專利名稱：用于診斷流體系統(tǒng)中的噪聲的測量裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于診斷流體系統(tǒng)中與流相關地或者通過從外部傳遞到流介質中而
傳播的噪聲的測量裝置及方法，其中至少部分地設置在流介質區(qū)域內并具有用于補償流介 質的壓力沖突的裝置的麥克風通過薄膜記錄噪聲，并通過電子診斷單元轉換成電信號以分 析噪聲原因。
背景技術：
本發(fā)明的應用領域遍及諸如管路或容器這樣的流體系統(tǒng)，流介質流過這些管路或 者有流介質被貯存在這些容器中。流介質可以包括諸如水或化學試劑這樣的液體，或者也 可以包括諸如壓縮空氣或天然氣這樣的氣體。 這種流體的流在氣動或液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生流噪聲。同樣，噪聲也可能從外部通過管 路或容器的壁而進入到流介質中。所有這些噪聲通常都具有與其產(chǎn)生類型有關的區(qū)別特 征，因而可通過記錄和分析這些噪聲，經(jīng)由分析得出關于其原因的結論。由此，通過可以將 測得的噪聲與特定的原因相對應，能夠確定流系統(tǒng)的特定狀態(tài)。尤其是如管路振動或者流 體流出這樣的故障狀態(tài)能夠被精確地確定，這可以實現(xiàn)系統(tǒng)的狀態(tài)診斷或故障診斷。但是 存在噪聲或者不存在噪聲的情況也已經(jīng)可以用于診斷目的，例如如果在正常狀態(tài)下應當閉 合的系統(tǒng)中突然出現(xiàn)了流噪聲，則這意味著發(fā)生了泄漏。 由DE10002826A1給出了一種該類型的用于診斷流系統(tǒng)中的噪聲的測量裝置。為
了確定其中有處于壓力下的流介質流過的管路中的泄漏而使用了麥克風，其檢測管路區(qū)域
內所存在的噪聲。這些噪聲以下述方式通過電子的診斷單元來分析確定和分析來自通常
均勻出現(xiàn)的干擾噪聲的頻率分量以及在某些情況下對于泄漏噪聲來說典型的持續(xù)噪聲。通
過這種方式的濾波，能夠執(zhí)行可靠的聲學泄漏位置檢測。由于噪聲通過流體傳導，對這些噪
聲的測量也可以遠離其出現(xiàn)地點進行，從而可以進行遠離故障原因的診斷。 與流系統(tǒng)中的噪聲相應的聲音信號可由設置在管路或容器壁上的固體聲
(Kiirpershall )麥克風記錄；但當該麥克風與流介質直接接觸時可以進行具體的測量。 這樣，由此就可以由薄膜將聲音信號的壓力波動直接轉換成薄膜的機械振動，并按照不同 原理從機械振動轉換成電信號。然而，非常靈敏的薄膜同時施加有流介質的靜態(tài)壓力，其 尤其是在由此引起的負荷變化具有強烈的壓力波動時，例如在氣動的壓力活塞進氣和排氣 時，可能會遭到破壞。由于這種原因，與本發(fā)明相關聯(lián)的感興趣的麥克風(其和流介質直接 接觸)配備有用于補償流介質的壓力沖突的裝置。 由US3989905給出了一種帶有沖突抑制的麥克風。在麥克風外殼中，在一個腔體 內設置有一個薄膜，該薄膜從前側出發(fā)將這里出現(xiàn)的聲波轉換成振動，該振動由線圈/磁 體系統(tǒng)轉換成電信號。為了實現(xiàn)沖突抑制， 一個聲音通道位于麥克風腔體內，該聲音通道將 薄膜的背面與正面相連，使得壓力波動同時出現(xiàn)在薄膜的兩側，從而不會使薄膜發(fā)生偏向 或者只有非常小的偏向，以避免遭到損壞。 但是，由于其結構形式還不能 這種麥克風應用于診斷流系統(tǒng)中的噪聲。而且，小型化的設計是很昂貴的，因而很難放置到例如氣動的管路中。此外，該結構表現(xiàn)得不夠牢 靠，不足以承受液壓系統(tǒng)的高靜態(tài)負荷變化。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的任務是提供一種用于診斷流系統(tǒng)中的噪聲的測量裝置及方法，所 述流系統(tǒng)的麥克風一方面對于可靠檢測噪聲來說足夠靈敏，另一方面也足夠牢靠，能夠承 受強烈的負荷變化。 該任務由權利要求1的前序部分所述測量裝置出發(fā)，結合其特征部分所述的特征 來解決。后面的從屬權利要求給出了本發(fā)明具有優(yōu)點的改進方案。在方法技術方面，該任
務通過權利要求io來解決。 本發(fā)明給出了以下技術指導為了補償流介質的壓力沖突，麥克風的薄膜被設置 在一個在薄膜兩側均具有開口的麥克風外殼內，該麥克風外殼的兩個開口作為聲源通過流 介質被施加壓力，其中為了采集噪聲，所述兩個開口中的至少一個設置有濾波器裝置，用于 對與由流介質中的壓力波動所產(chǎn)生的頻率相比相對較高且在所期望 的噪聲頻譜內的頻率 進行減弱或時間延遲，與此相反，該濾波器裝置允許由流介質中的壓力波動所產(chǎn)生的低頻 通過。 換句話說，建議采用具有兩側開口的麥克風外殼的特殊的麥克風。通過由此施加
到薄膜兩側的壓力，作用到薄膜兩側的力立即得到平衡，薄膜即使在流系統(tǒng)中存在強烈壓 力波動的情況下也不會受到損壞。其中對于兩側的開口必須被設計為使得在流系統(tǒng)中出現(xiàn) 的壓力波動無時間延遲且無不同減弱地出現(xiàn)在薄膜上。盡管現(xiàn)在為了測量通常在比流系統(tǒng) 中的壓力波動更高的頻率范圍內的噪聲，將濾波器裝置分配給所述開口中的至少一個，該 濾波器裝置允許低頻信號-如壓力波動-無減弱且無時間延遲地通過，同時對頻率較高的 信號或特定噪聲頻率范圍內的信號進行減弱或時間延遲。由此，這些具有高頻或者位于所
希望噪聲頻率范圍內的信號在薄膜的一側被減弱和/或具有時間延遲。得到下述差信號 Ap = Pl(t)-p2(t)， 其能夠以高靈敏度被檢測出來。 優(yōu)選的是，在生成時間延遲時，將其調整為使得所期望的噪聲頻率范圍恰好具有 相對的薄膜另一側上的相位差P。這相對于標準麥克風設置得到了雙倍的靈敏度。
用于對與由流介質中的壓力波動所產(chǎn)生的頻率相比較高且在期望的噪聲頻譜范 圍內的頻率進行減弱或時間延遲的濾波器裝置能夠以后面要詳細描述的不同方式實現(xiàn)。原 則上，也可以將不同的實施變體彼此結合使用。 根據(jù)第一種變體建議所述濾波器裝置通過使麥克風外殼的第一個開口對準聲源 并使第二個開口對準大致相反的方向而構成，以便在薄膜的與第二個開口相應的一側實現(xiàn) 對聲音的傳播時間延遲和/或減弱。其中麥克風外殼可設計為實現(xiàn)相應的長度，或者通過 連接在前面的通道或管路使開口延長。 根據(jù)另一個變體，建議所述濾波器裝置通過所述開口的直徑差而形成，其中第二 個開口的直徑比第一個開口的直徑小。通過開口的不同直徑產(chǎn)生了所希望的濾波效應，因 為頻率較高的信號通過小直徑而被衰減并被延時。如果直徑不同，則對于薄膜兩側的信號 以不同強度被衰減或延時。這主要是對頻率較高的信號起作用，而與此相反，頻率較低的信號幾乎不受影響。這種效應通過連接在開口前面的上述通道或管路而得以顯著增強。管道 越長，該效應越明顯。 根據(jù)另一個變體，建議所述濾波器裝置通過分別連接在相鄰排列的開口前面的通 道而形成不同的長度。通過通道的不同長度，信號經(jīng)歷不同的傳播時間延遲，這種傳播時間 延遲可以被調整，以得到針對特定頻率范圍的最優(yōu)時間差p。通過這些與兩個開口相對應的 不同長度的通道，麥克風外殼的裝配位置可以靈活地匹配于已有管路的走向或容器的裝配 位置。此外，不同長度的通道也可以具有不同的通道橫截面。 作為補充的變體，建議最好是穿過軟的壁襯鋪設這樣伸出的通道，以便考慮到對 于高頻的附加衰減而得到效果增強。作為適當?shù)乃p材料，例如可以考慮采用硬泡沫塑料、 柔韌的彈性材料等。 根據(jù)一種替代實施例，所述濾波器裝置也可以通過放置到兩個開口之一中的消音 元件而構成。這種消音元件通過蜂窩結構和材料選擇吸收高頻。對此尤其是適用微孔消音 材料。


下面借助附圖結合對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的說明詳細描述本發(fā)明的其它改進措 施。



以及
圖1帶有氣動調節(jié)驅動裝置的閥門裝置的示意圖， 圖2根據(jù)第一種實施變體的用于診斷流系統(tǒng)中的噪聲的測』 圖3根據(jù)第二種實施變體的用于診斷流系統(tǒng)中的噪聲的測』 圖4根據(jù)第三種實施變體的用于診斷流系統(tǒng)中的噪聲的測:
t裝置的原理側視圖， t裝置的原理側視圖，
l:裝置的原理側視圖，
圖5根據(jù)第四種實施變體的用于診斷流系統(tǒng)中的噪聲的測量裝置的原理側視圖,
具體實施例方式
根據(jù)圖l，在一個未進一步示出的工藝技術裝置的用片斷表示的管路1中安置了 一個處理閥2。該處理閥在其內部具有一個與閥座3共同作用的關閉體4，用于控制流過的 處理介質5的量。關閉體4由調節(jié)驅動裝置6通過往復拉桿7線性地驅動。調節(jié)驅動裝置 6通過軛8與處理閥2相連。在軛8上設置了一個位置調節(jié)器9。通過位置記錄器10，往復 拉桿7的往復運動被報告給位置調節(jié)器9。所檢測到的往復運動在調節(jié)單元18內與通過現(xiàn) 場總線接口 11所傳送的額定值進行比較，并根據(jù)所確定的調節(jié)偏差來操控調節(jié)驅動裝置 6。位置調節(jié)器9的調節(jié)單元18具有一個I/P轉換器，用于將電的調節(jié)信號轉換成等效的 控制壓力。調節(jié)單元18的I/P轉換器通過壓力介質導管19調節(jié)驅動裝置6相連。
在調節(jié)驅動裝置6的壓力介質導管19中設置了麥克風12。麥克風12的聲音測量 信號由信號檢測裝置15接收，并在設置在后面的信號處理裝置16中被分析。信號處理裝 置16分配有存儲裝置17。此外，信號處理裝置16為了將診斷結果報告給未示出的上級設 備而與現(xiàn)場總線接口 ll相連。 在符合規(guī)定的應用期間，處理閥2根據(jù)其工作狀態(tài)被激勵起振。這種激勵如上所 述可能不同的原因，并導致不同頻率范圍內的聲音表現(xiàn)。這樣，幾千赫茲范圍內的聲音信號作為發(fā)生泄漏的指示，而低頻聲音信號表明了處理閥2的振動。 這些聲音信號在處理閥2中擴散，并通過直接與處理閥2相連的元件被反饋到調 節(jié)驅動裝置6的壓力介質系統(tǒng)19中。其中聲音信號首先通過閥門拉桿7傳導到調節(jié)驅動 裝置16的薄膜上，并傳導到調節(jié)驅動裝置6的外殼中，它們像大的揚聲器薄膜那樣把這些 信號放大，并進一步傳遞到壓力介質。 尤其是在調節(jié)驅動裝置6的內部，其中對聲音信號的大的放大發(fā)生在驅動室的壓 力介質中。 其中聲音信號還擴散到所述調節(jié)單元18的I/P轉換器和所述調節(jié)驅動裝置6之 間的壓力介質導管19內。這里聲音信號由麥克風12記錄。 根據(jù)圖2，麥克風12設置在管路23的流介質22的區(qū)域內。該麥克風22主要通過 內部由金屬制成的管狀麥克風外殼124組成，其中通部內部橫截面可振動地設置薄膜125， 用于獲取聲波。薄膜125通過未詳細示出的電轉換器裝置記錄噪聲，并將其轉換成電信號， 所述電信號被傳送給電子的診斷單元14，用于分析噪聲原因。 為了補償通過閥門開關過程在流介質32內產(chǎn)生的壓力沖突，使得薄膜125設置在 其中的麥克風外殼124在兩側開口。由此，可以通過流介質22對兩個并排相對的開口 126 和127施加壓力，從實現(xiàn)避免薄膜125損壞的壓力平衡。然而，為了在盡管有聲音短接的情 況下獲取噪聲，其中的一個開口 127設置有濾波器裝置，用于對與由流介質中的壓力波動 所產(chǎn)生的頻率相比較高的頻率進行減弱和時間延遲。 濾波器裝置在這個實施例中被設計為消音元件128，它在開口 126的整個橫截面 上延伸，并由針對高頻的多孔聲音吸收材料構成。與之不同的是，這個濾波器裝置允許由流 介質22的壓力波動產(chǎn)生的低頻不受阻礙地通過，以確保所希望的壓力平衡。經(jīng)由濾波器裝 置減弱和時間延遲的頻率范圍位于期望的噪聲頻譜內，使得對于薄膜125的與開口 126相 應的一側出現(xiàn)該頻率范圍內的壓力Pl (t)，它不同于在薄膜125的與開口 127相應的一側的 壓力p2 (t)，這樣，基于這種位于被濾出的頻率范圍內的薄膜125兩側的壓力差，使薄膜發(fā)生 振動，從而將噪聲轉換成機械振動，這種機械振動接著被轉換成電信號，被傳送給連接在后 面的電子分析單元14，用于分析噪聲原因。 在圖3所示的實施變體中，濾波器裝置通過使麥克風外殼124的第一個開口 126' 對準聲源20并使第二個開口 127'對準相反方向而形成。由此在薄膜125的與第二個開口 127'相應的一側形成了通過箭頭所表示的傳播時間延遲。在這里聲源23對應于這樣的方 向從該方向出發(fā)，在未詳細示出的流介質中傳播的聲音出現(xiàn)在麥克風12'上。根據(jù)圖4， 為了實現(xiàn)聲音的傳播時間延遲并同時使聲音減弱，形成管狀的麥克風外殼124"，其中第二 個開口 127"—側的直徑小于第一個開口 126"—側的直徑，即d2 < 4。
根據(jù)在圖5中所示的實施例，濾波器裝置通過分別連接在開口 126'"和127'"前 面的通道21和25而形成不同的長度。通道25比通道21要長許多倍，即L < 12，并呈U形 彎曲地對準聲源24的方向。此外，長的通道25還帶有軟的壁襯24，以增強過濾效果。
本發(fā)明并不局限于上面描述的優(yōu)選實施變體。而是也可以在后面的權利要求的保 護范圍內與這些實施變體不同。因此，例如也可以將上述實施變體中的幾個變體彼此結合 使用，從而在緊湊的結構形式下對麥克風處的位于噪聲范圍內的頻率實現(xiàn)足夠的減弱和/ 或時間延遲。
附圖標記列表l管路2處理閥3閥座4關閉體5處理介質6調節(jié)驅動裝置7閥門拉桿8軛9位置調節(jié)器10位置記錄器ll現(xiàn)場總線接口12麥克風124麥克風外殼125薄膜126， 127開口128濾波器元件13聲音測量信號14診斷單元15信號采集裝置16信號處理裝置17存儲裝置18調節(jié)單元19壓力介質導管20聲源21，25通道22流介質23管路24壁襯
權利要求
一種用于診斷流體系統(tǒng)中的與流相關地或者通過從外部傳遞到流介質(22)中而傳播的噪聲的測量裝置，其中至少部分地設置在流介質(22)的區(qū)域內并具有用于補償流介質(22)的壓力沖突的裝置的麥克風(12)通過薄膜(125)記錄噪聲，并通過電子診斷單元(14)轉換成電信號以分析噪聲原因，其特征在于，為了補償流介質(22)的壓力沖突，麥克風(12)的薄膜(125)被設置在一個在薄膜(125)兩側均具有開口的麥克風外殼(124)內，該麥克風外殼的兩個開口(126，127)作為聲源通過流介質(22)被施加壓力，其中為了采集噪聲，所述兩個開口(126，127)中的至少一個設置有濾波器裝置，用于對與由流介質(22)中的壓力波動所產(chǎn)生的頻率相比較高且在所期望的噪聲頻譜內的頻率進行減弱或時間延遲，與此相反，該濾波器裝置允許由流介質(22)中的壓力波動所產(chǎn)生的低頻通過。
2. 根據(jù)權利要求l的測量裝置，其特征在于，所述濾波器裝置在薄膜(125)的一側以相 對于薄膜(125)另一側的一定的相位差產(chǎn)生位于所期望的噪聲頻譜內的頻率。
3. 根據(jù)權利要求l的測量裝置，其特征在于，所述濾波器裝置通過使麥克風外殼(124) 的第一個開口 (126')對準聲源(20)并使第二個開口 (127')對準大致相反的方向而形成， 以便在薄膜(125)的與第一個開口 (127')相應的一側實現(xiàn)對聲音的傳播時間延遲和/或 減弱。
4. 根據(jù)權利要求3的測量裝置，其特征在于，為了實現(xiàn)對聲音的傳播時間延遲和/或 減弱，形成管狀的麥克風外殼(124)，其中第二個開口 (127"') —側比第一個開口 (126"') 一側要長。
5. 根據(jù)權利要求3或4的測量裝置，其特征在于，為了實現(xiàn)對聲音的傳播時間延遲和/ 或減弱，所述管狀的麥克風外殼(124)在第二個開口 (127"') —側相對于麥克風外殼(124) 在第一個開口 (126'") —側附帶地通過連接在前面的管路或通道而被延長。
6. 根據(jù)權利要求l的測量裝置，其特征在于，所述濾波器裝置通過開口 (126"， 127") 的直徑差而形成，其中第二個開口 (127")的直徑小于第一個開口 (126")的直徑。
7. 根據(jù)權利要求l的測量裝置，其特征在于，所述濾波器裝置通過分別連接在開口 (126"'，127"')前面的不同長度的通道(21,25)而形成。
8. 根據(jù)權利要求l的測量裝置，其特征在于，所述濾波器裝置通過通道(127)的壁的軟 的壁襯(24)而增強其效率。
9. 根據(jù)權利要求l的測量裝置，其特征在于，所述濾波器裝置通過放置在兩個開口 (126,127)中之一的消音元件(128)而形成。
10. —種用于診斷流體系統(tǒng)中的噪聲的方法，這些流體系統(tǒng)與流相關地或者通過從外 部傳遞到流介質(22)中而傳播，其中噪聲由至少部分地設置在流介質(22)的區(qū)域內并具 有用于補償流介質(22)的壓力沖突的裝置的麥克風(12)通過薄膜(125)而被記錄，并被 轉換成電信號以分析噪聲原因，其特征在于，為了補償流介質(22)的壓力沖突，麥克風(12)的薄膜(125)被設置在一個在薄膜 (125)兩側均具有開口的麥克風外殼(124)內，該麥克風外殼的兩個開口 (126,127)作為聲 源通過流介質(22)被施加壓力，其中為了采集噪聲，所述兩個開口 (126,127)中的至少一 個設置有濾波器裝置，用于對與由流介質(22)中的壓力波動所產(chǎn)生的頻率相比較高且在 所期望的噪聲頻譜內的頻率進行減弱或時間延遲，與此相反，該濾波器裝置允許由流介質(22)中的壓力波動所產(chǎn)生的低頻通過:
全文摘要
診斷流體系統(tǒng)中的噪聲的測量裝置和方法，其中至少部分地設置在流介質(22)的區(qū)域內并具有用于補償流介質(22)的壓力沖突的裝置的麥克風(12)通過薄膜(125)記錄噪聲，并將其轉換成電信號以分析噪聲原因，其中麥克風(12)的薄膜(125)設置在一個在薄膜(125)兩側開口的麥克風外殼(124)內，這兩個開口(126，127)作為聲源通過流介質(22)被施加壓力，其中所述兩個開口(126，127)中的至少一個設置有濾波器裝置，用于減弱或延時與由流介質(22)中的壓力波動所產(chǎn)生的頻率更高且在期望的噪聲頻譜內的頻率，同時該濾波器裝置允許流介質(22)中的壓力波動產(chǎn)生的低頻通過。
文檔編號G01M3/24GK101749544SQ200910258350
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權日2008年12月15日
發(fā)明者A·施特爾特, D·帕佩, U·E·邁爾 申請人:Abb技術股份公司