Silicon whisker pressure sensors for noise reduction in silencers: Датчики тиску на основі ниткоподібних кристалів кремнію для зниження шумових параметрів автоглушників
The article contains the results of research and development of a system for active noise damping of an automobile engine. The main source of noise from a running engine is exhaust noise. The frequency spectrum of this sound has a pronounced low-frequency character, which explains its weak absorptio...
Gespeichert in:
| Datum: | 2021 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers
2021
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.1-2.28 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Technology and design in electronic equipment |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Technology and design in electronic equipment| _version_ | 1867750871017717760 |
|---|---|
| author | Druzhinin, Anatoliy Kutrakov, Oleksiy Zinko, Roman |
| author_facet | Druzhinin, Anatoliy Kutrakov, Oleksiy Zinko, Roman |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Anatoliy Druzhinin",
"institution": "Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine"
},
{
"author": "Oleksiy Kutrakov",
"institution": "Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine"
},
{
"author": "Roman Zinko",
"institution": "Lviv Polytechnic National University, Lviv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Druzhinin, Anatoliy |
| baseUrl_str | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-06-11T12:20:55Z |
| description | The article contains the results of research and development of a system for active noise damping of an automobile engine. The main source of noise from a running engine is exhaust noise. The frequency spectrum of this sound has a pronounced low-frequency character, which explains its weak absorption when the sound is propagating in open spaces. A possible solution to this problem is to use an active system for suppressing the resonant frequencies of the muffler using strain gauges to read the primary information about the dynamic processes that determine the noise level.It is for such active noise suppression systems that the authors develop a high-temperature pressure sensor based on strain gauges made of silicon whiskers. Such strain gauges have unique mechanical properties, are characterized by high sensitivity and the ability to operate in various amplitude-frequency and temperature ranges up to 500°C. The study of the dynamic characteristics of pressure sensors made it possible to confirm the quality of its electromechanical part and determine that the measurement error of the sensor is ±0.5 in the temperature range of 20 to 500°C.The active noise suppression system is a buffer tank whose volume changes in accordance with signals from pressure sensors. This design makes it possible to dynamically change the resonant frequency of the buffer capacitance depending on the operating modes of the engine, which leads to a decrease in its noise characteristics.Using the developed additional resonator chamber with a variable volume in the exhaust muffler of an internal combustion engine made it possible to reduce resonance phenomena in the zone of low-frequency pulsations of the exhaust gas pressure from 57 to 43 Hz with a frequency drift in the range of 310 to 350 Hz, which significantly improved its noise characteristics. |
| doi_str_mv | 10.15222/TKEA2021.1-2.28 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:30:22Z |
| format | Article |
| fulltext |
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 1–228 ISSN 2309-9992 (Online)
1
СЕНСОЕЛЕКТРОНІКА
УДК 625.315.592
Д. т. н. А. О. ДРУЖИНІН, к. т. н. О. П. КУТРАКОВ, к. т. н. Р. В. ЗІНЬКО
Україна, Національний університет «Львівська політехніка»
E-mail: druzh@polynet.lviv.ua
ДАТЧИКИ ТИСКУ НА ОСНОВІ
НИТКОПОДІБНИХ КРИСТАЛІВ КРЕМНІЮ ДЛЯ ЗНИЖЕННЯ
ШУМОВИХ ПАРАМЕТРІВ АВТОГЛУШНИКІВ
Важливим етапом створення сучасних автотран-
спортних засобів з покращеними екологічними та
споживчими якостями є вдосконалення їхніх вібро-
акустичних характеристик. Цей факт спонукає ви-
робників застосовувати методи зниження як зовніш-
нього, так і внутрішнього шуму, створюваного авто-
транспортом [1].
Основним джерелом шуму працюючого двигу-
на залишається шум випуску відпрацьованих газів,
причому акустична потужність незаглушеного шуму
вихлопу досягає 100 Вт (до 140 дБА) і в десятки або
навіть у сотні разів перевищує потужність шуму ін-
ших елементів і систем двигуна [2].
Частотний спектр звуку даного джерела має вира-
жений низькочастотний характер, що визначає слаб-
ке його поглинання під час поширення у відкрито-
му просторі. Для якісного зниження рівня звуково-
го тиску в частотних смугах шуму до 500 Гц необ-
хідно застосовувати глушники з величезними габа-
ритними розмірами та масою. Останнім часом все
більше використовуються активні глушники шуму,
дія яких заснована на принципах суперпозиції та ін-
терференції — накладання двох або декількох звуко-
вих хвиль, що призводить до послаблення результу-
ючої хвилі в різних точках простору [3—5]. Однак
глушники зі сталими характеристиками, розрахо-
ваними під задану резонансну частоту, не завжди є
ефективними — зміна режимів роботи двигуна ви-
кликає дрейф резонансної частоти, яка може виходи-
ти за межі діапазону, на який розраховано глушник
(рис. 1) [6]. Тому розробка нових конструкцій глуш-
ників, які поєднували б у собі високу ефективність
у всьому діапазоні частот, низький протитиск і не-
Наведено результати дослідження високотемпературних датчиків тиску на основі ниткоподібних кристалів
кремнію та розробки системи активного придушення шуму автомобільного двигуна на їхній основі. Принцип робо-
ти пропонованої системи засновано на застосуванні в глушнику додаткової буферної камери зі змінним об’ємом.
Застосування розроблених високотемпературних датчиків тиску з тензорезисторами на основі ниткоподібних
кристалів кремнію для отримання інформації про параметри звукових коливань, що виникають під час витоку ви-
хлопних газів, дозволило створити систему управління зміною об’єму буферної камери. Представлено результати
випробування запропонованої системи активного придушення шумів двигуна внутрішнього згоряння.
Ключові слова: автомобільні глушники, активне придушення шуму, датчики тиску, ниткоподібні кристали.
значні масово-габаритні параметри, нині є дуже ак-
туальним завданням.
Можливим варіантом розв’язку проблеми є засто-
сування системи придушення резонансних ча стот
глушника з використанням спеціальних датчиків для
зняття первинної інформації про динамічні процеси,
які визначають рівень шуму. Природно, що для ство-
рення такої системи необхідні датчики, які були б
працездатними у дуже агресивному середовищі. Так,
наприклад, температура вихлопних газів дизельного
двигуна варіюється в діапазоні 500…700°С, карбюра-
торного — 700…1000°С. При вході в глушник швид-
кість потоку вихлопних газів змінюється в діапазоні
V = 50…130 м/с, а тиск в об’ємі досягає 0,1 МПа за
зміни температури в діапазоні Т0 = 290…500°С [6].
DOI: 10.15222/TKEA2021.1-2.28
Рис. 1. 1/3-октавний спектр рівня звукового тиску Р
двигунів ВАЗ 2111 у різних режимах його роботи (за різних
частот обертання, у об/хв):
1 — 1600; 2 — 5600; 3 — 5500
120
110
100
90
80
70
60
31,5 63 125 250 500 1000
f, Гц
1
2
3
Р,
д
Б
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 1–2 29ISSN 2309-9992 (Online)
2
СЕНСОЕЛЕКТРОНІКА
Метою цієї роботи є розробка високотемператур-
них датчиків тиску на основі тензорезисторів, виго-
товлених з ниткоподібних кристалів (НК) кремнію,
для створення системи активного придушення шумів
автомобільного глушника. Тензорезистори на основі
НК кремнію мають унікальні механічні властивості,
вони характеризуються високою чутливістю та мож-
ливістю роботи у різних амплітудно-частотних і тем-
пературних діапазонах до 500°С [8, 9].
Конструкція датчика
В основу конструкції датчика покладено систе-
му «мембрана — шток — балка» (рис. 2). Принцип
його роботи полягає у наступному. Під дією тиску
Р відбувається прогин мембрани 1, і переміщення її
центру через шток 5 передається на балку 4 із тен-
зорезисторами 3. При цьому балка зазнає деформа-
ції згину, а закріплені на ній тензорезистори — де-
формації стиску або розтягу залежно від місця їх-
нього розміщення.
Тензорезистори на основі НК Si р-типу провіднос-
ті з питомим опором 0,005 Ом·см, які мають ліній-
ну температурну залежність опору в широкому тем-
пературному діапазоні, підібрані в пари за значен-
ням номінального опору і температурного коефіці-
єнта опору. Вони закріплюються на верхній та ниж-
ній поверхнях балки тензомодуля, а струмовідводи
з платинового дроту діаметром 30 мкм приварюють-
ся до метало-скляного виводу, вбудованого у тензо-
модуль. Тензорезистори з’єднано у мостову схему,
вихідний сигнал якої змінюється залежно від тиску,
який сприймає мембрана датчика.
Для створення пружного елементу високотемпе-
ратурного датчика використано сплав 29НК з коефі-
цієнтом термічного розширення (КТР) близьким до
КТР кремнію. Для закріплення тензорезисторів обра-
но склоприпой С51-1 з КТР ≈ 4,9·10–6 К–1 та темпера-
турою розм’якшення приблизно 750℃. Використання
комбінації «кремнієвий тензорезистор — склопри-
пой — ковар» з близькими КТР дозволило мінімізува-
ти температурні напруження та забезпечити стабіль-
ність роботи датчика за високих температур.
Для оптимізації конструкції датчика тиску про-
водилось комп’ютерне моделювання розподілу ме-
ханічних напружень і деформацій в системі «мемб-
рана — шток — балка», яке виконувалося за мето-
дом скінчених елементів з використанням програ-
ми ANSYS [9]. Розрахунок проводився в ізотроп-
ному наближенні: вважалося, що всі елементи кон-
струкції датчика виготовлено із ковара 29НК з моду-
лем Юнга Е = 140·109 Па та коефіцієнтом Пуассона
ν = 0,3. На рис. 3 наведено результати розрахунків
механічних напружень в елементах конструкції дат-
чика тиску. Такі розрахунки дозволили вибрати опти-
мальну конфігурацію та розміри штока, щоб забез-
печити необхідні частотні характеристики системи,
а також зменшити її нелінійність.
Для усунення впливу великих вібраційних на-
вантажень і кислотної дії середовища корпус датчи-
ка виготовлено з коварового сплаву, а всі з’єднання
виконуються за допомогою лазерного зварювання.
Жорстке з’єднання всіх елементів датчика сприяє
підвищенню його власної частоти та стійкості до
вібрацій. Мембрану датчика виготовлено зі сплаву
типу 44НХТЮ з високими пружними властивос-
тями та малим температурним коефіцієнтом моду-
ля пружно сті. На рис. 4 наведено зовнішній вигляд
датчика тиску, призначеного для вимірювання ти ску
Рис. 2. Конструкція датчика тиску:
1 — мембрана; 2 — корпус; 3 — тензорезистори; 4 — балка;
5 — шток; 6 — струмовиводи
Р
1
2
6 4 5
3
Рис. 3. Розподіл механічних напружень
у датчику тиску
Рис. 4. Зовнішній вигляд датчика тиску
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 1–230 ISSN 2309-9992 (Online)
3
СЕНСОЕЛЕКТРОНІКА
у діапазоні від 0 до 400 кПа за температури у діа-
пазоні до 450°С.
Результати досліджень датчика тиску
В результаті проведених досліджень отримано за-
лежності, представлені на рис. 5, 6.
З наведених на рис. 5 характеристик зрозуміло, що
у статичному режимі вимірювання вихідний сигнал
датчика має лінійну залежність від тиску за різних
температур у діапазоні від 20 до 450°С. Розрахована
нелінійність вихідної характери стики становить
близько 0,1%.
Дослідження динамічних характеристик датчиків
тиску проводилося на спеціальному стенді, призначе-
ному для вимірювань амплітудно- і фазо-частотних
характеристик датчиків тиску, у діапазоні частот від
30 Гц до 8 кГц [11]. Система вимірювання пульса-
цій тиску складається з датчиків тиску (контроль-
ного та досліджуваного), вимірювальних підсилю-
вачів та багатоканального реєструючого пристрою
ТЕСЛА ЕАМ-500.
Амплітудно-частотні характеристики (АЧХ) дат-
чика тиску досліджувалися методом їхнього по-
рівняння з АЧХ контрольного датчика тиску фірми
”Kulite” [12]. Наведена на рис. 6 АЧХ визначалась як
відношення між амплітудами досліджуваного (А) та
контрольного (А0) датчиків ти ску. Резонансна часто-
та досліджуваного датчика тиску становить близь-
ко 4400 Гц.
Градуювання датчика тиску показало, що його
електромеханічна частина є якісною, та дало змо-
гу визначити похибку вимірювань у діапазоні тем-
ператури від 20 до 900°С, яка становить ±0,5%,
а додаткова температурна похибка — менш ніж
0,03%/К.
Система придушення шуму в глушнику
Проведені дослідження дозволили розробити ак-
тивну систему придушення шуму в глушнику вихло-
пу двигунів внутрішнього згорання (ДВЗ), схема якої
представлена на рис. 7.
Датчик опорного звукового сигналу 1 на вході
глушника та датчик залишкового звукового сигна-
лу 6 в зоні виходу потоку вихлопних газів фіксують
рівень шуму. В результаті обробки блоком 3 управ-
ління цими сигналами формується додатковий сиг-
нал. Цей сигнал через підсилювач відправляється на
електромагніт-соленоїд 4, який керує положенням
діафрагми 5, що визначає об’єм буферної камери 2.
Така конструкція дозволяє динамічно змінювати ре-
зонансну частоту буферної камери залежно від ре-
жиму роботи двигуна, що призводить до покращен-
ня його шумових характеристик.
Для оцінки ефективності роботи як усієї систе-
ми випуску, так і її окремих елементів найбільш ін-
формативним параметром є втрата передачі звуко-
вих хвиль TL (transmission loss), оскільки вона не
Рис. 7. Комбінована система придушення шуму
в глушнику:
1 — тензодатчик опорного сигналу; 2 — додаткова буферна
камера; 3 — блок управління; 4 — електромагніт-соленоїд;
5 — діафрагма; 6 — тензодатчик залишкового сигналу
3
2
1
4
5
6
Рис. 5. Вихідні характеристики датчика тиску за різних
температур:
1 — 20°С; 2 — 300°С; 3 — 450°С
60
50
40
30
20
10
0
0 1 2 3 4
P, 105 Па
3
2
1
U
ви
х,
мВ
Рис. 6. Амплітудно-частотна характеристика датчика
тиску
14
12
10
8
6
4
2
0
0 10 20 30 40 50 60
f, кГц
А/
А 0
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 1–2 31ISSN 2309-9992 (Online)
4
СЕНСОЕЛЕКТРОНІКА
залежить від акустичних умов на вході та виході
системи випуску:
TL = 10lg(Win /Wout),
де Win, Wout — потужність звукових хвиль, відповід-
но, на вході та виході глушника за погодженого вхід-
ного та вихідного навантаження [13].
Використання в глушниках вихлопу ДВЗ роз-
робленої додаткової резонаторної камери зі змін-
ним об’ємом дозволило зменшити резонансні яви-
ща в зоні низькочастотних пульсацій тиску вихлоп-
них газів з 57 до 43 Гц при дрейфі частоти в межах
310…350 Гц, що значно покращило його шумові ха-
рактеристики (рис. 8).
Висновки
Розроблені високотемпературні датчики тиску на
основі тензорезисторів з ниткоподібних кристалів
кремнію дозволили реалізувати систему динамічної
зміни об’єму резонаторної камери у глушнику ви-
хлопу відпрацьованих газів двигунів внутрішнього
згорання. Проведені експериментальні дослідження
показали високу надійність датчиків (вони витриму-
ють понад 107 циклів навантаження-розвантаження
при деформації тензорезисторів 1·10–3 відносних оди-
ниць). Використання спеціальних сплавів типу 29НК
для виготовлення пружних елементів та склоприпою
С51-1 для закріплення тензорезисторів забезпечило
працездатність датчиків тиску в умовах високих тем-
ператур (до 450°С) зі збереженням їхніх високих ме-
трологічних параметрів. Завдяки застосуванню та-
ких датчиків в системі динамічної зміни об’єму ре-
зонаторної камери в глушнику вихлопу відпрацьова-
них газів зменшилися резонансні явища в зоні низь-
кочастотних пульсацій тиску, що значно покращило
шумові характеристики двигуна.
ВИКОРИСТАНІ ДЖЕРЕЛА
1. Munjal M.L. Analysis and design of pod silencers. Journal of
Sound and Vibration, 2003, vol. 262, № 3, pp.497–507.
2. Комкин А.И., Куличев И.Н., Сухоруков В.А. Анализ акусти-
ческих характеристик глушителей шума. Научно-технические до-
стижения и передовой опыт в автомобилестроении, НИИ стан-
дартавтосельхозмаш, Москва, 1991, вып. 7, с. 9–12.
3. Potente D. General design principles for an automotive
muffler. Proceedings of Acoustics, Busselton, Western Australia, 2005,
p. 153–158.
4. Белоцерковский С. В., Тольский В. Е. Автомобильные глу-
шители: современные требования, тенденции развития, методы
расчета и испытаний. Электронный журнал “Техническая акус-
тика”, http://ejta.org, 2001, 4.
5. Васильев А.В. Акустическое моделирование и комплек-
сное снижение шума автомобильных двигателей внутренне-
го сгорания. Самара, Издательство Самарского научного центра
РАН, 2004, 296 с.
6. Васильев А.В. Снижение низкочастотного шума и вибра-
ции силовых и энергетических установок. Механика и машино-
строение, 2003, т. 5, № 2, с. 419–429.
7. Лубянченко А.А. Приближенные физико-математические
модели газодинамических и аэроакустических процессов в глу-
шителях шума выпуска ДВС. NOISE Theory and Practice, т. 1,
№. 2, с. 72–83.
8. Druzhinin A., Kutrakov A., Lavitska E., Maryamova I. High
temperature pressure sensors based on silicon microcrystals. Труды
6-й междунар. конф. «Теория и техника передачи, приема и об-
работки информации». Туапсе, Россия, Харьков, ХТУРЭ, 2000,
c. 451–453.
9. Дружинін А. О., Мар’ямова І. Й., Кутраков О. П., Лях-Кагуй
Н. С. Ниткоподібні кристали кремнію для сенсорної електроні-
ки. Фізика і хімія твердого тіла, 2011, т. 12, № 4, с. 1078–1084.
10. Altabey W.A., Noori M., Wang L. Using ANSYS for Finite
Element Analysis. Vol. 1. A Tutorial for Engineers, New York,
Momentum Press, 2018, 193 р.
11. Дружинін, А.О., Мар’ямова І.Й., Кутраков О.П. Датчики
механічних величин на основі ниткоподібних кристалів крем-
нію, германію та сполук А3В5. Львів, Вид-во Львівська політех-
ніка, 2015, 232 c.
12. Ned A. A., Kurtz A. D., Beheim G. et. al. Improved SiC
Leadless Pressure Sensors for High Temperature, Low and High
Pressure Applications. Kulite Semiconductor Products, Inc. Twenty-
First Transducer Workshop. Lexington, Maryland, 2004, 10 p.
13. Комкин А.И. Оптимизация реактивных глушителей шума.
Акустический журнал, 2010, т. 56, № 3, с. 373–379.
Дата надходження рукопису
до редакції 10.02 2021 р.
Рис. 8. Втрата передачі звукових хвиль глушника:
1 — без додаткової буферної камери; 2 — з додатковою
буферною камерою
TL, дБ
60
50
40
30
20
10
0 200 400 600 800 f, Гц
1
2
Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2021, № 1–232 ISSN 2309-9992 (Online)
5
СЕНСОЕЛЕКТРОНІКА
A. О. DRUZHININ, О. P. KUTRAKOV, R. V. ZINKO
Ukraine, Lviv Polytechnic National University
E-mail: druzh@polynet.lviv.ua
SILICON WHISKER PRESSURE SENSORS FOR NOISE REDUCTION
IN SILENCERS
The article contains the results of research and development of a system for active noise damping of an automobile engine.
The main source of noise from a running engine is exhaust noise. The frequency spectrum of this sound has a pronounced low-
frequency character, which explains its weak absorption when the sound is propagating in open spaces. A possible solution to
this problem is to use an active system for suppressing the resonant frequencies of the muffler using strain gauges to read the
primary information about the dynamic processes that determine the noise level.
It is for such active noise suppression systems that the authors develop a high-temperature pressure sensor based on strain
gauges made of silicon whiskers. Such strain gauges have unique mechanical properties, are characterized by high sensitivity
and the ability to operate in various amplitude-frequency and temperature ranges up to 500℃. The study of the dynamic
characteristics of pressure sensors made it possible to confirm the quality of its electromechanical part and determine that the
measurement error of the sensor is ±0.5 in the temperature range of 20 to 500℃.
The active noise suppression system is a buffer tank whose volume changes in accordance with signals from pressure sensors.
This design makes it possible to dynamically change the resonant frequency of the buffer capacitance depending on the
operating modes of the engine, which leads to a decrease in its noise characteristics.
Using the developed additional resonator chamber with a variable volume in the exhaust muffler of an internal combustion
engine made it possible to reduce resonance phenomena in the zone of low-frequency pulsations of the exhaust gas
pressure from 57 to 43 Hz with a frequency drift in the range of 310 to 350 Hz, which significantly improved its noise
characteristics.
Keywords: automobile mufflers, active noise suppression, pressure sensors, whiskers.
DOI: 10.15222/TKEA2021.1-2.28
UDC 625.315.592
REFERENCES
1. Munjal M.L. Analysis and design of pod silencers. Journal of
Sound and Vibration, 2003, vol. 262, № 3, pp.497–507.
2. Komkin A.I., Kulichev I.N., Sukhorukov V.A. Analysis
of acoustic characteristics of silencers. Nauchno-tehnicheskie
dostigenia i peredovoj oput v avtomobilestroenii, Research institutes
Standartavtoselhozmash, Moscow, 1991, vol.7, pp. 9–12. (Rus)
3. Potente D. General design principles for an automotive
muffler. Proceedings of Acoustics, Busselton, Western Australia, 2005,
pp. 153–158.
4. Belotserkovsky S. V., Tolskiy V. E. The Automobile Mufflers:
the Modern Requirements. Tendencies of Development, Methods
of Calculations and Tests, Electronic Journal Technical Acoustics,
2001, 4. (Rus)
5. Vasil’yev A.V. Acoustic modeling and integrated noise reduction
for automotive internal combustion engines, Samara, Publishing House
of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences,
2004, 296 p. (Rus)
6. Vasil’ev A. V. Reducing low-frequency noise and vibration of power
and power plants. Mechanics and Mechanical Engineering, 2003, vol. 5, no. 2,
pp. 419–429. (Rus)
7. Lubyanchenko A. A. Approximate physical and mathematical
models of gas-dynamic and aeroacoustic processes in mufflers of
engine exhaust noise. NOISE Theory and Practice, vol. 1, no. 2,
pp.72–83. (Rus)
8. Druzhinin A., Kutrakov A., Lavitska E., Maryamova I.
High temperature pressure sensors based on silicon microcrystals.
Proceedings of the 6th Intern. conf. “Theory and technique of
transmission, reception and processing of information”, Tuapse,
Russia, Kharkov, KhTURE, 2000, pp. 451–453.
9. Druzhinin A. O., Maryamova I. Y., Kutrakov O. P., Lyakh-Kaguy
N. S. Silicon microcrystals for touch electronics. Solid State Physics
and Chemistry, 2011, vol. 12, no 4, pp. 1078–1084. (Ukr)
10. Altabey W.A., Noori M., Wang L. Using ANSYS for Finite
Element Analysis. Vol. 1. A Tutorial for Engineers, New York,
Momentum Press, 2018, 193 р.
11. Druzhinin A. O., Maryamova I. Y., Kutrakov O. P. Sensors
of Mechanical Quantities Based on Filamentary Crystals of Silicon,
Germanium and Compounds А3В5, Ukraine, Lviv, Publisher House of
Lviv Polytechnic National University, 2015, 232 p. (Ukr)
12. Ned A. A., Kurtz A. D., Beheim G. et. al. Improved SiC
Leadless Pressure Sensors for High Temperature, Low and High
Pressure Applications. Kulite Semiconductor Products, Inc. Twenty-
First Transducer Workshop. Lexington, Maryland, 2004, 10 p.
13. Komkin A.I. Optimization of jet silencers. Acoustic journal,
2010, vol. 56, no. 3, pp. 373–379. (Rus)
Опис статті для цитування:
Дружинін А. О., Кутраков О. П., Зінько Р. О. Датчики тиску на
основі ниткоподібних кристалів кремнію для зниження шумо-
вих параметрів автоглушників. Техно логия и конструи рование
в электронной аппаратуре, 2021, № 1–2, с. 28–32. http://dx.doi.
org/10.15222/TKEA2021.1-2.28
Cite the article as:
Druzhinin A. A., Kutrakov A. P., Zinko R. V. Silicon whisker
pressure sensors for noise reduction in silencers. Tekhnologiya
i Kon strui rovanie v Elektronnoi Apparature, 2021, no. 1–2,
pp. 28–32. http://dx.doi.org/10.15222/TKEA2021.1-2.28
|
| id | oai:tkea.com.ua:article-83 |
| institution | Technology and design in electronic equipment |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-12T01:00:35Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | wwwtkeacomua/6b/e9f97434b0397dc07e5342b11752826b.pdf |
| spelling | oai:tkea.com.ua:article-832026-06-11T12:20:55Z Silicon whisker pressure sensors for noise reduction in silencers: Датчики тиску на основі ниткоподібних кристалів кремнію для зниження шумових параметрів автоглушників Druzhinin, Anatoliy Kutrakov, Oleksiy Zinko, Roman automobile mufflers active noise suppression pressure sensors whiskers автомобільні глушники активне придушення шуму датчики тиску ниткоподібні кристали The article contains the results of research and development of a system for active noise damping of an automobile engine. The main source of noise from a running engine is exhaust noise. The frequency spectrum of this sound has a pronounced low-frequency character, which explains its weak absorption when the sound is propagating in open spaces. A possible solution to this problem is to use an active system for suppressing the resonant frequencies of the muffler using strain gauges to read the primary information about the dynamic processes that determine the noise level.It is for such active noise suppression systems that the authors develop a high-temperature pressure sensor based on strain gauges made of silicon whiskers. Such strain gauges have unique mechanical properties, are characterized by high sensitivity and the ability to operate in various amplitude-frequency and temperature ranges up to 500°C. The study of the dynamic characteristics of pressure sensors made it possible to confirm the quality of its electromechanical part and determine that the measurement error of the sensor is ±0.5 in the temperature range of 20 to 500°C.The active noise suppression system is a buffer tank whose volume changes in accordance with signals from pressure sensors. This design makes it possible to dynamically change the resonant frequency of the buffer capacitance depending on the operating modes of the engine, which leads to a decrease in its noise characteristics.Using the developed additional resonator chamber with a variable volume in the exhaust muffler of an internal combustion engine made it possible to reduce resonance phenomena in the zone of low-frequency pulsations of the exhaust gas pressure from 57 to 43 Hz with a frequency drift in the range of 310 to 350 Hz, which significantly improved its noise characteristics. Наведено результати дослідження високотемпературних датчиків тиску на основі ниткоподібних кристалів кремнію та розробки системи активного придушення шуму автомобільного двигуна на їхній основі. Принцип роботи пропонованої системи засновано на застосуванні в глушнику додаткової буферної камери зі змінним об’ємом. Застосування розроблених високотемпературних датчиків тиску з тензорезисторами на основі ниткоподібних кристалів кремнію для отримання інформації про параметри звукових коливань, що виникають під час витоку вихлопних газів, дозволило створити систему управління зміною об’єму буферної камери. Представлено результати випробування запропонованої системи активного придушення шумів двигуна внутрішнього згоряння. PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers 2021-03-23 Article Article Peer-reviewed Article application/pdf https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.1-2.28 10.15222/TKEA2021.1-2.28 Technology and design in electronic equipment; No. 1–2 (2021): Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature; 28-32 Технологія та конструювання в електронній апаратурі; № 1–2 (2021): Технология и конструирование в электронной аппаратуре; 28-32 3083-6549 3083-6530 10.15222/TKEA2021.1-2 uk https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.1-2.28/76 Copyright (c) 2021 Druzhinin A. A., Kutrakov A. P., Zinko R. V. http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| spellingShingle | автомобільні глушники активне придушення шуму датчики тиску ниткоподібні кристали Druzhinin, Anatoliy Kutrakov, Oleksiy Zinko, Roman Silicon whisker pressure sensors for noise reduction in silencers: Датчики тиску на основі ниткоподібних кристалів кремнію для зниження шумових параметрів автоглушників |
| title | Silicon whisker pressure sensors for noise reduction in silencers: Датчики тиску на основі ниткоподібних кристалів кремнію для зниження шумових параметрів автоглушників |
| title_full | Silicon whisker pressure sensors for noise reduction in silencers: Датчики тиску на основі ниткоподібних кристалів кремнію для зниження шумових параметрів автоглушників |
| title_fullStr | Silicon whisker pressure sensors for noise reduction in silencers: Датчики тиску на основі ниткоподібних кристалів кремнію для зниження шумових параметрів автоглушників |
| title_full_unstemmed | Silicon whisker pressure sensors for noise reduction in silencers: Датчики тиску на основі ниткоподібних кристалів кремнію для зниження шумових параметрів автоглушників |
| title_short | Silicon whisker pressure sensors for noise reduction in silencers: Датчики тиску на основі ниткоподібних кристалів кремнію для зниження шумових параметрів автоглушників |
| title_sort | silicon whisker pressure sensors for noise reduction in silencers: датчики тиску на основі ниткоподібних кристалів кремнію для зниження шумових параметрів автоглушників |
| topic | автомобільні глушники активне придушення шуму датчики тиску ниткоподібні кристали |
| topic_facet | automobile mufflers active noise suppression pressure sensors whiskers автомобільні глушники активне придушення шуму датчики тиску ниткоподібні кристали |
| url | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2021.1-2.28 |
| work_keys_str_mv | AT druzhininanatoliy siliconwhiskerpressuresensorsfornoisereductioninsilencersdatčikitiskunaosnovínitkopodíbnihkristalívkremníûdlâznižennâšumovihparametrívavtoglušnikív AT kutrakovoleksiy siliconwhiskerpressuresensorsfornoisereductioninsilencersdatčikitiskunaosnovínitkopodíbnihkristalívkremníûdlâznižennâšumovihparametrívavtoglušnikív AT zinkoroman siliconwhiskerpressuresensorsfornoisereductioninsilencersdatčikitiskunaosnovínitkopodíbnihkristalívkremníûdlâznižennâšumovihparametrívavtoglušnikív |