用于传声器的单向空气动力学形状的多级湍流罩子制造技术

设置在流动介质中的一种声传感器装置，诸如传声器或薄膜传感器。为了防止感测流动产生的噪声，传感器装置至少通过３级屏蔽与流动介质隔离。在较佳实施例中，传感器装置设置在泡沫罩子内，后者位于由织物罩子覆盖的泡沫内，而织物罩子位于由第二织物罩子覆盖的第二框架内。一种ｓｐａｎｄｅｘ织物适用于本发明专利技术。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器，诸如用以检测湍流流动中的传播声信号的传声器，尤其涉及用于该传感器上的湍流抑制屏蔽罩，以减小湍流所引起的噪声，或“流动噪声”，并由此提高传感系统的信噪比。众所周知，在管道有源噪声控制(ANC)系统中的声敏领域中，对因系统的输入传声器上的湍流引起压力变动的抑制对于其消除噪声的能力是至关重要的。这种所谓的“流动噪声”降低了测量传声器与误差传声器之间的相干性，而相干性的程度直接与可得到的噪声消除程度有关。例如，在前馈ANC系统中，要求相干性程度为0.99的测量-误差传声器能达到20分贝的消除噪声(以下简称为消噪)级，而相干性程度为0.9的则消噪级降低到10分贝。对于并列的反馈方法(所谓的“TCM”，紧耦合单极)，如果系统完好地工作，由于流动噪声级表示通过有源消除能达到最低的声级，故输入传声器上的流动噪声级限制了系统的性能。此外，由传声器测得的大幅度低频流动脉动产生了有害的大幅度的扬声器运动和系统的不稳定。如果不可能用现有的档风板有效地抑制湍流，可以考虑用以下4种选择来提高ANC系统的衰减性能(1)将ANC系统向下游移到更为平静的流动区域，(2)在信号输入到控制器之前，以电学方式滤除来自测量传声器之信号的流动噪声，(3)采用一排具有合适信号条件的测量传声器，在电学上分离来自管道内传播噪声的流动感应噪声，以及(4)用湍流抑制罩包围测量传声器，相对管道内传播噪声信号的强度，有选择地降低传声器正面的湍流能量强度。采用选择(1)，一般必须将ANC系统移动到一个下游位置，它离风扇噪声源有几个管道的高度。这样，系统将变得相当长。选择(2)，仅当流动噪声的频率位于ANC系统的性能范围以外时才能采用。一般的HVAC系统的流动噪声和声噪声趋向于相同的频带，故该技术并不可行。然而，即使流动噪声频率位于ANC系统所需性能范围之外，而对合适的前馈系统而言，滤波中所固有的时延将引起系统长度的增加(即测量传声器至控制扬声器之间的距离)，并且通过将附加的相位延迟加到反馈环路，减少了用于反馈系统的性能带宽。然而，由于滤波中固有的时延，该方法也将加长整个合适的前馈系统(增加测量传声器至扬声器的距离)。即使是大流动噪声级低于听得见的范围(位于迅速离开的最大流动噪声屏蔽性能技术的低频处)，大幅度流动噪声也可能导致破坏扬声器的运动，即使没有可听见的噪声加到管道也是如此。选择(3)在低频有效，除了成本以外，传声器阵列必须相当长，即，有几个管道的高度，由此使ANC系统长得无法接受。选择(4)，在测量传声器周围采用湍流抑制罩是所需的选择，独特的、高性能罩的概念是本专利技术的主题。关于风扇和前馈ANC系统的基本声测量，在管道内抑制流动噪声的应用最广泛的方法之一是弗里德里希管。该装置包括安装在传声器前端、具有纵向裂缝的空心管，并沿着流动和传播噪声的方向变尖。由于湍流扰动(名义上按管道中流动的速度对流，用M，即马赫数表示)与管子内部产生湍流的相应的声学扰动(以声速c传播)之间的相位速度差，流动噪声在传声器处“最终得到平衡”，它一般位于探头的下游端部。在HVAC系统中，当M＜＜1时，声湍流在管子的外部(c(1+M))和内部(c)几乎以相同的速度传播。这样，传播的管道的声响可以较好地由传声器测量。Digisonix公司销售一种改进的弗里德里希管子，它采用多孔壁(替代裂缝)，允许与外部湍流沟通。此改进为第4903249号美国专利的主题。该弗里德里希/Digisonix管子的缺点在于需要长管子来实现低频流动噪声抑制。例如，在湍流强度为25％的流动中要在10赫兹以上的频率将流动噪声衰减到10分贝，需要48英寸长的探头。再者，10赫兹以下无衰减，对于TCM应用就严格地要求避免大幅度的破坏性的扬声器动作。按照W.Neise“对用于湍流中声测量的传声器探头的理论和实验调查”一文中所述的理论，长度加倍将使抑制能力改善3分贝。因此，需要约32英尺长的弗里德里希管子以在10赫兹处获得10分贝的流动噪声抑制。通常用于声乐传声器(例如用于PA系统、TV、无线电等等)的流动噪声屏蔽罩，是一种普遍为球形的开孔泡沫罩。然而，当应用于一种主要的平均流向(例如管道内)时，则采用一种椭圆形的屏蔽罩(如B&K型UA0781)。这种流动噪声抑制机理使湍流波动从传声器转移到泡沫屏蔽罩的外部区域，在该区域受到泡沫的有效阻尼。由于相对低速的波动与声响有关，故因声学传播衰减与速度成正比，而湍流衰减与速度的平方成正比，声响噪声几乎未经衰减地通过泡沫而传播。尽管湍流波动在泡沫的外区域产生了声响扰动传播到传声器，由于湍流的四极声源性质，其辐射效力较低，因此，比传播声响为小的量提供给传声器信号。从以下可见，当频率在100赫兹以上时，3.5英寸(小直径)椭圆形泡沫防风罩抑制流动噪声稍优于弗里德里希管子。而当频率10赫兹以下时，流动噪声因罩子的非流线体产生的“固有噪声”而增高。屏蔽流动噪声的第三种方法用于户外测量，如J.K.Hilliard在“传声器档风板”一文中所述的机场测量，以及C.W.Menge和G.Sanchez在“低噪声档风板设计和性能”一文中所述的国家机场航空器事件调查，包括球面形织物罩内部的传声器。象开孔泡沫罩子一样，这些罩子通过使湍流波动离开传声器元件来抑制流动噪声。从J.C.Bleazey的“对传声器档风板效力的实验判断”一文可见，流动噪声衰减直接与球面形半径有关，它与上述假设相一致。从Menge和Sanchez的论述中可见，多级织物罩子优于单级罩子。尽管在他们的著作中未作说明，我们相信这是因为内部一级减低了暴露于传声器元件的，不可避免的内部再循环流动的幅度。本专利技术的新颖性在于为主流动方向设计的一种多级织物罩子。该罩子由两级金属丝网架上张开的Lycra(莱克拉聚氨基甲酸酯弹性纤维纱)织物组成。最后，内部或第三级为B&K开孔泡沫的挡风罩。流动噪声减低表明在整个频带内，流动噪声抑制有10-20分贝的显著结果。为了确认这些测量，为48英寸长的Digisonix管子、椭圆体的泡沫档风板和新的多级Lycra罩子，获得湍流强度为25％的一个20吨VPAC(立式空调)的风扇出风口附近的带罩子的传声器与9英尺下游处的带罩子的传声器之间的相关性。如前所述，该测量确定了前馈系统的最大衰减。新的罩子表明在整个频带范围有优良的性能，只是在40赫兹处用48英寸的管子得到相等的性能。新的罩子的另一优点在于其明显的平坦的频率响应和全方位的响应，这使其更适合于所并列的反馈管道ANC。弗里德里希管子因其刚性的端头，含有内部形态的结构，它引起相位容限的不稳定并主要对沿管道传播的声音信号有敏感，故抑制了扬声器的“消噪声”，形成一种不正确的错误信号。本专利技术的目的在于将传声器与流动噪声隔离开。本专利技术的另一目的是允许在湍流中设置测量传声器，而避免感测流动噪声。这些目的以及其他方面在以下的描述中将变得更加清楚，并可通过本专利技术来实现。基本上，传声器是这样设置的，它暴露于由被测噪声源产生的噪声下，但与因流动介质作用于传声器而产生的流动噪声隔离。通过将传声器设置在位于和/或暴露于流动介质中的3个嵌套的声罩内来实现这一点。传声器的感测部分设置在作为第一声罩的泡沫罩盖内，并位于内部框架内。内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声传感器装置所用的空气动力学形状的多级湍流罩子，其特征在于包括： 声传感器装置； 覆盖所述声传感器装置的第一罩子； 与所述第一罩子隔开并包含该第一罩子的第二罩子； 与所述第二罩子隔开并包含该第二罩子的第三罩子，由此使所述湍流罩子产生较小的自有噪声和流动隔离。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杜安CMC考密克，威廉P帕特里克，
申请(专利权)人：运载器有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]