本發(fā)明涉及消聲元件性能測(cè)試領(lǐng)域，尤其是涉及一種有流環(huán)境下消聲元件聲學(xué)特性和流動(dòng)特性的測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)化程度的提高，噪聲問(wèn)題影響范圍越來(lái)越大，消聲元件作為最有效的降噪手段之一，廣泛應(yīng)用于通風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和空壓機(jī)等設(shè)備的進(jìn)氣管和排氣管中。這些管路中存在高速流場(chǎng)(平均馬赫數(shù)達(dá)到0.2以上)，對(duì)消聲元件聲學(xué)特性產(chǎn)生明顯的影響。傳遞損失和壓力損失分別是評(píng)價(jià)消聲元件聲學(xué)特性和流場(chǎng)特性最有效的指標(biāo)，是進(jìn)行消聲元件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)的重要參數(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外的臺(tái)架設(shè)計(jì)大多只適用于無(wú)流場(chǎng)環(huán)境下的消聲元件性能測(cè)量，而且只能單獨(dú)測(cè)量消聲元件的傳遞損失或者壓力損失，無(wú)法同時(shí)得到兩者結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題提供一種有流環(huán)境下消聲元件聲學(xué)特性和流動(dòng)特性的測(cè)量裝置。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種有流環(huán)境下消聲元件聲學(xué)特性和流動(dòng)特性的測(cè)量裝置，用于測(cè)量消聲元件在流場(chǎng)中的傳遞損失和壓力損失，所述裝置包括：

測(cè)量環(huán)境發(fā)生模塊，末端與消聲元件連接，用于產(chǎn)生噪聲和流場(chǎng)；

測(cè)量變量發(fā)生模塊，前端與消聲元件連接，用于改變測(cè)量環(huán)境以產(chǎn)生測(cè)量變量；

數(shù)據(jù)采集分析模塊，分別與測(cè)量環(huán)境發(fā)生模塊和測(cè)量變量發(fā)生模塊連接，用于通過(guò)采集分析氣壓信號(hào)得到消聲元件在流場(chǎng)中的壓力損失，以及通過(guò)采集分析不同測(cè)量變量下的聲壓信號(hào)得到消聲元件在流場(chǎng)中的傳遞損失。

所述測(cè)量環(huán)境發(fā)生模塊包括：

測(cè)量環(huán)境發(fā)生管體，包括相通的測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管體和測(cè)量環(huán)境發(fā)生支管體，所述測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管體的末端與消聲元件連接，用于將測(cè)量所需的流場(chǎng)氣流和噪聲傳輸至消聲元件；

流場(chǎng)發(fā)生組件，與測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管體連接，用于產(chǎn)生測(cè)量所需的流場(chǎng)氣體；

噪聲發(fā)生組件，分別與測(cè)量環(huán)境發(fā)生支管體和數(shù)據(jù)采集分析模塊連接，用于產(chǎn)生測(cè)量所需的噪聲。

所述流場(chǎng)發(fā)生組件包括：

風(fēng)機(jī)，與測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管體的頂端連接，用于產(chǎn)生測(cè)量所需的流場(chǎng)氣體；

空氣流量計(jì)，與測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管體連接，用于記錄測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管體內(nèi)的空氣流量；

氣體流速控制器，分別與風(fēng)機(jī)和空氣流量計(jì)連接，用于根據(jù)空氣流量計(jì)的記錄數(shù)據(jù)控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

所述流場(chǎng)發(fā)生組件還包括噪聲隔離器，所述噪聲隔離器與風(fēng)機(jī)出口連接，用于隔離風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲。

所述噪聲發(fā)生組件包括：

信號(hào)發(fā)生器，與數(shù)據(jù)采集分析模塊連接，用于產(chǎn)生測(cè)量所需的噪聲；

信號(hào)放大器，分別與信號(hào)發(fā)生器和測(cè)量環(huán)境發(fā)生支管體連接，用于放大測(cè)量所需的噪聲并通過(guò)測(cè)量環(huán)境發(fā)生支管體傳輸至消聲元件。

所述信號(hào)放大器包括相互連接的功率放大器和揚(yáng)聲器，所述功率放大器與信號(hào)發(fā)生器連接，所述揚(yáng)聲器與測(cè)量環(huán)境發(fā)生支管體連接。

所述測(cè)量環(huán)境發(fā)生支管體的末端與測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管體相通，且二者之間呈銳角。

所述測(cè)量變量發(fā)生模塊包括：

測(cè)量變量發(fā)生管體，前端與消聲元件連接，用于作為測(cè)量變量的發(fā)生環(huán)境；

可拆卸無(wú)回聲導(dǎo)流尾管，用于通過(guò)安裝和拆卸實(shí)現(xiàn)測(cè)量變量的產(chǎn)生，所述可拆卸無(wú)回聲導(dǎo)流尾管在安裝時(shí)與測(cè)量變量發(fā)生管體的末端連接。

所述數(shù)據(jù)采集分析模塊包括：

數(shù)據(jù)采集組件，分別與測(cè)量環(huán)境發(fā)生模塊和測(cè)量變量發(fā)生模塊連接，用于采集氣壓信號(hào)和不同測(cè)量變量下的聲壓信號(hào)；

上位機(jī)，分別與數(shù)據(jù)采集組件和測(cè)量環(huán)境發(fā)生模塊連接，用于通過(guò)分析采集的氣壓信號(hào)得到消聲元件在流場(chǎng)中的壓力損失，同時(shí)以測(cè)量環(huán)境發(fā)生模塊產(chǎn)生的噪聲為基準(zhǔn)，基于兩載荷法分析不同測(cè)量變量下的聲壓信號(hào)，得到消聲元件在流場(chǎng)中的傳遞損失。

所述數(shù)據(jù)采集組件包括氣體壓力計(jì)和麥克風(fēng)，所述氣體壓力計(jì)和麥克風(fēng)均對(duì)稱設(shè)置于消聲元件的兩側(cè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)通過(guò)設(shè)置測(cè)量環(huán)境發(fā)生模塊，可以產(chǎn)生噪聲和流場(chǎng)，配合測(cè)量變量發(fā)生模塊和數(shù)據(jù)采集分析模塊，可以實(shí)現(xiàn)消聲元件在流場(chǎng)中傳遞損失和壓力損失的測(cè)量，解決了現(xiàn)有裝置只能在無(wú)流場(chǎng)環(huán)境下對(duì)消聲元件性能的測(cè)量的問(wèn)題。

(2)數(shù)據(jù)采集分析模塊可以同時(shí)采集氣壓信號(hào)和聲壓信號(hào)，繼而可以同時(shí)分析計(jì)算得到消聲元件的傳遞損失和壓力損失，節(jié)省測(cè)量時(shí)間，提高測(cè)量效率，大大減小了測(cè)量的工作量。

(3)流場(chǎng)發(fā)生組件包括風(fēng)機(jī)、空氣流量計(jì)和氣體流速控制器，氣體流速控制器通過(guò)空氣流量計(jì)反饋的當(dāng)前管體內(nèi)的空氣流量，對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，保證了管體內(nèi)氣體流速的穩(wěn)定性，大大提高測(cè)量精度。

(4)風(fēng)機(jī)出口處還設(shè)有噪聲隔離器，用以隔離風(fēng)機(jī)本身的噪聲，避免風(fēng)機(jī)的噪聲與噪聲發(fā)生組件產(chǎn)生的噪聲產(chǎn)生疊加，消除了風(fēng)機(jī)噪聲對(duì)于消聲元件在流場(chǎng)中的傳遞損失的測(cè)量結(jié)果的影響，進(jìn)一步提高了測(cè)量精度。

(5)噪聲放大器包括信號(hào)發(fā)生器和信號(hào)放大器，避免了本身產(chǎn)生的噪聲信號(hào)過(guò)小而導(dǎo)致的測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。

(6)信號(hào)放大器包括依次連接的功率放大器和揚(yáng)聲器，通過(guò)二級(jí)放大增強(qiáng)了信號(hào)放大的效果。

(7)測(cè)量環(huán)境發(fā)生支管體的末端與測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管體相通，且二者之間呈銳角，便于平面聲波的傳遞并降低聲波對(duì)測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管氣流的影響。

(8)通過(guò)在測(cè)量變量發(fā)生管體的尾部設(shè)置可拆卸無(wú)回聲導(dǎo)流尾管，可以實(shí)現(xiàn)兩種不同的尾端聲阻抗邊界條件，從而可以使數(shù)據(jù)采集分析模塊通過(guò)兩載荷法計(jì)算得到消聲元件的傳遞損失。

附圖說(shuō)明

圖1為有流環(huán)境下消聲元件聲學(xué)特性和流動(dòng)特性的測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為兩載荷法測(cè)量傳遞損失的測(cè)量示意圖，其中(2a)為出口無(wú)可拆卸無(wú)回聲導(dǎo)流尾管的測(cè)量情況，(2b)為出口有可拆卸無(wú)回聲導(dǎo)流尾管的測(cè)量情況；

其中，1為風(fēng)機(jī)，2為噪聲隔離器，3為氣體流速控制器，4為信號(hào)發(fā)生器，5為功率放大器，6為揚(yáng)聲器，7為空氣流量計(jì)，8為上位機(jī)，9為氣體壓力計(jì)，10為麥克風(fēng)，11為消聲元件，12為可拆卸無(wú)回聲導(dǎo)流尾管，13～16為傳感器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

本實(shí)施例中提供了一種有流環(huán)境下消聲元件聲學(xué)特性和流動(dòng)特性的測(cè)量裝置，包括：測(cè)量環(huán)境發(fā)生模塊，末端(以風(fēng)流入的方向?yàn)榍岸?，以風(fēng)流出的方向?yàn)槟┒?與消聲元件11連接，用于產(chǎn)生噪聲和流場(chǎng)；測(cè)量變量發(fā)生模塊，前端與消聲元件11連接，用于改變測(cè)量環(huán)境以產(chǎn)生測(cè)量變量；數(shù)據(jù)采集分析模塊，分別與測(cè)量環(huán)境發(fā)生模塊和測(cè)量變量發(fā)生模塊連接，用于通過(guò)采集分析氣壓信號(hào)得到消聲元件11在流場(chǎng)中的壓力損失，以及通過(guò)采集分析不同測(cè)量變量下的聲壓信號(hào)得到消聲元件11在流場(chǎng)中的傳遞損失。

其中，測(cè)量環(huán)境發(fā)生模塊包括：測(cè)量環(huán)境發(fā)生管體，包括相通的測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管體和測(cè)量環(huán)境發(fā)生支管體，測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管體的末端與消聲元件11連接，用于將測(cè)量所需的流場(chǎng)氣流和噪聲傳輸至消聲元件11；流場(chǎng)發(fā)生組件，與測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管體連接，用于產(chǎn)生測(cè)量所需的流場(chǎng)氣體；噪聲發(fā)生組件，分別與測(cè)量環(huán)境發(fā)生支管體和數(shù)據(jù)采集分析模塊連接，用于產(chǎn)生測(cè)量所需的噪聲。流場(chǎng)發(fā)生組件包括：風(fēng)機(jī)1，與測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管體的頂端連接，用于產(chǎn)生測(cè)量所需的流場(chǎng)氣體；空氣流量計(jì)7，與測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管體連接，用于記錄測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管體內(nèi)的空氣流量；氣體流速控制器3，分別與風(fēng)機(jī)1和空氣流量計(jì)7連接，用于根據(jù)空氣流量計(jì)7的記錄數(shù)據(jù)控制風(fēng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速。流場(chǎng)發(fā)生組件還包括噪聲隔離器2，與風(fēng)機(jī)1出口連接，用于隔離風(fēng)機(jī)1產(chǎn)生的噪聲。噪聲發(fā)生組件包括：信號(hào)發(fā)生器4，與數(shù)據(jù)采集分析模塊連接，用于產(chǎn)生測(cè)量所需的噪聲；信號(hào)放大器，分別與信號(hào)發(fā)生器4和測(cè)量環(huán)境發(fā)生支管體連接，用于放大測(cè)量所需的噪聲并通過(guò)測(cè)量環(huán)境發(fā)生支管體傳輸至消聲元件11。信號(hào)放大器包括依次連接的功率放大器5和揚(yáng)聲器6，功率放大器5與信號(hào)發(fā)生器4連接，揚(yáng)聲器6與測(cè)量環(huán)境發(fā)生支管體連接。測(cè)量環(huán)境發(fā)生支管體的末端與測(cè)量環(huán)境發(fā)生主管體相通，且二者之間呈銳角。測(cè)量變量發(fā)生模塊包括：測(cè)量變量發(fā)生管體，前端與消聲元件11連接，用于作為測(cè)量變量的發(fā)生環(huán)境；可拆卸無(wú)回聲導(dǎo)流尾管12，用于通過(guò)安裝和拆卸實(shí)現(xiàn)測(cè)量變量的產(chǎn)生，可拆卸無(wú)回聲導(dǎo)流尾管12在安裝時(shí)與測(cè)量變量發(fā)生管體的末端連接。數(shù)據(jù)采集分析模塊包括：數(shù)據(jù)采集組件，分別與測(cè)量環(huán)境發(fā)生模塊和測(cè)量變量發(fā)生模塊連接，用于采集氣壓信號(hào)和不同測(cè)量變量下的聲壓信號(hào)；上位機(jī)8，分別與數(shù)據(jù)采集組件和測(cè)量環(huán)境發(fā)生模塊連接，用于通過(guò)分析采集的氣壓信號(hào)得到消聲元件11在流場(chǎng)中的壓力損失，同時(shí)以測(cè)量環(huán)境發(fā)生模塊產(chǎn)生的噪聲為基準(zhǔn)，基于兩載荷法分析不同測(cè)量變量下的聲壓信號(hào)，得到消聲元件11在流場(chǎng)中的傳遞損失。數(shù)據(jù)采集組件包括氣體壓力計(jì)9和麥克風(fēng)10，二者均對(duì)稱設(shè)置于消聲元件11的兩側(cè)。

如圖1所示為依據(jù)上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體的測(cè)量裝置示意圖，該裝置包括風(fēng)機(jī)1、噪聲隔離器2、消聲元件11、可拆卸無(wú)回聲導(dǎo)流尾管12、揚(yáng)聲器6、功率放大器5、信號(hào)發(fā)生器4、傳感器接口、上位機(jī)8和氣體流速控制器3。風(fēng)源位于主管初始端，出口處連接有噪聲隔離器2(進(jìn)行風(fēng)機(jī)1的全頻段消聲)。揚(yáng)聲器6位于支管初始端，支管與主管初始端成銳角安裝。通過(guò)信號(hào)發(fā)生器4和功率放大器5連接揚(yáng)聲器6產(chǎn)生白噪聲。主管末端裝有可拆卸無(wú)回聲導(dǎo)流尾管12，可以在全吸聲的同時(shí)保證氣流均勻穩(wěn)定。通過(guò)拆裝可拆卸無(wú)回聲導(dǎo)流尾管12實(shí)現(xiàn)兩種不同的出口邊界條件，用于通過(guò)兩載荷法計(jì)算傳遞損失。主管上游接有空氣流量計(jì)7，連接氣體流速檢測(cè)及控制系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)1轉(zhuǎn)速，保證管內(nèi)氣流速度穩(wěn)定，主管上游依次有四個(gè)傳感器接口，主管下游依次有三個(gè)傳感器接口。主管上游傳感器接口用以連接麥克風(fēng)10、氣體壓力計(jì)9和空氣流量計(jì)7，主管下游傳感器接口用以連接麥克風(fēng)10和氣體壓力計(jì)9，麥克風(fēng)10測(cè)得聲壓信號(hào)連接至上位機(jī)8，氣體壓力計(jì)9測(cè)得氣壓信號(hào)同樣連接至上位機(jī)8。

該裝置在具體使用時(shí)，首先將可拆卸無(wú)回聲導(dǎo)流尾管12安裝于主管末端，打開(kāi)風(fēng)機(jī)1和信號(hào)發(fā)生器4，一方面將噪聲信號(hào)傳輸至上位機(jī)8作為上位機(jī)8的分析基準(zhǔn)，另一方面使得噪聲聲波在流場(chǎng)中傳遞至消聲器進(jìn)行消聲，此時(shí)氣體壓力計(jì)9也將測(cè)量得到的經(jīng)過(guò)消聲器前后的氣壓信號(hào)傳輸至上位機(jī)8，上位機(jī)8繼而實(shí)時(shí)測(cè)量消聲元件11的壓力損失，同時(shí)麥克風(fēng)10將測(cè)量得到的經(jīng)過(guò)消聲器前后的聲壓信號(hào)傳輸至上位機(jī)8，在上位機(jī)8對(duì)聲壓信號(hào)進(jìn)行記錄后，再卸掉無(wú)回聲倒流尾管，重復(fù)上述步驟對(duì)聲壓信號(hào)進(jìn)行再次測(cè)量，對(duì)兩次的測(cè)量結(jié)果，通過(guò)兩載荷法進(jìn)行計(jì)算，即可得到消聲元件11在流場(chǎng)下的傳遞損失。

如圖2所示為利用兩載荷法進(jìn)行測(cè)量的示意圖，兩載荷法是基于傳遞矩陣方法建立的傳遞損失測(cè)量方法，通過(guò)改變出口阻抗條件來(lái)建立描述待測(cè)消聲器入射和反射波幅值關(guān)系的兩個(gè)方程組，將求解出的參數(shù)代入計(jì)算公式即可得到傳遞損失。

圖(2a)和圖(2b)分別為2種不同的出口阻抗條件za、zb。圖2中傳感器13和14、15和16之間為直管段，14和15之間為待測(cè)聲學(xué)元件，其相應(yīng)的傳遞矩陣為：

式中，pi、ui分別為各傳感器處聲壓和質(zhì)點(diǎn)振速；ai、bi、ci、di為聲學(xué)元件四極參數(shù)，i為各量下標(biāo)；a,b分別代表圖(2a)和圖(2b)出口尾端情況。

針對(duì)圖2a,可得此出口阻抗條件下傳感器14和傳感器15之間四極參數(shù)關(guān)系式：

同理，對(duì)于圖2b結(jié)構(gòu)，可得傳感器14和15之間四極參數(shù)關(guān)系式：

綜合上式，可以解出a23、b23、c23和d23具體表達(dá)式。傳感器13和14，15和16之間是直管，可得直管段四極參數(shù)，代入a23、b23、c23和d23求出傳感器14和15之間消聲器四極參數(shù)，得到傳遞損失：

式中，si和so分別為進(jìn)口和出口截面積。