自驱动测量城市噪声的装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及自驱动测量城市噪声的装置及其使用方法，包括顶部的太阳能电池板设备、收容盒、中间的无线信号发射设备、电控单元、底部的蓄电池、噪声处理盒，在噪声处理盒中收纳噪声测量设备与变频压电式能量收集器设备；所述变频压电式能量收集器设备包括变频亥姆霍兹共鸣器和电动机控制机构，通过电动控制机构控制变频亥姆霍兹共鸣器的共鸣腔体积大小。该装置及其使用方法能够实时观测城市各个区域的噪声，而且测量的驱动电量的大部分情况的来源于噪声自身的发电和太阳能的电量，能利用来源于城区的多种噪声频率的噪声，而且可以根据要进行测量的区域进随时的布控，采集监测的噪声频率范围更广。

Self driving device for measuring urban noise and using method thereof

The invention relates to a self-driving device for measuring urban noise and its use method, including a solar panel device at the top, a receiving box, a wireless signal transmitting device in the middle, an electronic control unit, a storage battery at the bottom, a noise processing box, a noise measuring device and a frequency conversion piezoelectric energy collector in the noise processing box. The frequency conversion piezoelectric energy collector device comprises a frequency conversion Helmholtz resonator and a motor control mechanism, through which the volume of the resonant cavity of the frequency conversion Helmholtz resonator is controlled. The device and its application method can observe the noise of each area of the city in real time, and most of the measured driving power comes from the power generation of the noise itself and the solar energy. It can utilize the noise of various noise frequencies from the urban area, and can be controlled at any time according to the area to be measured. The frequency range of acquisition and monitoring is wider.

【技术实现步骤摘要】
自驱动测量城市噪声的装置及其使用方法
本专利技术涉及城市噪声测噪装置
，具体涉及一种自驱动测量城市噪声的装置及其使用方法。
技术介绍
随着城市工业和交通业的发展，噪声是一种公众环境污染源，能对人们正常的工作和生活造成影响。例如机场飞机起降、工厂机械运作、车辆鸣笛等。目前噪声控制、吸声降噪等方面工作的开展也在不断地进行过程中，其根本就是要从声源和声音传播途径上控制噪声(段元慧.城市环境噪声污染与控制措施分析[J].环境与发展,2017,29(10):56-57.)。如果将控制噪声的措施和回收声能的措施结合起来，不仅在噪声治理上是一大突破，而且对人类日益匮乏的能源也是一个补充。声能与太阳能作为可再生能源，不但可以缓解能源紧缺的问题，而且可以降低污染。截至到目前，太阳能发电技术在理论与技术上已相对成熟。噪声发电技术已经有了一定理论基础，结合能源利用与噪声治理方面的探索具有重要的研究意义和广阔的的应用前景。噪声地图主要是应用现代计算机技术和地理信息系统(GIS)技术，将噪声源的数据、地理数据、建筑的分布状况、道路、公路、铁路、机场、工业企业以及相关信息综合、分析和计算后生成反映城市环境噪声水平状况的数据地图。噪声地图以数字与图形的方式展现了区域范围内的噪声污染情况，为环境噪声管理和控制、区域总体规划提供了科学的决策依据，目前已在欧洲等地得到广泛应用。噪声地图的绘制需要合适的方法以及大量的基础数据，我国在十几年前引入噪声地图，目前对噪声地图的绘制及应用尚处于起步阶段。申请号为2008200316146的中国专利公开一种远程太阳能噪声自动监测系统，该系统在各个监测点设置远程噪声自动监测仪，监测仪内加装有无线/有线数据传输模块和控制模块，同时装有太阳能电池和交直流电源，使用无线/有线网络通讯与管理中心站连接，实现远程传输噪声信号的目的，其不足之处在于，该系统只能用来监测噪声，不能对噪声进行利用，所能监测的噪声频率范围较窄，对于城区这种噪声频率分布广的场合不能高效监测。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种自驱动测量城市噪声的装置及其使用方法。该装置及其使用方法能够实时观测城市各个区域的噪声，而且测量的驱动电量的大部分情况来源于噪声自身的发电和太阳能的电量，该装置中采用变频设备(变频压电式能量收集器设备)能利用来源于城区的多种噪声频率的噪声，可以扩大共振的范围，使产生的电力更多，而且可以根据要进行测量的区域进随时的布控，采集监测的噪声频率范围更广。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：一种自驱动测量城市噪声的装置，包括顶部的太阳能电池板设备、收容盒、中间的无线信号发射设备、电控单元和底部的蓄电池，所述太阳能电池板设备固定在支承杆顶部，在收容盒中安装无线信号发射设备、光伏控制器和电控单元；其特征在于该装置还包括噪声处理盒；所述收容盒和噪声处理盒由上至下依次固定在支承杆上，蓄电池固定在底部的电池收容盒中，支承杆下部固定在电池收容盒上方的电池收容盒盖上；无线信号发射设备通过无线方式与云服务器连接；所述电控单元通过光伏控制器与太阳能电池板设备连接，通过变压器与外部电网连接，通过稳压器连接变频压电式能量收集器设备，电控单元分别与噪声测量设备、无线信号发射设备、蓄电池电连接；上述噪声测量设备与变频压电式能量收集器设备共同收纳在噪声处理盒中；所述变频压电式能量收集器设备包括变频亥姆霍兹共鸣器和电动机控制机构，通过电动控制机构控制变频亥姆霍兹共鸣器的共鸣腔体积大小，所述变频亥姆霍兹共鸣器包括刚体活塞、绝缘刚体外壳、PVDF柔性压电薄膜、正极接线柱和负极接线柱，所述绝缘刚体外壳为两端开口的中空圆柱体式刚性外壳，在绝缘刚体外壳的下部固定PVDF柔性压电薄膜，并由PVDF柔性压电薄膜引出正极接线柱和负极接线柱，正极接线柱和负极接线柱通过稳压器连接到电控单元，在绝缘刚体外壳的颈部空腔内设置刚体活塞，刚体活塞能在绝缘刚体外壳内往复移动，且由PVDF柔性压电薄膜、绝缘刚体外壳和刚体活塞围成的空间为共鸣器空腔；所述电动机控制机构包括一级齿轮、二级齿轮、调节杆、螺纹杆、电动机，电动机、噪声测量设备均与电控单元电连接，同时电动机的输出轴连接一级齿轮，一级齿轮与二级齿轮相啮合；所述调节杆两端分别连接有一个刚体活塞，调节杆的中部通过配合螺母与螺纹杆的上部固定，螺纹杆的下端穿过二级齿轮并通过固定轴承座固定在变频压电式能量收集器设备的外壳上，二级齿轮与螺纹杆同步转动；螺纹杆上部加工有螺纹，调节杆与刚体活塞采用刚性连接。一种上述自驱动测量城市噪声的装置的使用方法，该方法的步骤是：首先前期对城区的噪声频谱进行收集统计，根据统计结果选择不同时段的主要频率作为共振频率计算变频亥姆霍兹共鸣器体积，确定刚体活塞在空腔内的位移区间，并确定各调节时刻刚体活塞的运动方向和位移；再通过螺纹螺距和齿轮的尺寸参数推算出电动机输出轴的转向及角位移，并以此作为控制参数联合调节时刻编写控制程序存入电控单元；电控单元控制电动机运转，电动机直接驱动一级齿轮与二级齿轮啮合，实现机构平稳运转；调节杆与两个刚体活塞刚性连接，配合螺母压入调节杆，实现配合螺母与调节杆相对位置固定；二级齿轮与螺纹杆同步转动，螺纹杆旋转使配合螺母沿螺纹上下移动，从而带动调节杆及刚体活塞同步移动，改变亥姆霍兹共鸣器空腔的体积以实现变频，电控单元通过调节电动机的转动角度从而实现了变频亥姆霍兹共鸣器的体积的变化，从而实现声波振动频率与变频亥姆霍兹共鸣器自振频率相同而产生共振，作用于具有压电效应的PVDF柔性压电薄膜上，产生电能，经过稳压器处理，转化为直流电，然后驱动噪声测量设备工作，实现通过噪声自发电为装置供电；所述噪声测量设备进行交通噪声的实时测量，测量噪声声压级后，将信号传输给电控单元，测量数据经过电控单元处理后，通过无线信号发射设备发送到云服务器，云服务器把数据集中处理后发布到共享平台；同时通过无线信号发射设备接共享平台的统计数据，根据实际情况调整绝缘刚体外壳内空腔大小，实现反馈控制。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术中采用新型PVDF柔性压电薄膜材料进行发电，能够适应的频率范围广，与传统的压电材料相比具有频响宽、机械性能强度高、重量轻、柔韧度好、不易受水和化学药品的污染、可塑性强等优势，为变频压电式能量收集器设备的变频发电提供了可能。本专利技术中噪声测量设备可以为声级计等多种噪声测量仪器，而且可以根据需求的不同，更换不同的噪声测量仪器，灵活性更强，主要控制单元为EUC，EUC可以为单片机，整体成本较低，一般可以控制在百元左右，价格低廉。本专利技术装置能对噪声污染进行利用，不仅能实现噪声的实时监测，且能将噪声利用起来转化为电能，为装置自身供电，在阴雨天气或没有太阳的地方更加节能环保，装置中随用的能源基本来自于自动驱动或太阳能发电，同时提供电网供电这一保护方案，使装置时刻处于有电状态。本专利技术装置尤其适用于城区这种噪声频率分布广泛且不规律的场合，能实现实时采集控制，且噪声测量精度高，为后期噪声地图的绘制提供了可靠的数据支持。附图说明图1为本专利技术自驱动测量城市噪声的装置结构示意图。图2为本使用新型自驱动测量城市噪声的装置变频压电式能量收集设备结构示意图。图3为本使用新型自驱动测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自驱动测量城市噪声的装置，包括顶部的太阳能电池板设备、收容盒、中间的无线信号发射设备、电控单元和底部的蓄电池，所述太阳能电池板设备固定在支承杆顶部，在收容盒中安装无线信号发射设备、光伏控制器和电控单元；其特征在于该装置还包括噪声处理盒；所述收容盒和噪声处理盒由上至下依次固定在支承杆上，蓄电池固定在底部的电池收容盒中，支承杆下部固定在电池收容盒上方的电池收容盒盖上；无线信号发射设备通过无线方式与云服务器连接；所述电控单元通过光伏控制器与太阳能电池板设备连接，通过变压器与外部电网连接，通过稳压器连接变频压电式能量收集器设备，电控单元分别与噪声测量设备、无线信号发射设备、蓄电池电连接；上述噪声测量设备与变频压电式能量收集器设备共同收纳在噪声处理盒中；所述变频压电式能量收集器设备包括变频亥姆霍兹共鸣器和电动机控制机构，通过电动控制机构控制变频亥姆霍兹共鸣器的共鸣腔体积大小，所述变频亥姆霍兹共鸣器包括刚体活塞、绝缘刚体外壳、PVDF柔性压电薄膜、正极接线柱和负极接线柱，所述绝缘刚体外壳为两端开口的中空圆柱体式刚性外壳，在绝缘刚体外壳的下部固定PVDF柔性压电薄膜，并由PVDF柔性压电薄膜引出正极接线柱和负极接线柱，正极接线柱和负极接线柱通过稳压器连接到电控单元，在绝缘刚体外壳的颈部空腔内设置刚体活塞，刚体活塞能在绝缘刚体外壳内往复移动，且由PVDF柔性压电薄膜、绝缘刚体外壳和刚体活塞围成的空间为共鸣器空腔；所述电动机控制机构包括一级齿轮、二级齿轮、调节杆、螺纹杆、电动机，电动机、噪声测量设备均与电控单元电连接，同时电动机的输出轴连接一级齿轮，一级齿轮与二级齿轮相啮合；所述调节杆两端分别连接有一个刚体活塞，调节杆的中部通过配合螺母与螺纹杆的上部固定，螺纹杆的下端穿过二级齿轮并通过固定轴承座固定在变频压电式能量收集器设备的外壳上，二级齿轮与螺纹杆同步转动；螺纹杆上部加工有螺纹，调节杆与刚体活塞采用刚性连接。...

【技术特征摘要】
1.一种自驱动测量城市噪声的装置，包括顶部的太阳能电池板设备、收容盒、中间的无线信号发射设备、电控单元和底部的蓄电池，所述太阳能电池板设备固定在支承杆顶部，在收容盒中安装无线信号发射设备、光伏控制器和电控单元；其特征在于该装置还包括噪声处理盒；所述收容盒和噪声处理盒由上至下依次固定在支承杆上，蓄电池固定在底部的电池收容盒中，支承杆下部固定在电池收容盒上方的电池收容盒盖上；无线信号发射设备通过无线方式与云服务器连接；所述电控单元通过光伏控制器与太阳能电池板设备连接，通过变压器与外部电网连接，通过稳压器连接变频压电式能量收集器设备，电控单元分别与噪声测量设备、无线信号发射设备、蓄电池电连接；上述噪声测量设备与变频压电式能量收集器设备共同收纳在噪声处理盒中；所述变频压电式能量收集器设备包括变频亥姆霍兹共鸣器和电动机控制机构，通过电动控制机构控制变频亥姆霍兹共鸣器的共鸣腔体积大小，所述变频亥姆霍兹共鸣器包括刚体活塞、绝缘刚体外壳、PVDF柔性压电薄膜、正极接线柱和负极接线柱，所述绝缘刚体外壳为两端开口的中空圆柱体式刚性外壳，在绝缘刚体外壳的下部固定PVDF柔性压电薄膜，并由PVDF柔性压电薄膜引出正极接线柱和负极接线柱，正极接线柱和负极接线柱通过稳压器连接到电控单元，在绝缘刚体外壳的颈部空腔内设置刚体活塞，刚体活塞能在绝缘刚体外壳内往复移动，且由PVDF柔性压电薄膜、绝缘刚体外壳和刚体活塞围成的空间为共鸣器空腔；所述电动机控制机构包括一级齿轮、二级齿轮、调节杆、螺纹杆、电动机，电动机、噪声测量设备均与电控单元电连接，同时电动机的输出轴连接一级齿轮，一级齿轮与二级齿轮相啮合；所述调节杆两端分别连接有一个刚体活塞，调节杆的中部通过配合螺母与螺纹杆的上部固定，螺纹杆的下端穿过二级齿轮并通过固定轴承座固定在变频压电式能量收集器设备的外壳上，二级齿轮与螺纹杆同步转动；螺纹杆上部加工有螺纹，调节杆与刚体活塞采用刚性连接。2.根据权利要求1所述的自驱动测量城市噪声的装置，其特征在于所述电控单元中加载有供电选择程序：电控单元首先判断变频压电式能量收集器设备所产生的电量是否满足用电负载使用，若满足，则选择通过变频压电式能量收集器设备以噪声发电方式为用电负载供电，若噪声发电除满足用电负载使用外，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓日，张超，仝畅，李孟涵，赵哲，黎苏，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12