УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ЗВУКА, ПРОИЗВОДИМОГО ПЛАМЕНЕМ Российский патент 1998 года по МПК H03B29/00 G10K11/16 

Изобретение относится к способу и устройству для быстрого и эффективного понижения уровня шума, производимого пламенем.

Нежелательный акустический звук отрицательно воздействует на людей и животных. Некоторые из вредных воздействий нежелательного шума, включая повреждения слуха, создают окружающую среду, отрицательно влияющую на эффективность работы, и вызывают опасные вибрации зданий. Обычные методы понижения интенсивности шума включают пассивные и активные устройства управления шумом.

Пассивные устройства управления шумом предшествующего уровня техники включают использование материалов, поглощающих звук, размещенных вокруг источника шума. Недостаток использования материалов, поглощающих звук, состоит в том, что такие материалы дороги и применение подобных материалов не эффективно на низких частотах. Кроме того, пассивные устройства управления уровнем шума не пригодны для помещения непосредственно в пламя.

Обычные активные устройства управления шумом ослабляют нежелательные шумы, представляющие собой звуковые волны, с помощью наложения волн, подавляющих шумы, которые в достаточной степени равны по амплитуде и по частоте, но сдвинуты на 180^o по фазе по отношению к самим шумам. Подавляющие волны или вибрации воспроизводятся громкоговорителем.

В американском патенте N 2043416 описывается активное устройство управления для снижения уровня звуковых колебаний, распространяющихся в воздухе в виде звуковых волн. Микрофон принимает звуковую волну, распространяющуюся в воздухе в одном направлении. Усилитель, присоединенный к микрофону воспроизводит звуковые волны, имеющие противоположную фазу по отношению к принятой звуковой волне. Звуковые волны противоположной фазы распространяются в том же направлении, как и принятые звуковые волны, для того чтобы вызвать взаимную компенсацию двух звуковых волн.

В американском патенте N 5146505 описывается способ для активного снижения шума, производимого работающим двигателем. Сигнал фильтруется специальным образом, для того чтобы воспроизвести компенсирующую форму волны, которая накладывается на шумы, производимые работающим двигателем, для того чтобы подавить определенные гармонические компоненты шума. Форма волны подавляющего сигнала управляет громкоговорителем для выработки нейтрализующей акустической волны, и последующего ее наложения на шумы, производимые двигателем.

Известно, что при сгорании газов с образованием пламени высокой интенсивности образуются шумы. Однако автору неизвестно какое-либо устройство, которое бы точно и эффективно понижало шумы, производимые таким пламенем.

В общих чертах настоящее изобретение представляет собой устройство для подавления звука, производимого пламенем. С помощью детектора от пламени снимается первый акустический сигнал. Первый акустический сигнал представляет собой модуляцию пламени. Второй акустический сигнал получается при инвертировании первого акустического сигнала. Второй акустический сигнал прилагается к пламени для подавления звука, производимого пламенем.

Предпочтительно, чтобы между катодом и анодом образовывалась электрическая дуга, с помощью которой второй сигнал прикладывается к пламени. В первом осуществлении изобретения катод расположен в пламени, а анод размещен вокруг пламени. Во втором осуществлении анод находится в пламени, а катод размещен вокруг пламени. Расстояние между катодом и анодом может "изменяться" для изменения длины электрической дуги. Чем длиннее электрическая дуга, тем выше степень подавления шума.

Для получения первого акустического сигнала может применяться фотодетектор. Этот фотодетектор работает со скоростью, равной скорости света, для быстрого детектирования звука, производимого пламенем.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретным вариантом его выполнения со ссылкой на сопровождающие чертежи.

На фиг. 1 дано схематическое изображение предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схематическое изображение устройства в соответствии с настоящим изобретением в альтернативном варианте его осуществления; на фиг. 3 - принципиальная схема усилителя и инвертора, используемых в настоящем изобретении в соответствии с фиг. 1 и 2.

Номера ссылок, используемые в ходе настоящего описания, соответствует одним и тем же элементам, представляющим различные представления, иллюстрирующие настоящее изобретение.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение устройства, понижающего уровень звука, производимого пламенем 12, в соответствии с описанием настоящего изобретения. Пламя 12 обычно производится с помощью источника топлива 13. Например, пламя 12 может производиться в горелке сварочного аппарата, использующего в качестве топлива ацетилен и кислород. Предпочтительно, чтобы пламя 12 производилось с помощью газов, подаваемых с большой скоростью, для того чтобы образовывалось пламя с высокой интенсивностью. Пламя 12 может использоваться в реактивном двигателе, в воздушном шаре, наполненном горячим воздухом, в газовой горелке, в газовых плитах и сварочных горелках. Кроме того, пламя 12 может использоваться в нефтяных горелках. Обычно нефтяная горелка производит желтое пламя. С помощью дожигания несгоревших углеродных газов из пламени нефтяной горелки можно увеличить интенсивность пламени и получить голубое пламя. Голубое пламя производит громкий звук.

Фотодатчик 18 определяет флуктуации света, излучаемого пламенем 12. Фотодатчик 18 детектирует свет, излучаемый пламенем 12, со скоростью света. Уровень флуктуации пламени 12 изменяется со звуковой частотой и производит модуляцию звука, производимого пламенем 12. Частота флуктуации может быть в диапазоне 20 - 20000 Гц. Фотодатчик 18 без задержек воспроизводит сигнал S₁, имеющий модуляцию пламени 12. Чем громче звук, тем сильнее подавляется этот звук. Этот звук может подавляться до уровня 25 дБ. Предпочтительно было бы, чтобы звук подавлялся в такой степени, чтобы из пламени 12 звук не излучался вообще. Для определения флуктуации света, излучаемого пламенем 12, может использоваться и другой прибор, чувствительный к акустической волне. Например, для детектирования света, излучаемого из пламени 12, можно использовать акустический преобразователь, микрофон или прибор, чувствительный к давлению. Однако датчик акустической волны может иметь недостаток, состоящий в том, что он работает при более низких скоростях, чем фотодатчик 18.

Усилитель 20 усиливает принимаемый сигнал S₁. Предпочтительно, чтобы усилитель 20 имел регулируемый коэффициент усиления сигнала S₁ от 1 до 50. Выходной сигнал 21 усилителя 20 подается на инвертор 22. Инвертор 22 инвертирует сигнал S₁ и производит сигнал S₂. Сигнал S₂ имеет ту же амплитуду и частоту, что и сигнал S₁ но сдвинут на 180^o по фазе по отношению к сигналу S₁ для подавления звука, производимого пламенем 12. Усилитель 24 усиливает сигнал S₂.

Выходной трансформатор звука 26 используется для соединения источника питания 28 с усилителем 24, катодом 30 и анодом 32. Предпочтительно, чтобы трансформатор 26 представлял собой выходной звуковой трансформатор, используемый "реверсивно" для того, чтобы на повышающей вторичной обмотке получать повышенное напряжение. Источник питания 28 соединен через первичную обмотку с катодом 30 и анодом 32. Провод 27 соединяет трансформатор 26 с катодом 30 и провод 29 соединяет трансформатор 26 с анодом 32. Величина подаваемого тока для производства электрической дуги 35 может меняться от уровня менее чем 1 А и 80 кА.

Катод 30 размещен на некотором расстоянии или внутри пламени 12. Предпочтительно, чтобы катод 30 размещался в пламени 12. Анод 32 окружает пламя 12. На катод 30 подается ток, модулируемый сигналом S₂. Электрическая дуга 35 образуется между катодом 30 и анодом 32, которые инверсивно модулируют звук, производимый пламенем 12. Предпочтительно, чтобы катод 30 и анод 32 были изготовлены из вольфрама.

Расстояние между катодом 30 и анодом 32 можно регулировать для изменения длины электрической дуги 35. Было обнаружено, что с увеличением длины электрической дуги 35 становится возможным подавлять более громкие звуки. Для подавления звука с большей длиной волны или более низкими частотами требуется более длинная дуга, и поэтому необходимо большее расстояние между катодом 30 и анодом 32. Предпочтительно, чтобы длина электрической дуги 35 была от 8 мм до 15 м.

В настоящем осуществлении изобретения ток течет от катода 30 к аноду 32 в направлении пламени 12 для подавления звука, производимого пламенем 12. При альтернативном осуществлении изобретения анод 40 размещен на некотором расстоянии или в пламени 12, а катод 42 окружает пламя 12, как показано на фиг. 2. При этом варианте осуществления изобретения ток течет в противоположном пламени 12 направлении.

Звук в пламени 12 образуется из-за ионизации ионов, а также из-за поперечной неравномерности скорости в струе быстро подаваемых газов в пламя 12 и передается через окружающий неподвижный воздух. Пламя 12 образует ионы, которые текут между катодом 30 и анодом 32. Ионизация пламени 12 может быть усилена с помощью введения фитиля, подводящего в пламя 12 щелочные металлы, такие как: цезий, рубидий, калий и натрий, в виде раствора карбонатов, для увеличения степени ионизации, что позволяет повысить плотность тока, протекающего между катодом 30 и анодом 32. На электрической дуге 35 в результате тока ионов между катодом 30 и анодом 32 возникает падение напряжения. Модуляция тока, подводимого к катоду 30 с помощью сигнала S₂, вызывает либо положительный поток ионов катода 30 к аноду 32 или незначительный, либо отсутствующий вовсе поток ионов между катодом 30 и анодом 32.

На фиг. 3 представлена принципиальная схема усилителя 20 и инвертора 22, которые могут использоваться в настоящем изобретении. Фотодатчик 18 представляет собой p-n-p-транзистор 52 для получения сигнала S₁ от света, детектируемого из пламени 12. Коэффициент усиления регулируется с помощью операционного усилителя 54. Предпочтительно, чтобы коэффициент усиления мог регулироваться от значения 1 до 50. Операционный усилитель 58 инвертирует сигнал S₁ для получения сигнала S₂. Основные элементы, составляющие электронную схему в настоящем изобретении, представлены в таблице.

Было бы предпочтительно, чтобы для производства сигналов S₁ и S₂, которые являются сдвинутыми по фазе на 180^o сигналом S₁, применялись известные цифровые метода.

Настоящее изобретение использует преимущества детектирования и подавления звука, производимого пламенем, без задержки. Детектирование звука производится со скоростью света. Электрическая дуга модулирует пламя, производя сигнал, сдвинутый на 180^o по фазе подавления звука, производимого пламенем. Настоящее изобретение не использует какой-либо громкоговоритель для получения звуковой волны, поскольку такое устройство не может быть в достаточной степени точным и быстродействующим, как устройство в соответствии с настоящим изобретением.

Несмотря на то что настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительное его осуществление, допустимы также различные известные модификации структуры и функции устройства без отхода от духа и принципов изобретения в целом.

Изобретение относится к технике понижения уровня шума, производимого пламенем. Достигаемым техническим результатом является подавление шума, производимого пламенем без задержки. Устройство для подавления шума, производимого пламенем, содержит фотодатчик, выполненный с возможностью обнаружения флуктуации пламени и выработки первого акустического сигнала от пламени, средство выработки второго акустического сигнала, который является инвертированным по отношению к первому акустическому сигналу, катод и анод, выполненные с возможностью создания между ними электрической дуги для приложения второго акустического сигнала к пламени и возможностью модулирования указанным вторым акустическим сигналом и подавления звука, производимого пламенем. Способ подавления звука, производимого пламенем, включает этапы обнаружения первого акустического сигнала с помощью фотодатчика, выработки второго акустического сигнала, приложения второго акустического сигнала к пламени между катодом и анодом, получения электрической дуги, которую модулируют вторым акустическим сигналом, и подавления звука, производимого пламенем. 2 с. и 11 з.п.ф-лы, 1 табл., 3 ил.

1. Устройство для подавления шума, производимого пламенем, отличающееся тем, что содержит фотодатчик, выполненный с возможностью обнаружения флуктуации пламени и выработки первого акустического сигнала от пламени, причем первый акустический сигнал имеет частоту флуктуации, лежащую в диапазоне 20 - 20000 Гц, средство выработки второго акустического сигнала, который является инвертированным по отношению к первому акустическому сигналу, катод и анод, выполненные с возможностью создания между ними электрической дуги для приложения второго акустического сигнала к пламени и возможностью модулирования указанным вторым акустическим сигналом и подавления звука, производимого пламенем. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство выработки второго акустического сигнала дополнительно содержит усилитель обнаруженного первого акустического сигнала и инвертор, выполненный с возможностью инвертирования первого акустического сигнала во второй акустический сигнал. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что пламя формируется газом, подводимым с большой скоростью. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что фотодатчик представляет собой p-n-p-транзистор. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что указанный катод размещен в пламени и указанный анод размещен вокруг пламени с возможностью создания электрической дуги, текущей в направлении пламени. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что указанный анод размещен в пламени и указанный катод размещен вокруг пламени с возможностью создания электрической дуги, текущей в направлении, противоположном направлению пламени. 7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пламя производится с помощью реактивного двигателя. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пламя производится сварочной горелкой. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пламя производится нефтяной горелкой. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пламя производится газовой печью. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пламя производится воздушным шаром, наполняемым горячим воздухом. 12. Способ подавления звука, производимого пламенем, отличающийся тем, что включает следующие этапы: обнаруживают первый акустический сигнал от пламени с помощью фотодатчика, причем первый акустический сигнал имеет частоту флуктуации, лежащую в диапазоне 20 - 20000 Гц, осуществляют выработку второго акустического сигнала, который является инвертированным по отношению к первому акустическому сигналу, осуществляют приложение второго акустического сигнала к пламени между катодом и анодом, получают электрическую дугу, которую модулируют вторым акустическим сигналом, и подавляют звук, производимый пламенем. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что осуществляют усиление обнаруженного первого акустического сигнала.