一种应用于火力发电厂室内降噪方法及系统
阅读说明：本技术 一种应用于火力发电厂室内降噪方法及系统 (Indoor noise reduction method and system applied to thermal power plant ) 是由 李鸿路 沈坚 杨月红 朱蕊莉 黄一凡 康博 于 2020-12-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种应用于火力发电厂室内降噪方法及系统,属于环境保护的抗噪声领域。有源噪声控制为主动降噪方式,其利用电子技术和电声器件,引入一个与原噪声声波幅值相等而相位相反的次级声波,与原来的噪声在一定区域内相互抵消,从而达到降噪的目的。本发明主要由传感器、分析控制模块、扬声器、电源模块四部分构成；传感器用于采集噪声信号,把采集到的声压信号转换为数字音频信号输入到分析控制模块中进行分析处理,模块处理后产生连续的次级信号,经扬声器功率放大后驱动次级声源。该技术能连续进行噪声采集、分析控制、输出,能根据噪声变化进行调整,直至降噪后的噪声数据满足分析控制模块中设定的目标值。(The invention discloses an indoor noise reduction method and system applied to a thermal power plant, and belongs to the field of noise resistance of environmental protection. The active noise control is an active noise reduction mode, and utilizes an electronic technology and an electroacoustic device to introduce a secondary sound wave which has the same amplitude and opposite phase with the original noise sound wave and offset the original noise in a certain area, thereby achieving the purpose of noise reduction. The invention mainly comprises a sensor, an analysis control module, a loudspeaker and a power supply module; the sensor is used for collecting noise signals, converting collected sound pressure signals into digital audio signals, inputting the digital audio signals into the analysis control module for analysis processing, generating continuous secondary signals after the module processing, and driving a secondary sound source after the speaker power amplification. The technology can continuously carry out noise acquisition, analysis control and output, and can carry out adjustment according to noise change until noise data after noise reduction meets a target value set in an analysis control module.)
技术领域
本发明属于环境保护的抗噪声领域，具体涉及一种对火力发电厂室内噪声源进行主动降噪的有源抗噪声技术。
背景技术
噪声污染作为环境污染的三大公害之一，越来越受到人们的重视。长期暴露在高噪声环境下，人的听力和身心健康会受到严重危害，降低工作效率。一般性的噪声也会对人们的正常生活和工作产生不同程度的影响。
为治理噪声污染，现有的多种综合治理方法主要有以下几种：
(1)控制声源。对产生噪声的设备或工艺流程进行改进，减少声源发出的噪声等级，这是最为有效的方法；但需投入大量资金，且很多技术性问题尚未得到解决，受各方面的限制，还不能从根本上杜绝噪声源。
(2)无源法(被动降噪)。隔声、吸声等被动消除噪声的方法，也称无源法，对高频噪声效果很好；但对低频噪声效果不明显，不能进行很好地控制，且消声装置体积庞大，安装维护困难。
(3)有源法(主动降噪)。有源噪声控制技术对低频噪声控制效率好，相对被动降噪而言，具有体积小，重量轻，易控制等特点。
有源噪声控制的原理是应用电子技术和电声器件，引入一个与原噪声声波幅值相等而相位相反的次级声波，使其产生的噪声与原来的噪声在一定区域内相互抵消，从而达到降噪的目的。噪声控制原理如图1所示。
但针对火力发电厂室内部降噪，以上几种技术没有在火力发电厂室进行有效的应用。
发明内容
为解决火力发电厂室内降噪问题，本发明的目的在于提供一种应用于火力发电厂室内降噪方法及系统，该技术采用有源法，能够达到对噪声源进行主动降噪的目的。
为达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种应用于火力发电厂室内降噪方法，包括以下步骤：
通过布置于噪声源设备所在的人员活动区域内的传感器采集噪声信号；
分析控制模块接收由传感器输入的噪声信号，产生连续的频率相同、相位相反的次级信号，输出到扬声器中；
扬声器接收分析控制模块输出的次级信号，输出次级声波至传感器布置区域内。
作为本发明的进一步改进，产生连续的频率相同、相位相反的次级信号是指：
扬声器发出的次级声波与原噪声声波相互抵消后，传感器再次进行噪声信号采集，并转换为数字音频信号输入到分析控制模块，分析控制模块进行自适应控制判断是否达到设定的噪声控制目标值；若达到目标值，继续维持现有次级声波，若未达到目标值，重新进行分析、处理，产生修正后的次级声波，直至降噪后的噪声数据满足目标值。
作为本发明的进一步改进，分析控制模块的自适应控制具体为：
p(t)为噪声源发出的信号，x(t)为传感器拾取的参考信号作为分析控制模块的输入，p(t)为分析控制模块计算出的次级信号，输出到扬声器后、由扬声器将y(t)以声波的形式发出；
Hr(ω)为声波从噪声源传播至噪声源传感器的传递函数，W(ω)为分析控制模块的频率响应函数，Hs(ω)为声波从扬声器传到误差传感器的传递函数，Hp(ω)为声波从噪声源传播至误差传感器的传递函数；
参考信号与初级信号的关系：x(t)＝p(t)·Hr(ω)
扬声器发出的次级声场信号与接收到的参考信号的关系：y(t)＝x(t)·W(ω)；
误差传感器接收到的次级声场信号与扬声器发出的次级声场信号关系：s(t)＝y(t)·Hs(ω)；
误差传感器接收到的初级信号与噪声源发出的初级信号的关系：d(t)＝p(t)·Hp(ω)；
误差传感器接收到信号：e(t)＝s(t)+d(t)
直至信号e(t)满足预先设定的控制目标值。
作为本发明的进一步改进，分析控制模块还对原噪声源信号、次级声波信号进行记录、显示及设置降噪目标值。
一种应用于火力发电厂室内降噪系统，包括：
传感器，用于采集噪声信号；
分析控制模块，用于接收由传感器输入的噪声信号以产生连续的次级信号，输出到扬声器中；
扬声器，用于接收分析控制模块输出的次级信号，在传感器布置区域内产生次级声波与噪声信号相互抵消。
所述电源模块和分析控制模块布置于同一个屏柜内或两个并排布置的屏柜内。
所述传感器为声音传感器，布置于噪声源设备所在的人员活动区域。
所述传感器数量为多个，多个传感器均匀布置于噪声源设备所在的人员活动区域的墙壁上。
所述分析控制模块具有显示装置，显示装置用于人机交互。
所述分析控制模块与传感器、扬声器、电源模块通过硬接线连接；
还包括电源模块，所述电源模块与分析控制模块连接用于提供电源。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明充分立足于采用有源噪声控制技术对噪声源进行主动降噪，克服了声源控制在资金、技术上所受到的限制，也避免了被动降噪无法很好控制低频噪声，且消声装置体积庞大，安装维护困难等缺陷。有源抗噪声设备体积小，重量轻，易控制，投资省。
进一步地，传感器收集到的信号，不仅有噪声信号，而且有周期性噪声干扰、宽带噪声、冲击性噪声和非相关干扰等其他干扰信号，分析控制模块可进行综合分析、处理。
进一步地，该降噪技术产生一个与原噪声声波幅值相等而相位相反的次级声波，使其产生的噪声与原来的噪声在一定区域内相互抵消，从而达到降噪的目的。该主动降噪技术对噪声源比较集中的室内区域实施效果更为明显。
进一步地，在有源主动降噪原理的基础上，提出了一种自适应控制算法。
附图说明
图1为有源噪声控制原理图；
图2为本发明一种应用于火力发电厂室内降噪系统方案系统图；
图3为本发明一种应用于火力发电厂室内降噪系统设备平面布置示意图；
图4为本发明一种应用于火力发电厂室内降噪系统的自适应控制算法系统图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
基于图2，本发明提供一种应用于火力发电厂室内降噪方法，包括以下步骤：
通过布置于噪声源设备1所在的人员活动区域内的传感器2采集噪声信号；
分析控制模块3接收由传感器2输入的噪声信号，产生连续的频率相同、相位相反的次级信号，输出到扬声器4中；
扬声器4接收分析控制模块3输出的次级信号，输出次级声波至传感器2布置区域内。
优选的，产生连续的频率相同、相位相反的次级信号是指：
扬声器4发出的次级声波与原噪声声波相互抵消后，传感器2再次进行噪声信号采集，并转换为数字音频信号输入到分析控制模块3，分析控制模块3分析、对比是否达到设定的噪声控制目标值；若达到目标值，继续维持现有次级声波，若未达到目标值，重新进行分析、处理，产生修正后的次级声波，直至降噪后的噪声数据满足目标值。
其中，分析控制模块3还对原噪声源信号、次级声波信号进行记录、显示及设置降噪目标值。
参见图2、3，一种应用于火力发电厂室内降噪系统，该技术对噪声源进行主动降噪，主要由传感器2、分析控制模块3、扬声器4、电源模块5四部分构成。
传感器2为声音传感器2，用于采集噪声信号，把采集到的声压信号转换为电压信号(数字音频信号)，并将信号输入到分析控制模块3中。
分析控制模块3包括软件和硬件两部分，软件主要实现有源控制的算法，硬件为软件应用提供基础平台构架。分析控制模块3接收由传感器2输入的数字音频信号，对该信号进行分析处理，产生连续的次级信号，输出到扬声器4中。
扬声器4接收分析控制模块3输出的次级信号，经功率放大后驱动次级声源，产生与原噪声源信号频率相同、相位相反的次级声波，实现噪声的衰减。
电源模块5为分析控制模块3提供电源。
进一步地，各组成部分能连续进行噪声采集、分析控制、输出，根据噪声变化进行调整，直至降噪后的噪声数据满足分析控制模块3中设定的目标值。
进一步地，分析控制模块3是该有源抗噪声技术的核心部分，能分析、处理原噪声源信号；自适应控制，产生连续的频率相同、相位相反的次级信号；对原噪声源信号、次级声波信号进行记录，显示，人工设置降噪目标值。
各组成部分能连续进行噪声采集、分析控制、输出，能根据噪声变化进行调整，直至降噪后的噪声数据满足分析控制模块3中设定的目标值。
具体的，传感器2布置于人员经常活动的区域，采集噪声信号和降噪后信号，把采集到的声压信号转换为数字音频信号，并将该信号输入到分析控制模块3；分析控制模块3安装于独立的盘柜或箱体内，可集中放置在设备间，也可布置在噪声源设备1附近，与传感器2、扬声器4、电源模块5通过硬接线连接；扬声器4布置于噪声源设备1四周，发出与原噪声源信号频率相同、相位相反的次级声波，在传感器2布置区域内相互抵消，达到降噪的目的。
电源模块5为分析控制模块3提供电源，两者可以布置于一个屏柜内，也可分两个屏柜并排布置。
扬声器4发出的次级声波与原噪声声波相互抵消后，传感器2再次进行噪声信号采集，并转换为数字音频信号输入到分析控制模块3，分析、对比是否达到设定的噪声控制目标值；若达到目标值，继续维持现有次级声波，若未达到目标值，重新进行分析、处理，产生修正后的次级声波，直至降噪后的噪声数据满足目标值。
基于图4，本发明提出了一种自适应控制算法：p(t)为噪声源发出的信号，x(t)为传感器(或传感器内的噪声传感器)拾取的参考信号作为分析控制模块的输入，p(t)为分析控制模块计算出的次级信号，输出到扬声器后、由扬声器将y(t)以声波的形式发出。噪声源和扬声器分别形成初级声场和次级声场，传感器(或传感器内的误差传感器)同时接收初级声场和次级声场的声压，两者叠加后形成误差信号e(t)。误差信号e(t)输入至分析控制模块中，自适应控制算法根据预先设定的控制目标值调整控制模块相关系数从而改变次级信号的幅值和相位，该过程不断继续进行下去直到满足控制目标。
Hr(ω)为声波从噪声源传播至噪声源传感器的传递函数，W(ω)为分析控制模块的频率响应函数，Hs(ω)为声波从扬声器传到误差传感器的传递函数，Hp(ω)为声波从噪声源传播至误差传感器的传递函数。
参考信号与初级信号的关系：x(t)＝p(t)·Hr(ω)
扬声器发出的次级声场信号与接收到的参考信号的关系：y(t)＝x(t)·W(ω)
误差传感器接收到的次级声场信号与扬声器发出的次级声场信号关系：s(t)＝y(t)·Hs(ω)
误差传感器接收到的初级信号与噪声源发出的初级信号的关系：d(t)＝p(t)·Hp(ω)
误差传感器接收到信号：e(t)＝s(t)+d(t)
直至信号e(t)满足分析控制模块预先设定的控制目标值。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
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