降低​噪音,“静”化​环境

"用​NI​的​软​硬件​平台,​我们​可以​创建​一个​高​性​价​比​的​高​端​系统,​把​采集​系统​分布​地​放置​在​多个​机​箱​中,​严格​同步​所有​的​通道." ​

- James Underbrink, Boeing Aero/​Noise/​Propulsion Laboratory

挑战:

创建​一个​可​升级​的​高​性​价​比​系统​来​测试​新​设计​的​有效性,​该​设计​被​用于​减少​商业​喷​气​式​客机​在​起飞、​降落​和​持续​飞行​过程​中​发出​的​噪音。

解决​方案:

使用​NI 的​PXI 控制器、​机​箱、​动态​信号​分析​仪​和​LabVIEW 软件​来​设计​一个​可​升级​的​分布​式​测试​系统,​该​系统​拥有​严格​的​定​时​和​同步​功能,​用于​在​飞机​低空飞行​测试​时​进行​相​控​阵​数据​采集。

 

大型​电子​机械​设备​的​运转​为​人类​提供​了​便利,​然而​它们​在​运行​时​带来​的​噪声,​也​严重​地​影响​了​人们​的​生活。​正确​地​测量​和​定位​噪声​是​降低​噪声​的​前提,​NI 提供​了​多种​噪声​测量​方案,​如​DELTA​公司​和​Boeing(波音)​公司​就​选用​了​NI LabVIEW 软件​和​PXI 平台​实现​了​风力​涡轮​机​和​飞机​的​噪声​测试​系统。

 

当今​社会,​噪声​无处​不在。​包括​汽车,​飞机​在内​的​大型​设备​运行​时​会​引起​大量​的​噪声,​严重​地​影响​了​人们​的​工作​和​生活。​为此,​有关​部门​提出​了​一系列​的​噪声​排放​标准,​以​限制​噪声​的​产生。​降低​噪声​的​前提​是​正确​地​测量​和​定位​噪声,​作为​声音​振动​领域​的​专家,​NI​一直​致力​于​帮助​工程​师​解决​噪声​监测​问题。

 

为​波音​公司​开发​噪声​测量​与​定位​系统

Boeing(波音)​公司​创建​于​1916 年,​主要​生产​各种​民用​和​军用​飞机,​是​目前​世界上​航空​航天​领域​规模​最大​的​公司。​波音​公司​制造​的​各类​客机、​货机​被​销​往​世界​各地。​由于​飞机​在​起飞、​降落​和​飞行​过程​中​会​带来​很大​的​噪声,​严重​影响​了​周围​的​环境,​引起​了​政府​部门​的​关注。​为了​达到​日益​严格​的​噪声​标准,​波音​公司​也在​不断地​改进​飞机​的​设计,​以​尽可能​地​降低​噪声。

 

为了​降低​商业​喷​气​式​客机​在​起飞、​降落​和​持续​飞行​过程​中​发出​的​噪声,​波音​公司​需要​对​应用​在​其​飞机​上​的​新​降​噪​技术​进行​测试。“我们​需要​一个​能​在​测试​过程​中​进行​相​控​阵​声学​成像​的​测试​系统,​来​帮​我们​判断​起飞​过程​中的​噪声​点。​测试​系统​构​架​必须​是​分布​式​的,​它​可以​扩展​到​一千​或者​更多​个​通道,​同时​在​通道​间​保持​严格​的​定​时​和​同步。​此外,​该​系统​还​要​灵活​精确​而且​可以​升级。”基于​以上​要求,​NI PXI 软​硬件​平台​为​波音​提供​了​满意​的​解决​方案。​波音​使用​600 多个​基地​麦克​风​来​装备​其​测试​系统,​这些​麦克​风​按照​自​定义​的​螺旋​状​安装​在​一个​250 英尺​宽、​300 英尺​长​的​跑道​区域​的​末端。​当​777-300ER 飞机​飞过​头顶​时,​利用​PXI 动态​信号​采集​卡​来​获取​它​发出​的​噪音,​立即​恢复​并​处理​数据,​然后​得到​一幅​该​飞机​的​声学​成像​图。​一个​数据​处理​计算​机​集群​通过​千​兆​网​连接​到​主​计算​机上,​对​这些​数据​和​图像​进行​实​时​分析。​在​一个​典型​的​测试​周期​中,​飞机​大约​每隔​6 分钟​飞过​麦克​风​阵​列。​在​这个​周期​内,​系统​可以​把​以前​获得​的​数据​上​传,​同时​准备​获取​更多​的​新​数据。“我们​在​单​次​测试​中​就​进行​了​三百​多次​的​数据​获取,​得到​了​78 分钟​的​低空飞行​结果,​总​数据​量​超过​了​1T 字​节。”

 

“利用​NI​公司​的​软​硬件,​我们​得以​创建​一个​低成本​的​高​端​系统:​它​可以​把​采集​系统​分布​地​放置​在​多个​机​箱​中,​严格​同步​所有​通道,​在​提供​大规模​通道​数量​的​同时,​给​所有​的​系统​通道​提供​完整​的​带​宽,​而且​可以​允许​无限​数量​的​通道​数​扩展。”利用​这​一​系统,​波音​成功​地​改进​了​原有​的​767​型​客机​的​设计,​并​应用​在​了​噪音​更​小,​更​舒适​的​全新​波音​787 型​客机​中。

 

风力​涡轮​机​噪声​监测​系统

近年​来,​环境​问题​的​加剧​导致​人类​开始​寻找​各类​更​环保​的​能源。​风​能​就是​其中​发展​最为​迅猛​的​一种。​风力​涡轮​机​实现​了​风​能​到​电能​的​转换,​为​人类​使用​绿色​能源​创造​了​便利,​然而​风力​发​电厂​所​发出​的​噪声​同时​又​影响​了​周围​居民​的​生活​环境。​随着​风力​涡轮​机​噪声​排放​的​统一​测量​标准​IEC61400-11:2002 的​出台,​风力​发电​场​也​必须​兼顾​降​噪​的​要求。

 

NI 公司​的​合作​伙伴​之一:​丹麦​的​DELTA 公司​基于​NI PXI​台,​实现​了​风力​涡轮​机​的​噪声​测量​系统。​NI PXI-4472 动态​信号​采集​模​块​为​该​测量​系统​的​硬件​核心。​DELTA 通过​4472 采集​麦克​风​获取​的​特定​频率​下​的​声音​信号。​与此同时,​麦克​风​被​安装​在​地面​的​圆​板​上,​并​使用​符合​IEC​标准​的​挡​风​板​覆盖​之。​挡​风​板​可​降低​麦克​风​周围​的​风速​和​麦克​风​内的​风力​感应​噪声,​从而​在​低​频​的​情况​下,​进一步​提高​信​噪​比。​而​测量​软件​平台​noiseLAB​则​是​使用​LabVIEW 开发。​该​软件​实现​了​声音​数据​的​记录​及​IEC 标准​所需​的​倍​频​程、​音调​等​参数​的​测量。​同时​还​可以​根据​ISO 1996-2 标准,​定义​音调。“基于​PXI 硬件​平台​的​系统,​既​可​降低​成本​又能​达到​高​通道​数。​此外,​我们​使用​LabVIEW​图形​化​开发​环境​来​实现​自己​的​noiseLAB,​简单​而且​高效。”

 

建立​噪声​检测​平台,“静”化​生活​环境

在​电子、​机械​设备​的​设计​中,​尽可能​地​降低​噪音​是​每位​工程​师​的​理想。​NI 帮助​DELTA 和​波音​等​公司​成功​地​实现​了​噪声​的​测量​与​定位,​为​日​后​降低​噪声​的​研究​做好​了​充分​的​准备。​帮助​客户​量化​问题,​解决​问题,​是​每一​位​NI 工程​师​的​目标。

 

 

作者​信息:

James Underbrink
Boeing Aero/​Noise/​Propulsion Laboratory
​Tel: 206-655-1476
james.r.underbrink@boeing.com

 

​ ​放置​在​机场​跑道​上​用于​测量​噪音​的​麦克​风​阵​列 ​