城市轨道交通车辆噪声与振动能量采集

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城市轨道交通车辆噪声与振动能量采集

作者：毛宇臻刘冠轩王奔庄严

来源：《中国科技博览》2017年第07期

[摘要]本文针对城市轨道车辆运行引发的噪声和振动能量进行机理分析及实验研究，提出了基于PVDF压电片单元以及压电陶瓷进行能量回收的方法，并利用噪声模拟器与悬臂梁试验台模拟轨道车辆噪声源与振动源，对不同发声频率和振动频率下的信号进行了响应分析，实验成果对城市轨道交通车辆的噪声与振动能量采集具有一定指导意义。

[关键词]轨道车辆；振动能量回收；噪音能量回收；压电效应

中图分类号：TB535；U270 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0125-02

1 引言

由于轨道车辆在高密度运行过程中，会产生巨大的噪声车辆以及轨道的强烈振动，这些噪声与振动能量则被轨道本身所吸收并无价值的耗散掉。轨道交通产生的环境效益和节能问题也逐渐得到更多人的关注[1]。目前，制约轨道交通发展的主要环境问题便是振动与噪声。该项

目设计了一个以PVDF压电片单元以及压电陶瓷为回收单元的简易系统，分别利用噪声模拟器与悬臂梁试验台来模拟噪音源与振动源。

2 系统设计原理

2.1 噪声能量回收原理以及研究现状

目前的有关轨道运行引发的噪声能量的采集和回收有关的资料较少，轨道车辆噪声能量的采集主要是利用声电能量转换技术。声能发电系统是由声能收集装置和换能器两部分组成，换能器是声能发电装置的核心部件，声能发电装置主要分为压电式、电磁式和静电式三种形式。由于电磁式尺寸较大，结构复杂；静电式结构复杂，需要启动电压；而压电式结构简单，能量输出大，故现较多使用压电式发电装置。如今对于声电转换技术的研究，国内外一些科研院也所取得了一定的科研成果；但针对例如轨道噪声等噪声能量回收的研究仍停留在想法实施或初步设计状态；并且对于已有的能量回收装置也处于效率不高的地步，远未达到可以大范围使用的程度。

噪声能量采集器主要包括声压放大装置和压电式声电能量转换装置；其中声压放大装置采用Helmholtz（亥姆霍兹）共鸣器；压电式声电能量转换装置采用悬臂梁压电振子作为理论模型。其共振频率可参照的公式如下：

共鸣器共振频率为，