉。
8.根据权利要求1所述的噪声主动控制设备，其特征在于，所述筒体包括沿圆周方向设置的第三吸音棉和穿孔板，所述穿孔板设置在所述第三吸音棉的内侧。
9.根据权利要求1所述的噪声主动控制设备，其特征在于，所述筒体包括位于两端的法兰，以用于与管道连接。
10.根据权利要求1所述的噪声主动控制设备，其特征在于，所述噪声主动控制设备还包括三角固定架，所述吸声芯体通过所述三角固定架安装在所述筒体上。
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