CN113147407A - 一种用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置和方法 - Google Patents

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苗晓丹
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Abstract

本发明公开了一种用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置和方法,所述主动降噪装置包括主动降噪单元和主动降噪控制单元,主动降噪单元包括主动降噪载体和降噪扬声器,主动降噪控制单元包括降噪控制微机和ANC噪声控制单元,降噪控制微机内设有微机控制单元,微机控制单元连接有控制电路,控制电路与受电弓及其底部空腔系统相连,ANC噪声控制单元包括相连的噪声采集单元和噪声反向驱动单元。本发明提供的主动降噪装置和方法,通过微机控制单元控制降噪扬声器产生与噪声源相位相反的信号,实现噪声在一定频域范围内的降低或消除,可有效降低高速列车的受电弓及其底部空腔系统在高速运行下产生的气动噪声。

Description

一种用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置 和方法
技术领域
本发明涉及一种用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置和方法,属于声学技术领域。
背景技术
随着经济社会快速发展,高速列车已成为国民出行的重要交通方式,高速列车的不断提速给社会带来了更低的时间成本和更高的经济效益。然而,噪声污染问题一直是限制高速列车运行速度的决定性因素,对高速列车运行噪声的控制已经成为我国降噪技术的研究重点。
在列车速度为350km/h的实测数据显示,安装于车厢上的受电弓及其底部空腔系统是列车的重要噪声源。目前国内外对高速列车的受电弓及其空腔系统的噪声的控制主要是采用被动降噪技术,比如用吸声材料和隔声材料来吸收声音、反射声音,不引入次级源,比如更改受电弓杆件的形状或者更改受电弓空腔壁面的倾斜程度,但是这些被动降噪技术对噪声的消除效果极其有限。
针对被动降噪技术的上述缺陷,目前国内外开发出了主动主动降噪技术,相对于被动降噪不引入次级源而言,主动降噪则引入了次级源,为了便于理解,通俗地讲则是“以声消声”,即发声音来抵消噪声,正确地实施主动降噪技术能够满足降噪的基本需求。因此,对高铁的受电弓部位采用主动降噪技术是一项新颖且具有巨大前景的研究。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题,本发明的目的是提供一种用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置和方法。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置,包括主动降噪单元和主动降噪控制单元,所述主动降噪单元包括设于高速列车的受电弓及其底部空腔系统的壁面表面的主动降噪载体和设于主动降噪载体内的降噪扬声器,所述主动降噪控制单元包括降噪控制微机和ANC噪声控制单元,所述降噪控制微机内设有微机控制单元,所述微机控制单元与ANC噪声控制单元相连,且,所述微机控制单元连接有控制电路,所述控制电路与受电弓及其底部空腔系统相连,所述ANC噪声控制单元包括相连的噪声采集单元和噪声反向驱动单元,所述噪声采集单元设于受电弓及其底部空腔系统的附近,所述噪声反向驱动单元与降噪扬声器相连。
一种实施方案,所述主动降噪载体可以隔绝载体内外侧空气的连通。
一种实施方案,所述主动降噪载体通过焊接的方式安装在所述受电弓及其底部空腔系统的壁面表面。
一种实施方案,包括多个主动降噪载体,多个主动降噪载体在所述受电弓及其底部空腔系统的壁面表面按照水平方向排成一排或多排。
一种实施方案,所述微机控制单元采用刀片服务器中的系统控制单元。
一种实施方案,所述微机控制单元通过控制总线与ANC噪声控制单元相连。
一种优选方案,所述控制总线为SMBUS控制总线、I2C控制总线、IPMB控制总线中的任意一种。
一种采用所述的用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置进行降噪的方法,包括如下步骤:
a)开启降噪控制微机,当降噪控制微机进入开机状态后,微机控制单元完成对ANC噪声控制单元的初始化工作,使ANC噪声控制单元处于可工作状态;
b)在降噪控制微机工作过程中,微机控制单元通过控制电路控制受电弓及其底部空腔系统,对其进行升起或下降的控制,实现微机控制单元对受电弓及其底部空腔系统的主动控制;
c)高速列车运行过程中,微机控制单元根据高速列车的用户配置情况开启ANC噪声控制单元,ANC噪声控制单元通过位于受电弓及其底部空腔系统附近的噪声采集单元采集受电弓及其底部空腔系统的噪声信号,经处理后产生与噪声幅度相等、相位相反的信号,处理后的信号传递给噪声反向驱动单元,噪声反向驱动单元驱动降噪扬声器发出与噪声反相的声音,从而实现受电弓及其底部空腔系统的降噪处理。
相较于现有技术,本发明的有益技术效果在于:
本发明提供的主动降噪装置和方法,通过微机控制单元控制降噪扬声器产生与噪声源相位相反的信号,实现噪声在一定频域范围内的降低或消除,可有效降低高速列车的受电弓及其底部空腔系统在高速运行下产生的气动噪声,相较于现有技术,取得了显著性进步和出乎意料的效果。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的高速列车的结构轮廓示意图;
图2是本发明实施例中提供的受电弓及其底部空腔系统、主动降噪装置的连接示意图;
图3是本发明实施例中主动降噪载体和降噪扬声器的连接示意图;
图4是本发明实施例中主动降噪装置的结构框图;
图中标号示意如下:1、高速列车;11、高速列车的车厢;2、受电弓及其底部空腔系统;21、受电弓及其底部空腔系统中的受电弓部位;22、受电弓及其底部空腔系统中的空腔部位;23、受电弓及其底部空腔系统的壁面表面;3、主动降噪载体;4、降噪扬声器;5、ANC噪声控制单元;51、噪声采集单元;52、噪声反向驱动单元;53、主动降噪电路;6、微机控制单元;7、控制电路。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步清楚、完整地描述。
实施例
请结合图1至图4所示:本发明提供的一种用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置,包括主动降噪单元和主动降噪控制单元,所述主动降噪单元包括设于高速列车1的受电弓及其底部空腔系统2的壁面表面23的主动降噪载体3和设于主动降噪载体3内的降噪扬声器4,所述主动降噪控制单元包括降噪控制微机(未显示)和ANC噪声控制单元5,所述降噪控制微机内设有微机控制单元6,所述微机控制单元6与ANC噪声控制单元5相连,且,所述微机控制单元6连接有控制电路7,所述控制电路7与受电弓及其底部空腔系统2相连,所述ANC噪声控制单元5包括相连的噪声采集单元51和噪声反向驱动单元52,所述噪声采集单元51设于受电弓及其底部空腔系统2的附近,所述噪声反向驱动单元52与降噪扬声器4相连。
本实施例中,所述ANC噪声控制单元5包括主动降噪电路53,所述噪声采集单元51、噪声反向驱动单元52均与主动降噪电路53相连,通过主动降噪电路53将噪声采集单元51、噪声反向驱动单元52集成于一体。
本实施例中,主动降噪载体3和降噪扬声器4构成主动降噪装置中的硬件部分,即主动降噪单元;ANC噪声控制单元5(包括噪声采集单元51和噪声反向驱动单元52)和微机控制单元6构成主动降噪装置中的软件部分,即主动降噪控制单元;所述的控制电路7与受电弓及其底部空腔系统2相连,可用于控制受电弓及其底部空腔系统2的运行,例如,控制受电弓及其底部空腔系统2中的受电弓部位21的升起和落下,该控制电路7可包含在高速列车的运行控制系统里,属于高速列车整车的运行控制系统的一部分。
本实施例中,所述主动降噪载体3可以隔绝载体内外侧空气的连通,从而大大减少设于主动降噪载体3内的降噪扬声器4的失真,进而提高主动降噪控制单元在噪声频域上的反相处理能力,从而更好地达到降噪目的。
本实施例中,所述主动降噪载体3通过焊接的方式安装在所述受电弓及其底部空腔系统2的壁面表面。
此外,所述主动降噪装置包括多个主动降噪载体3,多个主动降噪载体3在所述受电弓及其底部空腔系统2的壁面表面23按照水平方向排成一排或多排。本实施例中,参见图2所示,设有三个主动降噪载体3,三个主动降噪载体3在所述受电弓及其底部空腔系统2的壁面表面按照水平方向排成一排。单纯的使用一个降噪扬声器4仅能处理很小的区域的噪声,无法降低大范围空间的声音,因此,设有多个主动降噪载体3,即使用多个降噪扬声器4,从而可以处理更大范围内的噪声,进一步提高主动降噪装置整体的降噪效果。
本实施例中,所述微机控制单元6采用刀片服务器中的系统控制单元,使用的时候,可以将受电弓及其底部空腔系统2的管理功能和ANC噪声控制单元5的控制功能集成到微机控制单元6中。
具体的,所述微机控制单元6包括:
算术逻辑单元(ALU):所述算术逻辑单元是一种处理单元,用于执行所有的算术运算和逻辑运算,如加法、减法和位处理等;
数据寄存器:用于数据的中间处理和存储,以减少调进存储器和从存储器调出数据的数量,它也接受和传递CPU的进、出数据;
地址寄存器:用于储存存储器的地址,并与数据寄存器一起把输入/输出接口存储器的数据调进和调出;
时钟或CPU时基发生器:决定微机控制单元6的基本运算速度;
存储器:含有大量的存储单元,是储存指令和数据的部件,包括只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM),其中,只读存储器(ROM)中指令被永久性地储存起来,只能被读出而不能被消除;随机存储器(RAM)不仅能读出信息,而且能写入(即储存)信息;数据或可变化的信息储存在RAM里,在程序控制下的CPU可按需要读出或者更改某个RAM存储单元的存储信息;
输入/输出(I/O)接口:使得CPU和外界之间能进行通信,这些接口电路在CPU和外围设备之间传输数据,接口电路还能把外部数据变换成便于降噪控制微机使用的形式。
本实施例中,所述微机控制单元6可实现对ANC噪声控制单元5初始化的参数设置,并可以根据所控制受电弓及其底部空腔系统2的工作情况控制ANC噪声控制单元5(具体的为ANC噪声控制单元5中的主动降噪电路53)的增益参数,从而提高降噪效果。
本实施例中,所述微机控制单元6通过控制总线(未显示)与ANC噪声控制单元5相连。具体的,所述控制总线为SMBUS控制总线、I2C控制总线、IPMB控制总线中的任意一种。
采用所述的用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置进行降噪的方法,包括如下步骤:
a)开启降噪控制微机,当降噪控制微机进入开机状态后,微机控制单元6完成对ANC噪声控制单元5的初始化工作,使ANC噪声控制单元5处于可工作状态;
b)在降噪控制微机工作过程中,微机控制单元6通过控制电路7控制受电弓及其底部空腔系统2,对其进行升起或下降的控制,实现微机控制单元6对受电弓及其底部空腔系统2的主动控制;
c)高速列车1运行过程中,微机控制单元6根据高速列车1的用户配置情况开启ANC噪声控制单元5,ANC噪声控制单元5通过位于受电弓及其底部空腔系统2附近的噪声采集单元51采集受电弓及其底部空腔系统2的噪声信号,经处理后产生与噪声幅度相等、相位相反的信号,处理后的反相信号传递给噪声反向驱动单元52,噪声反向驱动单元驱动52降噪扬声器4发出与噪声反相的声音,从而实现受电弓及其底部空腔系统2的降噪处理。
最后有必要在此指出的是:以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式,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,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置,其特征在于:包括主动降噪单元和主动降噪控制单元,所述主动降噪单元包括设于高速列车的受电弓及其底部空腔系统的壁面表面的主动降噪载体和设于主动降噪载体内的降噪扬声器,所述主动降噪控制单元包括降噪控制微机和ANC噪声控制单元,所述降噪控制微机内设有微机控制单元,所述微机控制单元与ANC噪声控制单元相连,且,所述微机控制单元连接有控制电路,所述控制电路与受电弓及其底部空腔系统相连,所述ANC噪声控制单元包括相连的噪声采集单元和噪声反向驱动单元,所述噪声采集单元设于受电弓及其底部空腔系统的附近,所述噪声反向驱动单元与降噪扬声器相连。
2.根据权利要求1所述的用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置,其特征在于:所述主动降噪载体通过焊接的方式安装在所述受电弓及其底部空腔系统的壁面表面。
3.根据权利要求1所述的用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置,其特征在于:包括多个主动降噪载体,多个主动降噪载体在所述受电弓及其底部空腔系统的壁面表面按照水平方向排成一排或多排。
4.根据权利要求1所述的用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置,其特征在于:所述微机控制单元采用刀片服务器中的系统控制单元。
5.根据权利要求1所述的用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置,其特征在于:所述微机控制单元通过控制总线与ANC噪声控制单元相连。
6.根据权利要求5所述的用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置,其特征在于:所述控制总线为SMBUS控制总线、I2C控制总线、IPMB控制总线中的任意一种。
7.一种采用权利要求1所述的用于高速列车受电弓及其底部空腔系统的主动降噪装置进行降噪的方法,其特征在于,包括如下步骤:
a)开启降噪控制微机,当降噪控制微机进入开机状态后,微机控制单元完成对ANC噪声控制单元的初始化工作,使ANC噪声控制单元处于可工作状态;
b)在降噪控制微机工作过程中,微机控制单元通过控制电路控制受电弓及其底部空腔系统,对其进行升起或下降的控制,实现微机控制单元对受电弓及其底部空腔系统的主动控制;
c)高速列车运行过程中,微机控制单元根据高速列车的用户配置情况开启ANC噪声控制单元,ANC噪声控制单元通过位于受电弓及其底部空腔系统附近的噪声采集单元采集受电弓及其底部空腔系统的噪声信号,经处理后产生与噪声幅度相等、相位相反的信号,处理后的信号传递给噪声反向驱动单元,噪声反向驱动单元驱动降噪扬声器发出与噪声反相的声音,从而实现受电弓及其底部空腔系统的降噪处理。
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