船用柴油机噪声综合处理装置及方法与流程

本发明涉及一种噪声综合处理装置及方法。尤其涉及采用声成像技术和反噪声技术的船用柴油机噪声综合处理装置及方法。

背景技术：

柴油机是一种用途广泛的动力机械，在各类船舶中扮演着动力源头的角色。当前，随着船用柴油机向高速、重载和轻型化的发展，其振动和噪声问题日趋严重。过大的振动和过高的噪声一方面易使船员感到烦躁，极大地降低了他们的工作积极性与工作效率；另一方面会引起高应力区的船体结构产生疲劳破坏，还会造成部分机器和仪表工作失常甚至失灵，降低了设备的使用寿命，增大了航行的危险性。

研究表明，船用柴油机中高频噪声主要来自于进气总管、气缸盖以及喷油器；而低频噪声来自于油泵传动轴和油泵调速器。船用柴油机的噪声源主要分为两类：一是空气动力噪声：柴油机的空气动力噪声主要包括进气噪声、排气噪声、涡轮增压器气流噪声。伴随着船用柴油机增压度的提高，增压器噪声所带来的影响越来越大。研究表明，增压器附近的噪声级要比柴油机噪声级高3～5db(a)。采用定压增压比脉冲增压排气噪声有所降低，主要原因是定压增压系统的排气总管大，起到了排气消音器的作用，特别是能衰减废气脉冲产生的低频噪声；二是燃烧噪音：柴油机的燃油喷入缸内发火燃烧的初期，缸内压力上升的非常快，进而形成很高的压力波，这种压力的变化引起的结构振动通过缸盖、活塞-连杆-曲轴-机体向外辐射的噪声称之为燃烧噪声。燃烧噪声是由压力变化引起的，主要决定于燃烧初期的压力升高以及最高爆发压力，其频率一般都在1000hz以上。三是机械噪声：主要包括金属撞击、摩擦噪声和液压冲击噪声。具体来讲，主要有正时齿轮机构噪声、活塞与气缸的撞击噪声、配气机构噪声、高压油泵的滚轮和柱塞摩擦噪声以及高压油管中的液压冲击噪声、轴承噪声、喷油器针阀偶件撞击噪声和不平衡惯性力引起的机体振动及噪声等，这些噪声大都属于高频噪声。

目前，柴油机的噪声控制方法有两种：切断噪声的传播途径和降低噪声源的噪声。通过对船舶主机及发电柴油机组进行隔振、在管路系统上加装挠性接管、采用隔声罩和在机舱内粘贴吸声材料等来切断噪声的传播途径。通过合理设计柴油机的结构来尽可能的降低噪声源的噪声，另外，采用燃油欲喷技术、采用隔热活塞和排气再循环(egr)，在一定程度上也会降低噪声。然而，这些技术的实际效果并不十分明显，因而探索出一种行之有效的方法十分必要。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种新型船用柴油机噪声综合处理装置及其应用，以克服现有噪声处理方法存在的处理效果差和装置结构复杂的不足。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的船用柴油机噪声综合处理装置，其由安装支架和与之相连的集成装置组成，其中：安装支架由依次连接的固定板、活动套筒、支架立杆、铰接接头和支撑杆组成；集成装置设有安装板，与安装板相连的上端压电陶瓷贴片、上端稳压蓄能电路板、蓄电池、阵列信号采集分析单元、信号处理器、a/d转化器、右端数字扬声器、下端压电陶瓷贴片、下端稳压蓄能电路板和左端数字扬声器，以及粘贴在阵列信号采集分析单元上的声传感器阵列。

所述上端压电陶瓷贴片和上端稳压蓄能电路板之间为过盈配合，下端压电陶瓷贴片和下端稳压蓄能电路板之间为过盈配合，这两组过盈配合部件均通过扣合方式固定在一起后分别与安装板焊接相连；a/d转化器和信号处理器之间为过盈配合，通过扣合方式固定在一起后通过锡焊焊接在安装板上。

所述的铰接接头与支撑杆连接，活动套筒固定在支架立杆上，固定板与活动套筒连接在一起，上端压电陶瓷贴片、上端稳压蓄能电路板、蓄电池、声传感器阵列、阵列信号采集分析单元、信号处理器、a/d转化器、右端数字扬声器、下端压电陶瓷贴片、下端稳压蓄能电路板和左端数字扬声器分别固定在安装板上，安装时左端固定孔与左端安装孔对应，右端固定孔与右端安装孔对应。

所述的活动套筒与支架立杆存在间隙，活动套筒可上下滑动，可转动。

本发明装置使用时，安装板和固定板正对船用柴油机。

本发明提供的船用柴油机噪声综合处理方法，是使用主动降噪和噪声发电相结合的方法，利用声成像技术将船用柴油机的噪声场转化为动态声像图。

所述的船用柴油机噪声综合处理方法，具体是：声传感器阵列接收噪声信号，阵列信号采集分析单元得到声像图，下端压电陶瓷贴片和上端压电陶瓷贴片接收部分噪声，将其转化为电能，电能通过上端稳压蓄能电路板和下端稳压蓄能电路板转化为稳定电能，储存在蓄电池内，供应声传感器阵列、阵列信号采集分析单元、信号处理器、a/d转化器、右端数字扬声器和左端数字扬声器使用，信号处理器将声像图处理成反噪声信号，通过a/d转化器转化为数字信号，最后由右端数字扬声器和左端数字扬声器实时将数字信号转变为声音输送出去。

本发明与现有技术相比具有以下的主要的有益效果：

1，使用本发明，实现了对船用柴油机噪声源的分布及强度的有效监控；

2，通过信号处理模块得到低频反噪声数字信号，进而由数字扬声器将低频反噪声数字信号转化为声音信号输送出去，抵消了大部分有船用柴油机产生的低频信号，提高了船用柴油机的结构安全性，大大减小了共振发生的可能性；

3，由发电模块将部分噪声转化为电能储存至蓄电池，减小了本装置的能量需求，节约了使用成本；

4，使用本发明，大幅度降低了噪声污染，有效地改善了船员的工作环境。

附图说明

图1为本发明装置工作原理图。

图2为安装支架示意图。

图3为集成装置示意图。

图中：1.左端固定孔，2.固定板，3.活动套筒，4.右端固定孔，5.支架立杆，6.铰接接头，7.支撑杆，8.上端压电陶瓷贴片，9.上端稳压蓄能电路板，10.蓄电池，11.声传感器阵列，12.阵列信号采集分析单元，13.信号处理器，14.a/d转化器，15.右端数字扬声器，16.右端安装孔，17.安装板，18.下端压电陶瓷贴片，19.下端稳压蓄能电路板，20.左端安装孔，21.左端数字扬声器。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本发明提供的船用柴油机噪声综合处理装置，其结构如图2、图3所示，由安装支架和与之相连的集成装置组成。

所述的安装支架，其结构如图2所示，由依次连接的固定板2、活动套筒3、支架立杆5、铰接接头6和支撑杆7组成。

所述的集成装置，其结构如图3所示，由上端压电陶瓷贴片8、上端稳压蓄能电路板9、蓄电池10、声传感器阵列11、阵列信号采集分析单元12、信号处理器13、a/d转化器14、右端数字扬声器15、右端安装孔16、安装板17、下端压电陶瓷贴片18、下端稳压蓄能电路板19、左端安装孔20和左端数字扬声器21组成，其中：上端压电陶瓷贴片8、上端稳压蓄能电路板9、蓄电池10、阵列信号采集分析单元12、信号处理器13、a/d转化器14、右端数字扬声器15、下端压电陶瓷贴片18、下端稳压蓄能电路板19和左端数字扬声器21都通过锡焊焊接在安装板上。声传感器阵列11粘贴在阵列信号采集分析单元12上。上端压电陶瓷贴片8和上端稳压蓄能电路板9之间为过盈配合，下端压电陶瓷贴片18和下端稳压蓄能电路板19之间为过盈配合，通过扣合方式固定在一起后通过锡焊焊接在安装板17上。a/d转化器14和信号处理器13之间为过盈配合，通过扣合方式固定在一起后通过锡焊焊接在安装板17上。

铰接接头6与支撑杆7连接，活动套筒3固定在支架立杆5上，固定板2与活动套筒3连接在一起，上端压电陶瓷贴片8、上端稳压蓄能电路板9、蓄电池10、声传感器阵列11、阵列信号采集分析单元12、信号处理器13、a/d转化器14、右端数字扬声器15、下端压电陶瓷贴片18、下端稳压蓄能电路板19和左端数字扬器21分别固定在安装板上，安装时左端固定孔1与左端安装孔20对应，右端固定孔4与右端安装孔16对应。

如图2所示，活动套筒3与支架立杆5存在间隙，活动套筒3可在支架立杆5杆体上进行上、下滑动，还可以绕支架立杆5杆体转动。

如图3所示，使用本发明时安装板17和固定板2正对船用柴油机。

如图2所示，活动套筒3与固定板2焊接在一起，构成一个整体。

如图3所示，蓄电池10可进行手动充电。

本发明提供的船用柴油机噪声综合处理装置，其工作过程是：声传感器阵列接收噪声信号，阵列信号采集分析单元得到声像图，下端压电陶瓷贴片和上端压电陶瓷贴片接收部分噪声，将其转化为电能，电能通过上端稳压蓄能电路板和下端稳压蓄能电路板转化为稳定电能，储存在蓄电池内，供应声传感器阵列、阵列信号采集分析单元、信号处理器、a/d转化器、右端数字扬声器和左端数字扬声器使用，信号处理器将声像图处理成反噪声信号，通过a/d转化器转化为数字信号，最后由右端数字扬声器和左端数字扬声器实时将数字信号转变为声音输送出去。

本发明提供的船用柴油机噪声综合处理方法，如图1所示，包括以下步骤：

1.安装支架的制备：

将活动套筒3、支架立杆5、铰接接头6、支撑杆7依次连接，构成安装支架。

2.电器元件的安装：

将上端压电陶瓷贴片8、上端稳压蓄能电路板9、蓄电池10、声传感器阵列11、阵列信号采集分析单元12、信号处理器13、a/d转化器14、右端数字扬声器15、下端压电陶瓷贴片18、下端稳压蓄能电路板19和左端数字扬声器21分别固定在安装板17上。

3.组装：

将安装板17安装在固定板2上，使左端固定孔1与左端安装孔20对应，右端固定孔4与右端安装孔16对应。将安装板17和固定板2正对船用柴油机，将支架立杆5和支撑杆7距船用柴油机2～5米放置。

4.工作过程：

声传感器阵列11接收噪声信号，阵列信号采集分析单元12得到声像图，下端压电陶瓷贴片18和上端压电陶瓷贴片8接收部分噪声，将其转化为电能，电能通过上端稳压蓄能电路板9和下端稳压蓄能电路板19转化为稳定电能，储存在蓄电池10内，供应声传感器阵列11、阵列信号采集分析单元12、信号处理器13、a/d转化器14、右端数字扬声器15和左端数字扬声器21使用，信号处理器13将声像图处理成反噪声信号，通过a/d转化器14转化为数字信号，最后由右端数字扬声器15和左端数字扬声器21实时将数字信号转变为声音输送出去。