1.本发明涉及噪声控制技术领域，更具体地说是一种用于管道有源噪声控制的系统及方法。


背景技术：

2.管道噪声是指管道运行时因振动、内部介质流动摩擦、碰撞和扰动发生的噪声，主要指的是中央空调、大型输液、输气管道、通风管道中的噪声，以及鼓风机、发动机等工业设备的进、排气噪声等。噪声会影响设备运行，一定程度上扰乱工作秩序，导致工作效率下降，严重时还会降低系统寿命，危害工作人员的身体健康。
3.针对管道噪声，传统做法均采取无源降噪的措施，例如：管道的弯道处设置缓冲器，降低弯道流速突变；管道连接处采用软连接，使用弹性支撑等来减弱振动；采用疏水器等分流疏水措施，消除气液共存现象；选择合适的管道材料，或者在管道外侧包裹吸声材料，利用材料特性达到降低管道噪声的目的。上述措施都是被动降噪的方法，在低频的降噪效果较差，随着有源降噪技术的发展，管道中的有源降噪也成为研究热点。
4.现有的工业应用场景中，针对管道进行有源噪声控制时，由于管道的管径不变，存在噪声源频率大于管道的截止频率，使得有源噪声噪声控制变的不可行，而无源降噪方式，对管道的体积和重量提出了很高的要求，针对低频更是无计可施。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种用于管道有源噪声控制的系统。
6.管道噪声的有源噪声控制是有界空间有源噪声控制的一类典型控制类别。管道空间中，如果管道无限长，则在管道方向上的声传播为行波，当声源的振动频率小于管道截止频率时，管道中的高阶次波沿着管道方向逐步衰减，最后管道内只能传播均匀的平面波，即频率低于管道截止频率的声波都以平面波的形式传播。
7.管道截止频率的计算公式见下式(1)：
[0008][0009]
其中：c0——空气中的声速；a——管道半径。
[0010]
依据管道噪声有源噪声控制的原理，可以实现管道噪声的有源噪声控制，有源噪声控制对平面波作用显著，由上式(1)可知，声速确定，管径越小，管道的截止频率越高，那么低于截止频率的声波都以平面波的形式传播。在有源降噪技术的应用领域，平面波是容易进行控制的，因此，对于管道噪声有源噪声控制，管道的截止频率应当越高越好，声速恒定，则管径越小越有利于管道噪声有源噪声控制。
[0011]
因此，本发明提供如下技术方案：
[0012]
一种用于管道有源噪声控制的系统，包括参考传声器、有源控制器、误差传声器、次级声源、多个细管，在管径较大的管道中插入多个细管，每个细管内安装有参考传声器和
次级声源，所述有源控制器分别连接误差传声器参考传声器和次级声源，其中：
[0013]
所述参考传声器用于采集噪声源信号，作为有源噪声控制的参考信号；
[0014]
所述有源控制器是接收参考传声器拾取到的参考信号和误差传声器接拾取到的误差信号，通过系统自适应算法计算出次级源的输出信号，得到与噪声信号相等相位相反的次级噪声信号，达到“以声消声”的目的，实现对管道的噪声控制；
[0015]
次级声源用于回放有源噪声控制器生成的次级噪声信号，作为有源噪声控制的次级信号；
[0016]
误差传声器用于拾取次级声场的误差信号，作为有源噪声控制的误差信号。
[0017]
每个细管上布放1个或多个次级声源。
[0018]
所述每个细管采用单独的参考传声器和误差传声器，每个细管中参考传声器、次级声源和误差传声器组成一个独立的有源噪声控制系统。
[0019]
当细管的管径不同时，此时每个细管采用独立的参考传声器和误差传声器，在管道外部布放集群控制器，集群控制器分别连接误差传声器参考传声器和次级声源，整体调控每一个单独的多通道系统，构成集群式多通道有源噪声控制系统。
[0020]
一种用于管道有源噪声控制的方法，将管径较大的管道中插入多个管径相等的细管，在每个细管内布置有源降噪系统的电声器件，整个管道形成一个多通道有源降噪系统，实现管道噪声的有源噪声控制。同时为解决将管道分为多个细管后，系统庞大的问题，对电声器件的数量和布放进行了优化。
[0021]
本发明的技术效果和优点：
[0022]
1.本发明为管道噪声有源噪声控制的一种应用，将大管径分解为若干个细管，将单通道有源系统转换为多通道有源系统；
[0023]
2.多通道系统有效提高了有源降噪的降噪效果，使有源降噪在更高频带内发挥最大降噪作用；
[0024]
3.本发明结合管道频率特性，提出不同的分散式、集中式、分布式和集群式的多通道有源噪声系统。
附图说明
[0025]
图1为管道有源噪声控制系统原理图；
[0026]
图2为系统结构示意图；
[0027]
图3为图2中a
‑
a视角图。
具体实施方式
[0028]
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。
[0029]
目前管道噪声控制主要采用被动噪声控制技术，对于低频的降噪效果较差。管道的有源降噪技术可以在低频范围内产生较好的降噪效果，但是工业管道一般具有较大的管径，管道的截止频率过低，在有源降噪作用较好的频带内无法形成平面波，导致有源降噪不
能发挥最好的效果。本发明提出一种多通道有源噪声控制技术，结合管道自身的频率特性，将一个大管径的管道进行分管处理，使得在管道中传播的噪声都变成平面波，使用有源噪声控制实现很好的控制效果。在不影响产品性能和成本的情况下，降低产品噪声，进一步提升产品的综合实力。
[0030]
实施例一
[0031]
一种用于管道有源噪声控制的系统，包括参考传声器、有源控制器、误差传声器、次级声源、多个细管，每个细管内安装有参考传声器和次级声源，所述有源控制器分别连接误差传声器参考传声器和次级声源，其中：
[0032]
所述参考传声器用于采集噪声源信号，作为有源噪声控制的参考信号；
[0033]
所述有源控制器是接收参考传声器拾取到的参考信号和误差传声器接拾取到的误差信号，通过系统自适应算法计算出次级源的输出信号，得到与噪声信号相等相位相反的次级噪声信号，达到“以声消声”的目的，实现对管道的噪声控制；
[0034]
次级声源用于回放有源噪声控制器生成的次级噪声信号，作为有源噪声控制的次级信号；
[0035]
误差传声器用于拾取次级声场的误差信号，作为有源噪声控制的误差信号。
[0036]
本系统的基本原理是将管径较大的外部管道分成若干个管径相等的细管，每个细管内有单独的参考传声器和次级声源，在外部管道外部通过一个有源控制器进行集中控制。由于每个细管的管径相等，每个细管的频率特性相同，将大管径管道的有源降噪转换为多个细管的有源降噪，单通道系统变为多通道系统。由于细管的截止频率高，声源振动在细管内以平面波形式传播，有源降噪达到较好的效果。
[0037]
管道有源噪声控制系统原理图见图1，管道有源噪声控制系统组成图见图2。有源控制通过参考传声器和误差传声器接收参考信号和误差信号，进行实时自适应计算，通过次级声源输出次级信号，与噪声进行相消性干涉，从而降低管道内的噪声。
[0038]
由图2可知，控制单元有n个细管组成，每个细管布置有一个次级声源，用于抵消管内噪声。在控制单元的前后分别各有一个参考信号和误差信号，特别的，由于管道的管径、形状、材料均相同，所以控制单元前后的参考信号和误差信号相同，为简化系统组成，只需要一个参考传声器和误差传声器即可。以流动方向为基础，其中参考传声器置于控制单元的前端，误差信号置于控制单元的后端。具体布放规律见图2。
[0039]
实施例二
[0040]
每个细管可以采用单独的参考传声器和误差传声器，控制单元中每个细管中参考传声器、次级声源和误差传声器组成一个独立的有源噪声控制系统，此时噪声；
[0041]
细管的管径可以不同，此时需要每个细管采用独立的参考传声器和误差传声器，在管道外部布放集群控制器，整体调控每一个单独的多通道系统，构成集群式多通道有源噪声控制系统。
[0042]
参考信号不仅限于声信号，也可以是振动信号。次级源不限于声源，也可以是激振器。
[0043]
实施例三
[0044]
举例说明：
[0045]
某一工厂的管道噪声为风机产生，噪声源频率分布在100hz
‑
800hz之间，管径为
0.4m。空气声速取343m/s，由公式(1)可得，管道的截止频率为251hz。因此管道内251hz
‑
1000hz频率范围内噪声不是平面波，有高次波产生，这样不利于有源噪声控制。
[0046]
解决方案是将大管改造为管径为0.1m的小管，由公式(1)可得，管道的截止频率为1005hz，而噪声源频率为100hz
‑
800hz，小于细管的截止频率，因此这些噪声在管道内以平面波的形式传播，此时使用有源噪声控制系统，就可以很好的降低噪声。由截面积计算公式，管径由0.4m改成0.1m小管时需要使用小管的数量为16个。由此可得此多通道有源降噪控制系统的次级声源数量为16，参考传声器器数量为1，误差信号数量为1。
[0047]
在本实施例中，采用一个集中的有源控制器进行噪声控制，但可以根据噪声特性和系统组成，设置成满足不同场景的单通道分散式、集中式、分布式和集群式多通道有源噪声控制系统。
[0048]
实施例四
[0049]
一种用于管道有源噪声控制的方法，其特征在于：将管径较大的管道中插入多个管径相等的细管，在每个细管上布置有有源噪声控制系统的参考传声器和次级声源，整个管道形成一个多通道有源降噪系统，实现管道噪声的有源噪声控制；
[0050]
具体为：参考传声器采集噪声源信号并作为有源噪声控制的参考信号，误差传声器接拾取到的误差信号；有源控制器接收参考信号和误差信号通过系统自适应算法计算出次级源的输出信号，得到与噪声信号相等相位相反的次级噪声信号；次级声源回放有源噪声控制器生成的次级噪声信号，作为有源噪声控制的次级信号；次级信号与噪声源信号相互抵消。
[0051]
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。