CN115027675A - 一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，安装于无人机机体，包括：横向调节单元，其具有能够安装于无人机机体的一连接部以及沿长度方向移动于连接部的一横向调节部；纵向调节单元，其包括连接于横向调节部底部的一安装座以及沿竖直方向移动于安装座下部的一纵向调节部；噪声传感器，其安装于纵向调节部，噪声传感器通过横向调节部和所述纵向调节部带动其多维度对爆破现场噪声进行测量。该基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，可带动噪声传感器进行多方位调节，可实现空中多角度的测量，以满足噪声传感器寻找到无人机的安装测量位置，以最大限度降低无人机自身噪声对爆破噪声测量的影响，丰富实验数据，并可降低测量人员风险。
Description
技术领域
本发明涉及爆破现场噪声测量技术领域，尤其涉及一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置。
背景技术
随着国家对环境质量的重视和人们对美好生活追求的不断提高，环境噪声越来越被大家所重视，环境噪声中爆破建筑带来的噪声峰值高，频率低，对人和建筑物的影响具体表现为：听力损伤效应、噪声生理效应、噪声心理效应和对建筑物的破坏效应。因而，如何准确测量爆破噪声对周围环境的影响，是亟待解决的现实科学问题。其中爆破噪声和无人机噪声总声压级相差较大，且主频相差较远，通过计算流体力学与试验相结合的方法，分析多旋翼无人机的流场和噪声分布场，针对目前测试噪声存在的缺点，提出一种搭载在无人机上用于爆破现场噪声测量的装置。物理学中把发声物体做无规则振动发出的声音叫做噪声。凡是干扰人们休息和工作的声音，我们统称为噪声。当噪声对周围环境造成不良影响时，就形成了噪声污染。噪声通常指任意的随机干扰。热噪声又称白噪声或约翰逊噪声，是由处在一定温度下的各种物质内部微粒作无规律的随机热运动而产生的，常用统计数学的方法进行研究。噪声测量是对噪声进行测量的一种工具。
传统爆破现场噪声测量通常为固定地点安装噪声测量设备进行爆破噪声测量，只能局限在地面进行噪声测量，无法进行多维度多角度的测量，噪声测量角度比较单一，无法获得更丰富的爆破噪声检测数据，且测量人员在爆破现场进行测量存在一定的安全隐患。现如今也有在无人机上安装噪声测量设备，但无人机本身会产生一定的噪声，噪声会对爆破噪声测量设备产生一定的影响，所以需要找到噪声设备相对无人机的最佳安装测量位置，以最大限度降低无人机自身噪声对爆破噪声测量的影响。在授权公告号CN 211013237U中记载了一种噪声检测装置，通过采集器感受噪声的大小，由无人机的带动能够快速的找到噪声源，但是未考虑到无人机机体本身产生的噪音，不便于将采集器安装到无人机最佳安装测量的位置。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，利用爆破噪声远大于无人机自身噪声，且爆破噪声与无人机噪声频率差别较大的物理原理，提出一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，解决现有技术中爆破现场噪声测量方式的局限以及不便于寻找噪声测量设备相对无人机的最佳安装测量位置的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案包括一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，安装于无人机机体，包括：横向调节单元，其具有能够安装于所述无人机机体的一连接部以及沿长度方向移动于所述连接部的一横向调节部；纵向调节单元，其包括连接于所述横向调节部底部的一安装座以及沿竖直方向移动于所述安装座下部的一纵向调节部；噪声传感器，其安装于所述纵向调节部，所述噪声传感器通过所述横向调节部和所述纵向调节部带动其多维度对爆破现场噪声进行测量，以及测量无人机自身噪声以定位无人机噪声对测量影响最小方位；控制单元，所述控制单元的输入端与所述噪声传感器的输出端电连接，所述控制单元的输出端分别与所述横向调节部和所述纵向调节部的输入端电连接。
优选的，所述横向调节单元包括两个固定板、两根碳管、四个固定连接件、横向丝杆、横向步进电机、横向移动滑块以及第一限位件，两个所述固定板相对设置，两根所述碳管可拆卸连接于两个所述固定板之间，两根所述碳管通过四个所述固定连接件连接于所述无人机机体，所述横向丝杆可转动连接于两个所述固定板之间，所述横向步进电机设于一个所述固定板的一侧，其输出端与所述横向丝杆的一端固定连接，所述横向步进电机的输入端与所述控制单元的输出端电连接，所述横向移动滑块套接于所述横向丝杆外部与其螺纹连接，所述横向移动滑块底部与所述纵向调节单元顶部固定连接，所述第一限位件设于两个所述固定板之间且与所述纵向调节单元上部连接，供于支撑和限位所述纵向调节单元。
优选的，所述纵向调节单元包括安装座、两个连接板、竖管、纵向丝杆、纵向步进电机、纵向移动滑块以及第二限位件，所述安装座垂直安装于所述横向移动滑块底部，两个所述连接板相对设置，且一个所述连接板连接于所述安装座底部，所述竖管可拆卸连接于两个所述连接板之间，所述纵向丝杆可转动连接于两个所述连接板，所述纵向步进电机设于一个所述连接板，且所述纵向步进电机的输出端与所述纵向丝杆的一端固定连接，所述纵向移动滑块套设于所述纵向丝杆外部且与其螺纹连接，所述竖管穿过所述纵向移动滑块，所述第二限位件安装于所述纵向移动滑块且滑动套接于所述竖管周壁，所述噪声传感器安装于所述纵向移动滑块，所述纵向步进电机的输入端与所述控制单元的输出端电连接。
优选的，所述控制单元包括控制板、步进电机驱动器、无线通信模块以及两个激光测距模块，所述控制板安装于所述连接板，两个所述激光测距模块分别安装于所述固定板和所述连接板，所述控制板分别与所述步进电机驱动器、所述无线通信模块以及两个所述激光测距模块连接，所述步进电机驱动器与所述横向步进电机和所述纵向步进电机连接，所述无线通信模块用于与所述控制板之间进行数据传输，所述激光测距模块用于测量所述噪声传感器方位。
优选的，所述第一限位件包括可拆卸安装于两个所述固定板之间的横管、套接于所述横管外部的支架以及可转动连接于所述支架端部的横向滑轮，所述支架的一端安装于所述安装座，所述横向滑轮安装于所述支架的另一端且与所述横管远离所述安装座的一侧接触。
优选的，所述横管设置为圆柱体结构，所述横向滑轮表面设置有贴合于所述横管表面的凹槽。
优选的，所述固定板上开设有通槽，所述碳管端部穿过所述通槽，所述碳管端部卡接有抵触于所述固定板的固定卡。
优选的，所述竖管设置有两个，两个所述竖管外部均套设有所述第二限位件，所述第二限位件包括两个安装块以及转动连接于两个所述安装块的纵向滑轮，两个所述纵向滑轮相对设置于所述纵向移动滑块且之间形成接触于竖管周壁的滑轨区域，所述纵向滑轮通过所述安装块与所述纵向移动滑块固定连接。
优选的，还包括稳固环，所述稳固环套接于所述纵向丝杆底部且与所述连接板固定连接。
优选的，所述横管设置有两根，两根所述横管对称设置于两个所述固定板之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：该基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，通过横向调节单元、纵向调节单元、噪声传感器和控制单元的设置，噪声传感器用于实时检测无人机上所产生的噪声数据，噪声传感器设于纵向调节单元，横向调节单元和纵向调节单元用于带动噪声传感器进行多方位调节，可实现空中多角度的测量，以满足噪声传感器寻找到无人机的最佳安装测量位置，以最大限度降低无人机自身噪声对爆破噪声测量的影响，丰富实验数据，并可降低测量人员风险。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明横向调节单元、纵向调节单元、噪声传感器和控制单元的示意图；
图3是本发明横向调节单元、纵向调节单元、噪声传感器和控制单元一个角度的示意图；
图4是本发明横向调节单元、纵向调节单元、噪声传感器和控制单元的仰视图；
图5是用于仿真实验无人机模型，(a)为无人机整体模型侧视图，(b)为无人机整体模型侧视图，(c)为无人机整体模型侧视图；
图6是无人机空气动力特性仿真分析中不同时刻无人机整体流线图；
图7是分析T＝0.010s时刻的流线图，在无人机下方偏左和偏右的位置会有涡流产生，选择无人机下方流场较为稳定的区域，测量位置里面的红点即为安排的测量位置；
图8是噪声测量点位置；
图9是仿真结果频谱图。
附图标记：10、横向调节单元；11、固定板；12、碳管；13、固定连接件；14、横向丝杆；15、横向步进电机；16、横向移动滑块；17、横管；18、支架；19、横向滑轮；20、纵向调节单元；21、安装座；22、连接板；23、竖管；24、纵向丝杆；25、纵向步进电机；26、纵向移动滑块；27、第二限位件；30、噪声传感器；31、板载噪声模块；40、控制单元；41、控制板；42、激光测距模块；43、无线通信模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-4所示，本发明提供了一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，安装于无人机机体，包括横向调节单元10、纵向调节单元20、噪声传感器30以及控制单元40，噪声传感器30用于实时检测无人机上所产生的噪声数据，噪声传感器30设于纵向调节单元20，横向调节单元10和纵向调节单元20用于带动噪声传感器30进行多方位调节，以满足噪声传感器30寻找到无人机的最佳安装测量位置，以最大限度降低无人机自身噪声对爆破噪声测量的影响。
横向调节单元10，其具有能够安装于无人机机体的一连接部以及沿长度方向移动于连接部的一横向调节部；横向调节单元10可进行横向调节。
纵向调节单元20，其包括连接于横向调节部底部的一安装座以及沿竖直方向移动于安装座下部的一纵向调节部；纵向调节单元20可进行纵向调节。
噪声传感器30，其安装于纵向调节部，噪声传感器30通过横向调节部和纵向调节部带动其多维度对爆破现场噪声进行测量，以及测量无人机自身噪声以定位无人机噪声对测量影响最小方位。
控制单元40，控制单元40的输入端与噪声传感器30的输出端电连接，控制单元40的输出端分别与横向调节部和纵向调节部的输入端电连接。
具体而言，横向调节单元10包括两个固定板11、两根碳管12、四个固定连接件13、横向丝杆14、横向步进电机15、横向移动滑块16以及第一限位件，两个固定板11相对设置，两根碳管12可拆卸连接于两个固定板11之间，两根碳管12通过四个固定连接件13连接于无人机机体，碳管12与固定板11可拆卸连接，方便横向调节单元10的拆装，碳管12的质量较轻，方便无人机的飞行，固定板11采用碳纤维材料制成，横向丝杆14可转动连接于两个固定板11之间，在本实施例中横向丝杆14设置于两个固定板11相对面的中心处，横向步进电机15设于一个固定板11的一侧，其输出端与横向丝杆14的一端固定连接，固定板11对横向步进电机15起到了支撑的作用，横向步进电机15的输入端与控制单元40的输出端电连接，横向移动滑块16套接于横向丝杆14外部与其螺纹连接，横向移动滑块16底部与纵向调节单元20顶部固定连接。
在本实施例中，通过横向步进电机15带动横向丝杆14转动，横向丝杆14转动带动横向移动滑块16横向移动，横向移动滑块16带动纵向调节单元20横向移动。
第一限位件设于两个固定板11之间且与纵向调节单元20上部连接，供于支撑和限位纵向调节单元20。固定板11上开设有通槽，碳管12端部穿过通槽，碳管12端部卡接有抵触于固定板11的固定卡。第一限位件包括可拆卸安装于两个固定板11之间的横管17、套接于横管17外部的支架18以及可转动连接于支架18端部的横向滑轮19，支架18的一端通过螺丝固定安装在纵向调节单元20的上部，横向滑轮19可转动安装在支架18的另一端且与横管17远离纵向调节单元20的一侧接触。横管17设置为圆柱体结构，横向滑轮19表面设置有贴合于横管17表面的凹槽。横管17设置有两根，两根横管17对称设置于两个固定板11之间。
在本实施例中，横管17和横向滑轮19采用碳纤维材料制成。通过横管17、支架18和横向滑轮19的设置对纵向调节单元20起到了支撑和限位的作用，且方便纵向调节单元20在横向调节单元10下部滑动，减小横向移动的阻力。
具体而言，纵向调节单元20包括安装座21、两个连接板22、竖管23、纵向丝杆24、纵向步进电机25、纵向移动滑块26以及第二限位件27，安装座21垂直安装于横向移动滑块16底部，两个连接板22相对设置，且一个连接板22连接于安装座21底部，支架18的一端安装于安装座21，横向滑轮19安装于支架18的另一端且与横管17远离安装座21的一侧接触，竖管23可拆卸连接于两个连接板22之间，纵向丝杆24可转动连接于两个连接板22，在本实施例中，纵向丝杆24转动连接于两个连接板22的中心处，纵向步进电机25设于一个连接板22，且纵向步进电机25的输出端与纵向丝杆24的一端固定连接，纵向移动滑块26套设于纵向丝杆24外部且与其螺纹连接，在本实施例中，纵向丝杆24位于纵向移动滑块26的中心处，竖管23穿过纵向移动滑块26，纵向移动滑块26上开设有供竖管23穿过的滑槽，第二限位件27安装于纵向移动滑块26且滑动套接于竖管23周壁，噪声传感器30安装于纵向移动滑块26，纵向步进电机25的输入端与控制单元40的输出端电连接。竖管23设置有两个，两个竖管23外部均套设有第二限位件27，第二限位件27包括两个安装块以及转动连接于两个安装块的纵向滑轮，两个纵向滑轮相对设置于纵向移动滑块26且之间形成接触于竖管23周壁的滑轨区域，纵向滑轮通过安装块与纵向移动滑块26固定连接。
在本实施例中，安装座21设置为“凳体”形状，包括一个板体和四个支撑柱，板体设置为长方体结构，四个支撑柱顶端安装于板体的四个角，板体的顶部与支架18通过螺丝固定连接，四个支撑柱的底端与连接板22的顶部固定连接。
通过纵向步进电机25转动带动纵向丝杆24转动，纵向丝杆24通过带动纵向移动滑块26运动，以达到噪声传感器30随纵向移动滑块26的运动而运动，其中两个安装块以及纵向滑轮提供纵向移动滑块26在竖向移动时轴向固定。
具体而言，控制单元40包括控制板41、步进电机驱动器、无线通信模块43以及两个激光测距模块42，控制板41安装于连接板22，两个激光测距模块42分别安装于固定板11和连接板22，控制板41分别与步进电机驱动器、无线通信模块43以及两个激光测距模块42连接，步进电机驱动器与横向步进电机15和纵向步进电机25连接，无线通信模块43用于与控制板41之间进行数据传输，激光测距模块42用于测量噪声传感器30方位。还包括稳固环，稳固环套接于纵向丝杆24底部且与连接板22固定连接。
在本实施例中，控制板41为STM32芯片的控制板41，控制单元40主要实现通过两个激光测距模块42测得噪声传感器30横向和纵向的距离，并用过无线通信模块43将数据实时发送给上位机，通过无线通信模块43接收上位机发送过来的噪声传感器30将要移动的位置，并通过控制板41解析计算出该距离所需驱动电机转动的脉冲数，通过横向调节单元10和纵向调节单元20实现精准移动。
还包括板载噪声模块31，板载噪声模块31安装于纵向移动滑块26上与噪声传感器30连接，控制板41通过板载噪声模块31测得的噪声数据，进行数据处理后发送给上位机。
还包括锂电池、分电板以及电压转换器，锂电池连接分电板，通过分电板和步进电机驱动器给横向步进电机15和纵向步进电机25供电，分电板通过电压转换器与控制板41连接，为控制板41供电，无线通信模块43与控制板41连接，直接与控制板进行数据传输直接进行数据传输，两个激光测距模块42直接连接控制板41，通过控制板41供电，两个激光测距模块42与控制板41进行数据传输。
如图5-9所示，本发明通过对搭载噪声测量装置的无人机进行空气动力特性仿真分析，可以看出初始噪声测量点的五个位置的主频都在120Hz左右，在主频频峰上，分析同一位置，不同距离的三个点(0.4，0.3，0.2)可以发现安装在不同距离会显著降低主频峰值，且距离无人机距离越远，主频频峰越低；在总声压级上，分析同一位置，不同距离的三个点(0.4，0.3，0.2)可以发现安装在不同距离会显著降低总声压级，且距离无人机距离越远，主频频峰越低；综上分析可以看出在距离无人机最远的位置总声压级最小，主频频峰最低，测量爆破噪声效果最好。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，安装于无人机机体，其特征在于，包括：
横向调节单元，其具有能够安装于所述无人机机体的一连接部以及沿长度方向移动于所述连接部的一横向调节部；
纵向调节单元，其包括连接于所述横向调节部底部的一安装座以及沿竖直方向移动于所述安装座下部的一纵向调节部；
噪声传感器，其安装于所述纵向调节部，所述噪声传感器通过所述横向调节部和所述纵向调节部带动其多维度对爆破现场噪声进行测量，以及测量无人机自身噪声以定位无人机噪声对测量影响最小方位；
控制单元，所述控制单元的输入端与所述噪声传感器的输出端电连接，所述控制单元的输出端分别与所述横向调节部和所述纵向调节部的输入端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，其特征在于：所述横向调节单元包括两个固定板、两根碳管、四个固定连接件、横向丝杆、横向步进电机、横向移动滑块以及第一限位件，两个所述固定板相对设置，两根所述碳管可拆卸连接于两个所述固定板之间，两根所述碳管通过四个所述固定连接件连接于所述无人机机体，所述横向丝杆可转动连接于两个所述固定板之间，所述横向步进电机设于一个所述固定板的一侧，其输出端与所述横向丝杆的一端固定连接，所述横向步进电机的输入端与所述控制单元的输出端电连接，所述横向移动滑块套接于所述横向丝杆外部与其螺纹连接，所述横向移动滑块底部与所述纵向调节单元顶部固定连接，所述第一限位件设于两个所述固定板之间且与所述纵向调节单元上部连接，供于支撑和限位所述纵向调节单元。
3.根据权利要求2所述的一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，其特征在于：所述纵向调节单元包括安装座、两个连接板、竖管、纵向丝杆、纵向步进电机、纵向移动滑块以及第二限位件，所述安装座垂直安装于所述横向移动滑块底部，两个所述连接板相对设置，且一个所述连接板连接于所述安装座底部，所述竖管可拆卸连接于两个所述连接板之间，所述纵向丝杆可转动连接于两个所述连接板，所述纵向步进电机设于一个所述连接板，且所述纵向步进电机的输出端与所述纵向丝杆的一端固定连接，所述纵向移动滑块套设于所述纵向丝杆外部且与其螺纹连接，所述竖管穿过所述纵向移动滑块，所述第二限位件安装于所述纵向移动滑块且滑动套接于所述竖管周壁，所述噪声传感器安装于所述纵向移动滑块，所述纵向步进电机的输入端与所述控制单元的输出端电连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，其特征在于：所述控制单元包括控制板、步进电机驱动器、无线通信模块以及两个激光测距模块，所述控制板安装于所述连接板，两个所述激光测距模块分别安装于所述固定板和所述连接板，所述控制板分别与所述步进电机驱动器、所述无线通信模块以及两个所述激光测距模块连接，所述步进电机驱动器与所述横向步进电机和所述纵向步进电机连接，所述无线通信模块用于与所述控制板之间进行数据传输，所述激光测距模块用于测量所述噪声传感器方位。
5.根据权利要求4所述的一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，其特征在于：所述第一限位件包括可拆卸安装于两个所述固定板之间的横管、套接于所述横管外部的支架以及可转动连接于所述支架端部的横向滑轮，所述支架的一端安装于所述安装座，所述横向滑轮安装于所述支架的另一端且与所述横管远离所述安装座的一侧接触。
6.根据权利要求5所述的一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，其特征在于：所述横管设置为圆柱体结构，所述横向滑轮表面设置有贴合于所述横管表面的凹槽。
7.根据权利要求5所述的一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，其特征在于：所述固定板上开设有通槽，所述碳管端部穿过所述通槽，所述碳管端部卡接有抵触于所述固定板的固定卡。
8.根据权利要求3所述的一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，其特征在于：所述竖管设置有两个，两个所述竖管外部均套设有所述第二限位件，所述第二限位件包括两个安装块以及转动连接于两个所述安装块的纵向滑轮，两个所述纵向滑轮相对设置于所述纵向移动滑块且之间形成接触于竖管周壁的滑轨区域，所述纵向滑轮通过所述安装块与所述纵向移动滑块固定连接。
9.根据权利要求4所述的一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，其特征在于：还包括稳固环，所述稳固环套接于所述纵向丝杆底部且与所述连接板固定连接。
10.根据权利要求6所述的一种基于无人机平台用爆破现场噪声测量装置，其特征在于：所述横管设置有两根，两根所述横管对称设置于两个所述固定板之间。
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