CN113465724A - 一种用于有源降噪设备具有故障检测功能的次级声源及故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于有源降噪设备具有故障检测功能的次级声源及故障检测方法，次级声源成品设定了f₀与Q标准值，有源噪声控制器在工作状态下，会给次级声源模拟信号，使次级声源中喇叭单体发声，电压采集模块就会采集工作状态下的电压U，电流采集模块会采集工作状态下的电流I，然后提供给微处理模块，让其进行数据计算与分析，包括传递函数H的估计、计算振幅A与相位P，以及工作状态下的f₀'与Q'，然后与设定的阈值作比较，根据比较结果来判断次级声源的状态，最后微处理模块把当前情况下次级声源的状态反馈给有源噪声控制器。本发明应用场景的限制减少，无需额外增加电声器件，减少成本，具有较高的实用价值，可工程化应用。

Description

一种用于有源降噪设备具有故障检测功能的次级声源及故障 检测方法

技术领域

本发明涉及有源降噪技术领域，更具体地说是一种用于有源降噪设备具有故障检测功能的次级声源及故障检测方法。

背景技术

在使用有源降噪设备时，次级声源作为重要的电声器件之一，它的作用是播放次级噪声数据，与环境噪声产生声干涉，可以达到降噪的效果。在使用过程中，由于各种原因可以让次级声源发生故障，然而没有能够及时发现，导致播放出来的次级噪声数据变质，这会起到“反作用”。而且，在次级声源使用过程中，使用环境比较嘈杂，无法通过人工辨别哪个次级声源发生故障。次级声源的好坏直接影响有源降噪设备的降噪性能。

对于次级声源的故障检测，目前采用的是在使用设备初始化时，对其进行故障检测，仅仅可以判断出在使用之前，该次级声源是否故障，这种故障检测方法无法在设备使用时实时检测次级声源发生故障。一般次级声源的故障检测是次级声源生产厂商的重要环节，这里的故障检测方式种类层出不穷，然而应用于当前的工作环境当中，目前还没有好的解决方法能够实时的对次级声源进行故障检测。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种用于有源降噪设备具有故障检测功能的次级声源及故障检测方法主要的目的是在有源降噪设备正常工作的情况下，对次级声源能够实时检测其是否发生故障。该技术根据次级声源的阻抗曲线，对它的指标值进行处理分析，判断是否发生故障，设计出一种具有故障检测功能的次级声源，其在不影响有源降噪设备正常工作的情况下，同时不借助其他的电声器件或者检测仪器，仍能够准确的实时的判断出次级声源是否发生故障。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于有源降噪设备具有故障检测功能的次级声源，包括有源噪声控制器、次级声源，所述有源噪声控制器连接次级声源，所述次级声源包括喇叭单体、微处理模块、电压采集模块、电流采集模块，所述电压采集模块、电流采集模块连接于喇叭单体、微处理模块之间，所述微处理模块连接有源噪声控制器。

次级声源成品设定了f₀与Q标准值，有源噪声控制器在工作状态下，会给次级声源模拟信号，使次级声源中喇叭单体发声，电压采集模块就会采集工作状态下的电压U，电流采集模块会采集工作状态下的电流I，然后提供给微处理模块，让其进行数据计算与分析，包括传递函数H的估计、计算振幅A与相位P，以及工作状态下的f₀'与Q'，然后与设定的阈值作比较，根据比较结果来判断次级声源的状态，最后微处理模块把当前情况下次级声源的状态反馈给有源噪声控制器。

一种用于有源降噪设备具有故障检测功能的次级声源的故障检测方法，包括以下步骤：

S1.采集电压U和电流I；

S2.传递函数H的估计；

将电流I作为输入，电压U作为输出，在频域中，有U(f)＝H(f)I(f)，所以传递函数H的估计为：

S3.通过H，计算振幅A与相位P；

A＝20log₁₀(abs(H)) (2)

P＝angle(H) (3)

其中，abs()是计算复数模的函数，angle()是计算复数相位角的函数，角度介于±π之间；

S4.计算工作状态下f₀与Q值，记为f₀'与Q'；

f₀：次级声源的最低共振频率，是指次级声源阻抗曲线第一个极大值对应的频率，单位：Hz。如图3所示，

Q：次级声源的品质因数，是反映次级声源低频特性的一个重要参数，计算公式如下：

其中：R_DC为次级声源音圈直流电阻；f₁、f₂分别是在阻抗曲线中截取|Z_max|-3dB处即

和

所对应的频率值；r₀是f₀处次级声源的最大阻抗|Z_max|与次级声源音圈直流电阻R_DC之间的比值，计算公式如下：

S5.次级声源是否故障判定

阈值的设定：首先确定合格成品次级声源的f₀与Q标准值，工作状态下测量的f₀'与Q'值与标准值的差值的比例来作为判断依据，当公式(6)与(7)同时成立时，判定次级声源故障，否则没有发生故障。

通常取值范围为5％-7％，T_Q通常取值范围为10％-15％。

举例说明：

假设某一型号合格成品次级声源f₀标准值为122Hz，Q标准值为1.4490，R_DC为4Ω，判定阈值的设定

为5％,T_Q为10％，在有源降噪设备工作中，给次级声源输出模拟信号。

1.电压电流采集模块采集工作状态下的u和i；

2.利用传递函数的估计，可求出H；

3.通过(2)和(3)公式，计算出振幅A与相位P；

4.计算工作状态下f₀'与Q'：

利用阻抗曲线图，如图4所示。为了方便观察和计算，取0-1000Hz范围的阻抗曲线图，如图5所示，f₀'取第一个极大值对应的频率为121Hz，对应的|Z_max|为24.1850dB，所以

利用插值法可对应计算出f₁＝109.3404Hz，f₂＝134.1474Hz，

利用公式(7)，计算出

利用公式(4)，计算出

5.次级声源是否故障判定：

计算得到

则判定次级声源正常，通过微处理模块反馈给有源噪声控制器当前情况下次级声源的状态。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明的优势在于不依赖于其他电声器件，只需要获取电路中次级声源的电压电流，得到它的阻抗曲线，选取次级声源的阻抗曲线特性中f₀与Q值的特征值，通过实时计算f₀和Q值与合格成品标准值做差值的比例与阈值比较，以此来判断次级声源是否发生故障。

2、应用场景的限制减少，无需额外增加电声器件，减少成本，具有较高的实用价值，可工程化应用；

3、可在不影响有源降噪设备正常工作的情况下，对次级声源进行故障检测，可实时了解次级声源的状态。

4、设定阈值的方式较为创新。

附图说明

图1为本发明次级声源的原理模块图；

图2为次级声源故障检测方法流程图；

图3为次级声源的阻抗曲线图；

图4为某型号次级声源的阻抗曲线；

图5为取0-1000Hz范围的某型号次级声源的阻抗曲线图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示的一种用于有源降噪设备具有故障检测功能的次级声源，包括有源噪声控制器、次级声源，所述有源噪声控制器连接次级声源，所述次级声源包括喇叭单体、微处理模块、电压采集模块、电流采集模块，所述电压采集模块、电流采集模块连接于喇叭单体、微处理模块之间，所述微处理模块连接有源噪声控制器。

次级声源成品设定了f₀与Q标准值，有源噪声控制器在工作状态下，会给次级声源模拟信号，使次级声源中喇叭单体发声，电压采集模块就会采集工作状态下的电压U，电流采集模块会采集工作状态下的电流I，然后提供给微处理模块，让其进行数据计算与分析，包括传递函数H的估计、计算振幅A与相位P，以及工作状态下的f₀'与Q'，然后与设定的阈值作比较，根据比较结果来判断次级声源的状态，最后微处理模块把当前情况下次级声源的状态反馈给有源噪声控制器。

实施例二

如图2所示的一种用于有源降噪设备具有故障检测功能的次级声源故障检测方法，包括以下步骤：

S1.采集电压U和电流I；

S2.传递函数H的估计；

将电流I作为输入，电压U作为输出，在频域中，有U(f)＝H(f)I(f)，所以传递函数H的估计为：

S3.通过H，计算振幅A与相位P；

A＝20log₁₀(abs(H)) (2)

P＝angle(H) (3)

其中，abs()是计算复数模的函数，angle()是计算复数相位角的函数，角度介于±π之间；

S4.计算工作状态下f₀与Q值，记为f₀'与Q'；

f₀：次级声源的最低共振频率，是指次级声源阻抗曲线第一个极大值对应的频率，单位：Hz。如图3所示，

Q：次级声源的品质因数，是反映次级声源低频特性的一个重要参数，计算公式如下：

其中：R_DC为次级声源音圈直流电阻；f₁、f₂分别是在阻抗曲线中截取|Z_max|-3dB处即

和

所对应的频率值；r₀是f₀处次级声源的最大阻抗|Z_max|与次级声源音圈直流电阻R_DC之间的比值，计算公式如下：

S5.次级声源是否故障判定

阈值的设定：首先确定合格成品次级声源的f₀与Q标准值，工作状态下测量的f₀'与Q'值与标准值的差值的比例来作为判断依据，当公式(6)与(7)同时成立时，判定次级声源故障，否则没有发生故障。

通常取值范围为5％-7％，T_Q通常取值范围为10％-15％。

实施例三

假设某一型号合格成品次级声源f₀标准值为122Hz，Q标准值为1.4490，R_DC为4Ω，判定阈值的设定

为5％,T_Q为10％，在有源降噪设备工作中，给次级声源输出模拟信号。

1.电压电流采集模块采集工作状态下的u和i；

2.利用传递函数的估计，可求出H；

3.通过(2)和(3)公式，计算出振幅A与相位P；

4.计算工作状态下f₀'与Q'：

利用阻抗曲线图，如图4所示。为了方便观察和计算，取0-1000Hz范围的阻抗曲线图，如图5所示，f₀'取第一个极大值对应的频率为121Hz，对应的|Z_max|为24.1850dB，所以

利用插值法可对应计算出f₁＝109.3404Hz，f₂＝134.1474Hz，

利用公式(7)，计算出

利用公式(4)，计算出

5.次级声源是否故障判定：

计算得到

则判定次级声源正常，通过微处理模块反馈给有源噪声控制器当前情况下次级声源的状态。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于有源降噪设备具有故障检测功能的次级声源，其特征在于：包括有源噪声控制器、次级声源，所述有源噪声控制器连接次级声源，所述次级声源包括喇叭单体、微处理模块、电压采集模块、电流采集模块，所述电压采集模块、电流采集模块连接于喇叭单体、微处理模块之间，所述微处理模块连接有源噪声控制器。

2.根据权利要求1所述的一种用于有源降噪设备具有故障检测功能的次级声源，其特征在于：次级声源成品设定了f₀与Q标准值，有源噪声控制器在工作状态下，会给次级声源模拟信号，使次级声源中喇叭单体发声，电压采集模块会采集工作状态下的电压U，电流采集模块会采集工作状态下的电流I，然后提供给微处理模块，让其进行数据计算与分析，然后与设定的阈值作比较，根据比较结果来判断次级声源的状态，最后微处理模块把当前情况下次级声源的状态反馈给有源噪声控制器。

3.一种用于有源降噪设备具有故障检测功能的次级声源的故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.电压采集模块、电流采集模块分别采集电压U和电流I；

S2.传递函数H的估计；

将电流I作为输入，电压U作为输出，在频域中，有U(f)＝H(f)I(f)，所以传递函数H的估计为：

S3.通过H，计算振幅A与相位P；

A＝20log₁₀(abs(H)) (2)

P＝angle(H) (3)

其中，abs()是计算复数模的函数，angle()是计算复数相位角的函数，角度介于±π之间；

S4.计算工作状态下f₀与Q值，记为f₀'与Q'；

f₀：次级声源的最低共振频率，是指次级声源阻抗曲线第一个极大值对应的频率，单位：Hz，

Q：次级声源的品质因数，是反映次级声源低频特性的一个重要参数，计算公式如下：

其中：R_DC为次级声源音圈直流电阻；f₁、f₂分别是在阻抗曲线中截取|Z_max|-3dB处即

和

所对应的频率值；r₀是f₀处次级声源的最大阻抗|Z_max|与次级声源音圈直流电阻R_DC之间的比值，计算公式如下：

S5.次级声源是否故障判定

阈值的设定：首先确定合格成品次级声源的f₀与Q标准值，工作状态下测量的f₀'与Q'值与标准值的差值的比例来作为判断依据，当公式(6)与(7)同时成立时，判定次级声源故障，否则没有发生故障。

4.根据权利要求3所述的一种用于有源降噪设备具有故障检测功能的次级声源的故障检测方法，其特征在于，

取值范围为5％-7％，T_Q取值范围为10％-15％。

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