CN212318118U - 一种主动消声器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种主动消声器，属于消声器领域，外壳内部安装有挡板和多孔材料层，挡板中心安装有转轴，挡板上开设有若干气流孔；电机的输出轴端部连接有第一带轮，转轴的前端安装有第二带轮，第二带轮通过皮带与第一带轮传动连接；电机通过电机驱动器与计算机电连；多孔材料层的后部安装有刚性壁，挡板前面安装有第一声压传感器，刚性壁前面安装有第二声压传感器，两个声压传感器均与计算机电连接；多孔材料层和刚性壁之间的外壳侧壁上开设有第一通孔，第一通孔内安装有电磁阀，电磁阀与计算机电连接连。该消声器是在噪声频率不断改变的情况下，通过对信息的采集和结构的调整使得消声器的吸声系数始终保持在最佳值，新颖独特，吸声效率高。

Description

一种主动消声器

技术领域

本实用新型属于消声器技术领域，具体涉及一种主动消声器。

背景技术

在吸声技术领域内，采用最广泛的吸声技术有以下三种：吸声材料吸声、穿孔板吸声、阻抗复合吸声。吸声材料的吸声原理是：利用吸声材料本身的吸声性能对噪声进行吸收从而达到吸声效果。穿孔板吸声的原理是：在金属板或木板上开有若干个小孔，安装在刚性壁前距离D处，构成若干个并联的亥姆霍兹共振器。当声波传到共振器时，小孔孔径中的气体，在声波的压力下，像活塞一样做往复运动。这运动的气体具有一定的质量和惯性，它抗拒由于声波作用而引起的运动速度的变化，称之为声质量Ma。同时，声波进入小孔孔径时，由于孔壁的摩擦和阻尼，使得相当一部分声能量变为热能而消耗掉，称之为声阻Ra。另外，充满气体的空腔，即穿孔板与刚性壁之间的空气层，相当于一个弹簧，具有阻碍来自小孔的压力变化的特性，称之为声顺Ca。穿孔板吸声结构就是依靠声质量Ma、声阻Ra和声顺Ca的组合而起到衰减声能的作用，以达到吸声效果。阻抗复合吸声是将阻性消声器与抗性消声器两者的特点结合起来，在结构上进行合理的布置，使得两者充分发挥其优点以达到理想的吸声效果。

以上三种吸声技术都属于被动吸声，其在使用过程中无法根据噪声频率的改变而对吸声性能进行适当的调整。而发动机的排气噪声频率根据发动机的运行工况在不断地变化，所以上述三种消声器无法实现较为理想的吸声效果。

因此，研制一种可根据噪声频率的改变吸声性能也随之改变的主动消声器势在必行。

实用新型内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种主动消声器。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种主动消声器，包括横截面为圆形的外壳和电机，所述外壳内部沿其轴向依次安装有相邻的挡板和多孔材料层；

所述多孔材料层与所述外壳内壁之间密封连接；所述挡板与所述外壳内壁之间间隙配合，中心安装有转轴，所述挡板上随机开设有若干与所述多孔材料层配合的气流孔；所述电机设置在所述外壳外壁，其输出轴端部连接有第一带轮，所述转轴的前端安装有第二带轮，所述第二带轮通过皮带与第一带轮传动连接；所述电机通过导线连接有电机驱动器，所述电机驱动器与计算机电连接

所述多孔材料层的后部安装有与所述外壳内壁配合的刚性壁，所述挡板前面安装有第一声压传感器，所述刚性壁前面安装有第二声压传感器，所述第一声压传感器与第二声压传感器均与所述计算机电连接；所述多孔材料层和刚性壁之间的外壳侧壁上开设有第一通孔，所述第一通孔内安装有电磁阀，所述电磁阀与所述计算机电连接连。

优选地，所述外壳内壁沿周向均匀设置有至少三个限位槽，所述刚性壁沿周向设置有至少三个与所述限位槽配合的限位块，所述限位块嵌入所述限位槽内，所述刚性壁与所述外壳内壁之间留有间隙。

优选地，所述外壳为圆形金属筒。

优选地，所述电机为步进电机。

优选地，所述多孔材料层为复合岩棉板。

优选地，所述第二声压传感器位于所述电磁阀与所述刚性壁之间。

优选地，所述第一声压传感器和第二声压传感器均为麦克风。

优选地，还包括密封外壳，所述外壳上开设有第二通孔，所述密封外壳穿过所述第二通孔，所述第一带轮、皮带和第二带轮均设置在所述密封外壳内、通过密封外壳密封在一起，所述密封外壳与所述外壳的接触部分通过焊接固定连接。

本实用新型提供的主动消声器具有以下有益效果：

1、本实用新型根据噪声频率在挡板背后的空腔内通过一定的气流，当流场中的声波与气流孔中气流相互作用时，形成非定常脱落涡环，而波和涡相互作用引起的能量转换将改变壁面的阻抗性质，从而改变吸声系数，提高吸声效果；

2、本实用新型根据挡板背后空腔通过气流的流量信息，通过电机带动挡板传动对穿孔率进行调整，从而减小能量的消耗。

3、本实用新型从整体上来说，是在噪声频率不断改变的情况下，通过对声波信息的采集和气流孔位置的调整使得消声器的吸声系数始终保持在最佳值，结构简单，新颖独特，吸声效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本实用新型的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1的主动消声器的结构示意图；

图2为的结构示意图；

图3为图1的A-A剖面图。

附图标记说明：

挡板1、多孔材料层2、刚性壁3、第二带轮4、密封外壳5、转轴6、皮带7、第一带轮8、第一声压传感器9、电机10、电机驱动器11、计算机12、电磁阀13、气流14、第二声压传感器15、外壳16、限位槽17、限位块18。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。

实施例1

本实用新型提供了一种主动消声器，具体如图1至图3所示，包括横截面为圆形的外壳16和电机10，外壳16内部沿其轴向依次安装有相邻的挡板1和多孔材料层2；为了保证使用效果和使用方便，本实施例中，外壳16为圆形金属筒，电机10为步进电机，多孔材料层2为复合岩棉板。

多孔材料层2与外壳16内壁之间密封连接；挡板1与外壳16内壁之间间隙配合，中心安装有转轴6，挡板1上随机开设有若干与多孔材料层2配合的气流孔19；电机10设置在外壳16外壁，其输出轴端部连接有第一带轮8，转轴6的前端安装有第二带轮4，第二带轮4通过皮带7与第一带轮8传动连接；电机10通过导线连接有电机驱动器11，电机驱动器11与计算机12电连接并由计算机12控制；通过计算机12向电机驱动器11发送指令控制电机10的运行，电机10带动第一带轮8转动，进而带动第一带轮8和第二带轮4转动，第二带轮4带动转轴6转动，转轴6带动挡板1转动，调节挡板1上的气流孔19位置，对穿孔率进行调整，从而减小能量的消耗。

多孔材料层2的后部安装有与外壳16内壁配合的刚性壁3，挡板1前面安装有第一声压传感器9，刚性壁3前面安装有第二声压传感器15，第一声压传感器9与第二声压传感器15均与计算机12电连接；多孔材料层2和刚性壁3之间的外壳16侧壁上开设有第一通孔，第一通孔内安装有电磁阀13，电磁阀13与计算机12电连接连。具体的，本实施例中，第二声压传感器15位于电磁阀13与刚性壁3之间。挡板1与刚性壁3之间形成空腔，根据噪声频率在挡板1背后的空腔内通过一定的气流，当流场中的声波与气流孔中气流相互作用时，形成非定常脱落涡环，而波和涡相互作用引起的能量转换将改变壁面的阻抗性质，从而改变吸声系数，提高吸声效果。

进一步地，本实施例中，外壳16内壁沿周向均匀设置有至少三个限位槽17，刚性壁3沿周向设置有至少三个与限位槽17配合的限位块18，限位块18嵌入限位槽17内，刚性壁3与外壳16内壁之间留有间隙。

具体的，本实施例中，第一声压传感器9和第二声压传感器15均为麦克风，通过麦克风来采集声波信号。

进一步地，本实施例中，还包括密封外壳5，外壳5上开设有第二通孔，密封外壳5穿过第二通孔，第一带轮8、皮带7和第二带轮4均设置在密封外壳5内、通过密封外壳5密封在一起，密封外壳5与外壳16的接触部分通过焊接固定连接。

本实用新型的工作原理是，第一声压传感器9和第二声压传感器15测得声压信息，并将声压信息传递至计算机12，计算机12经过处理得到多孔吸声材料表面的吸声系数。如果入射声波的频率处于高频时，此时依靠多孔材料层的吸声性能对高频声波进行吸收。如果此时的入射声波为中频或低频，通过第一声压传感器9和第二声压传感器15对入射声波和反射声波的信息采集，并将入射声压与反射声压信息传递至计算机12，计算机12计算出此时的吸声系数，并将此时计算出的吸声系数与理论吸声系数作对比，若此时的吸声系数接近理论吸声系数，则多孔材料层2背后的空腔内不通过气流，只依靠多孔材料层对噪声进行吸收。若此时的吸声系数远小于理论吸声系数，计算机12控制电磁阀13打开，使多孔材料层2背后的空腔通过一定的气流14，通过气流的多少，由计算机12控制电磁阀13阀门开度的大小来决定。消声器在工作过程中，不间断地对消声器内部的吸声系数进行计算，并对通过气流的大小进行调整，构成一个反馈调节使得消声器的吸声效果始终保持在最佳。另一方面，当电磁阀13的开度达到一定时，表明通过的气流很大，需要消耗的能量很多。此时计算机12根据气流的流量信息对穿孔率进行计算，计算出在此空气流量条件下最佳的穿孔率，得到最佳穿孔率之后，计算机12通过电机驱动器11控制步进电机的转动，来控制挡板1的转动，当挡板1转动到特定的角度时，挡板1所遮挡多孔材料层2上孔的数量是一定的，多孔材料层2上孔减少的数量也是一定的，所以通过控制挡板1转动的角度可以精确的控制多孔材料层2的穿孔率。当计算机通过控制电机等机械结构使得穿孔率减小一定量之后，计算机就会对吸声系数进行一次计算，并根据电磁阀阀门开度的大小来确定是否对穿孔率进行再次调整。穿孔率每调整一次就要对吸声系数计算一次，使得控制的更加精准，吸声效果最佳。

以下为在具有气流通过时吸声系数的计算方法：

当通过气流时多孔材料层2的反射系数R为：

K_o为波数，b为穿孔板和挡板1上的两个孔圆心之间的距离，d为穿孔板孔的半径，D为多孔材料层2与刚性壁之间的距离。

斯德鲁哈系数Sr为：

δ和γ用斯德鲁哈系数表示为：

其中I₁(χ)为修改的贝塞尔系数：

由公式(1-1)可得多孔材料层2的吸声系数α为：

α＝1-|R|²。 (1-6)

本实施例提供的主动消声器能够根据噪声频率在多孔材料层2背后的空腔内通过一定的气流，当流场中的声波与气流孔中气流相互作用时，形成非定常脱落涡环，而波和涡相互作用引起的能量转换将改变壁面的阻抗性质，从而改变吸声系数，提高吸声效果；同时根据多孔材料层2背后空腔通过气流的流量信息，通过一套机械装置对穿孔率进行调整，从而减小能量的消耗。从整体上来说，本实用新型是在噪声频率不断改变的情况下，通过对信息的采集和结构的调整使得消声器的吸声系数始终保持在最佳值。

该主动消声器可以有效解决在噪声频率不断变化的过程中消声器的吸声性能无法随之变化的问题。本实用新型提出在挡板共振的条件下，在挡板背后的空腔内通过一定的气流，使得在任何情况下的吸声效果都达到最佳。其基本原理是：当流场中的压力波或声波与气流孔中的气流相互作用时，形成非定常的脱落涡环，而波和涡的相互作用引起的能量转换将改变壁面的阻抗性质，从而影响吸声系数。经实验表明，对于相同厚度、相同孔距的挡板，随着穿孔率的增大，在相同的共振频率下，通过的气流速度增大。气流速度增大会消耗大量能量，但为了实现一定的吸声效果，挡板的穿孔率又不能太小。为解决此问题，本实用新型在多孔材料层的前面设置一个机械结构用来改变挡板的穿孔率，使得穿孔率与通过的气流相匹配，在达到良好吸声效果的同时又减小了能量的消耗，并且，在满足减小能量消耗的同时，通过对穿孔率的调整，使得穿孔率始终处于最佳状态，提高消声器的吸声系数，增强吸声效果。

以上所述实施例仅为本实用新型较佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种主动消声器，其特征在于，包括横截面为圆形的外壳(16)和电机(10)，所述外壳(16)内部沿其轴向依次安装有相邻的挡板(1)和多孔材料层(2)；

所述多孔材料层(2)与所述外壳(16)内壁之间密封连接；所述挡板(1)与所述外壳(16)内壁之间间隙配合，中心安装有转轴(6)，所述挡板(1)上随机开设有若干与所述多孔材料层(2)配合的气流孔(19)；所述电机(10)设置在所述外壳(16)外壁，其输出轴端部连接有第一带轮(8)，所述转轴(6)的前端安装有第二带轮(4)，所述第二带轮(4)通过皮带(7)与第一带轮(8)传动连接；所述电机(10)通过导线连接有电机驱动器(11)，所述电机驱动器(11)与计算机(12)电连接；

所述多孔材料层(2)的后部安装有与所述外壳(16)内壁配合的刚性壁(3)，所述挡板(1)前面安装有第一声压传感器(9)，所述刚性壁(3)前面安装有第二声压传感器(15)，所述第一声压传感器(9)与第二声压传感器(15)均与所述计算机(12)电连接；所述多孔材料层(2)和刚性壁(3)之间的外壳(16)侧壁上开设有第一通孔，所述第一通孔内安装有电磁阀(13)，所述电磁阀(13)与所述计算机(12)电连接连。

2.根据权利要求1所述主动消声器，其特征在于，所述外壳(16)内壁沿周向均匀设置有至少三个限位槽(17)，所述刚性壁(3)沿周向设置有至少三个与所述限位槽(17)配合的限位块(18)，所述限位块(18)嵌入所述限位槽(17)内，所述刚性壁(3)与所述外壳(16)内壁之间留有间隙。

3.根据权利要求1所述主动消声器，其特征在于，所述外壳(16)为圆形金属筒。

4.根据权利要求1所述主动消声器，其特征在于，所述电机(10)为步进电机。

5.根据权利要求1所述主动消声器，其特征在于，所述多孔材料层(2)为复合岩棉板。

6.根据权利要求1所述主动消声器，其特征在于，所述第二声压传感器(15)位于所述电磁阀(13)与所述刚性壁(3)之间。

7.根据权利要求6所述主动消声器，其特征在于，所述第一声压传感器(9)和第二声压传感器(15)均为麦克风。

8.根据权利要求1所述主动消声器，其特征在于，还包括密封外壳(5)，所述密封外壳(5)上开设有第二通孔，所述密封外壳(5)穿过所述第二通孔，所述第一带轮(8)、皮带(7)和第二带轮(4)均设置在所述密封外壳(5)内、通过密封外壳(5)密封在一起，所述密封外壳(5)与所述外壳(16)的接触部分通过焊接固定连接。

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