這是振動和噪聲的測量ppt，包括了振動測量傳感器，常用振動測量儀器，動態(tài)特性測量系統(tǒng)，噪聲測量基礎(chǔ)，噪聲測量儀器，聲功率與聲強測量技術(shù)，重點:掌握振動、噪聲的典型測量方法等內(nèi)容，歡迎點擊下載。

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機械工程測試技術(shù)—— 振動與噪聲測量（2）內(nèi)容 1、振動測量傳感器 2、常用振動測量儀器 3、動態(tài)特性測量系統(tǒng) 4、噪聲測量基礎(chǔ) 5、噪聲測量儀器 6、聲功率與聲強測量技術(shù) 重點:掌握振動、噪聲的典型測量方法 振動測量標準 19項有關(guān)振動與沖擊的國家標準，涉及到有關(guān)術(shù)語、測量儀器、測量方法等振動測量目的測量振級與頻譜、尋找振源、研究結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性研究各種減振理論與方法振動強度——位移、速度和加速度研究振動對機械加工精度的影響時，測量位移幅值大小研究振動功率或振動引起的聲輻射時，測量振動的速度研究振動引起的機械損傷時，測量加速度 測量項目位移、速度、加速度之間存在著固定的導(dǎo)數(shù)關(guān)系位移、速度、加速度測量時有著自己的特殊性 振動傳感器位移傳感器速度傳感器加速度傳感器 位移傳感器結(jié)構(gòu)：電容式、電感式及電渦流式 渦流式位移傳感器優(yōu)點：線性范圍大、靈敏度高、頻率范圍寬、抗干擾能力強、不受油污等介質(zhì)影響以及非接觸式測量傳感器測量范圍：±0.5mm ～±10mm 速度傳感器結(jié)構(gòu):磁電式速度計絕對速度傳感器組成：磁路系統(tǒng)、慣性質(zhì)量、彈簧阻尼 線圈殼體振動磁鋼隨之振動芯軸相對靜止線圈切割磁力線線圈中感應(yīng)電勢 感應(yīng)電勢E=kV，式中k為取決于磁感應(yīng)強度、線圈長度和匝數(shù)，V為絕對振動速度 速度傳感器結(jié)構(gòu)絕對速度傳感器動態(tài)特性 固有頻率應(yīng)該盡可能低，但實現(xiàn)有很大困難 由于結(jié)構(gòu)上的原因，固有頻率一般取10～15Hz 工作頻率：15～1000Hz 阻尼比：阻尼環(huán)產(chǎn)生磁阻尼力（0.5~0.7） 速度傳感器結(jié)構(gòu)相對速度傳感器 芯軸——頂桿 殼體——頂桿：相對速度 輸出電壓：正比相對速度 測量頻率：0～1kHz 速度傳感器結(jié)構(gòu) OD9200系列振動速度傳感器 頻率響應(yīng)： 5Hz～1KHz（-3dB）靈敏度：20mV/mm/s ± 5% 幅值線性度：< 3% 使用溫度范圍：-30℃～200℃ 輸出極性：浮地輸出 速度傳感器結(jié)構(gòu) MTN/1185IC本安型振動速度傳感器 速度范圍：0－100mm/sec 輸出電流：4-20mA 頻響：2 Hz ~ 1 kHz ±10 % 絕緣：底座絕緣 速度傳感器結(jié)構(gòu) 瓦（殼）振信號調(diào)理器內(nèi)部積分器、濾波器信號驅(qū)動 輸入、輸出隔離 輸入信號：速度傳感器輸出轉(zhuǎn)換I/O精度：±1%，25℃ 頻響：5Hz-5000Hz 量程：125μm～1000μm 輸出：標準信號：4～20mA、-5VDC～+5VDC 加速度傳感器結(jié)構(gòu)加速度傳感器有：應(yīng)變式、壓阻式、壓電式應(yīng)變式應(yīng)變效應(yīng)：外力作用下，金屬材料的電阻發(fā)生變化 應(yīng)變式加速度傳感器敏感元件：懸臂梁＋質(zhì)量塊 MaF 使梁彎曲轉(zhuǎn)換元件：在梁上貼有四個應(yīng)變電阻，構(gòu)成應(yīng)變電橋轉(zhuǎn)換電路：電橋法測量應(yīng)變電阻優(yōu)點：低頻響應(yīng)好；可測量直流信號（勻加速度）；液體阻尼可消除高頻受激振動的影響。缺點：固有頻率大大低于壓電式 加速度傳感器結(jié)構(gòu)應(yīng)變式 傳感器內(nèi)裝IC 應(yīng)變加速度傳感器 量程：±1g 靈敏度：1.4V/g -0.5dB頻響：DC-100Hz 電源：+5/3 （V/mA） 加速度傳感器結(jié)構(gòu)壓阻式壓阻效應(yīng)：外力作用下，半導(dǎo)體材料的電阻發(fā)生變化 壓阻式加速度傳感器敏感元件：硅梁（彈性元件）＋質(zhì)量塊MaF 使梁彎曲轉(zhuǎn)換元件：在硅梁的根部有四個擴散電阻，構(gòu)成應(yīng)變電橋轉(zhuǎn)換電路：電橋法測量應(yīng)變電阻 頻率響應(yīng)高，可達1.5MHz； 體積微型化，外形可小于1mm、耗電少 靈敏度高、精度好，可測量到0.1%的精確度 無運動部件（敏感元件與轉(zhuǎn)換元件一體） 加速度傳感器結(jié)構(gòu)壓電式：壓電效應(yīng)敏感元件：彈簧、質(zhì)量轉(zhuǎn)換元件：壓電元件轉(zhuǎn)換電路：電荷放大器、阻抗變換器 加速度傳感器結(jié)構(gòu)壓電式壓電加速度計：電荷發(fā)生器，其電荷與加速度成比例，它不能測量零頻率振動優(yōu)點尺寸小、重量輕、堅固性好測量頻率范圍一般可達1Hz～22KHz 測量加速度范圍為0～2000g 溫度范圍為－150～＋260℃ 輸出電平為5~72mv/g 缺點: 低頻性能差、阻抗高、測量噪聲大 加速度傳感器結(jié)構(gòu)壓電式 傳感器的帶寬上限受制于曲線上的共振峰頻率限制，即傳感器固有頻率傳感器的固有頻率應(yīng)該是被測頻率的5～10倍緊固采用的固定件要產(chǎn)生寄生振蕩，影響傳感器的固有頻率 加速度傳感器結(jié)構(gòu)壓電式安裝方式鋼柱螺栓連接法：安裝頻率高絕緣螺栓加云母墊片磁座安裝：改變測點容易 （溫度200℃、加速度200g以內(nèi)）粘接劑加粘接螺栓：高頻響應(yīng)差薄蠟粘結(jié)：頻響好、不耐高溫手持探針：測量頻率低、巡檢 加速度傳感器結(jié)構(gòu)壓電式 內(nèi)裝IC 壓電加速度傳感器 內(nèi)裝微型IC-集成電路放大器低阻抗輸出，抗干擾，噪聲小性能價格比高，安裝方便，尤其適于多點測量穩(wěn)定可靠、抗潮濕、抗粉塵、抗有害氣 振動傳感器校準 目的：振動測量的可靠性與精確度 傳感器使用一段時間后靈敏度會有所改變(壓電材料老化) 測試儀器修理后必須進行全面嚴格的定標和校準 常用的靈敏度校準方法絕對法相對法 振動傳感器校準絕對法 激光干涉儀絕對校準法 方法：將被校準的傳感器固定在校準振動臺上，用激光干涉測振儀直接測量振動臺的振幅，再和被校準傳感器的輸出比較，以確定被校準傳感器的靈敏度 用途：校準加速度計、測量頻率響應(yīng)特性 缺點: 設(shè)備復(fù)雜，操作和環(huán)境要求高，只適合計量單位和測振儀器制造廠使用 振動傳感器校準相對法 (背靠背比較校準法) 方法振動臺上背靠背地（或并排地）地安裝：待校準的傳感器T 參考傳感器R：經(jīng)過國家計量部門嚴格校準過的傳感器承受相同的振動，比較兩個傳感器的輸出，就可以計算出在該頻率點待校準傳感器的靈敏度 外界干擾影響高精度的校準工作，最好在隔振的基座上進行 2、常用振動測量儀器測振儀作用：測量振動信號的峰值、平均值及有效值 類型：在工程中常采用各種臺式、袖珍式、數(shù)字式和單通道、多通道等各種規(guī)格測振儀 特點配有積分微分電路進行被測量的轉(zhuǎn)換直接讀出位移、速度、加速度等振動量的峰值、峰-峰值、平均值或均方根值 2、常用振動測量儀器前置放大器作用壓電式加速度計輸出調(diào)理 （解決：加速度計的高阻抗輸出，小信號輸出） 類型：電壓放大器和電荷放大器電荷放大器：其特性基本不受電纜長度的影響 電壓放大器：受電纜的影響較大 輸入阻抗影響加速度計的低頻 ——振動測量中常用電荷放大器 2、常用振動測量儀器頻譜分析儀 振動傳感器輸出是一個復(fù)雜信號、多頻信號——復(fù)雜振動頻譜分析儀是專門對信號頻率分布進行分析處理 分析儀器帶通濾波器頻率分析儀: 模擬式、數(shù)字式信號處理設(shè)備：A/D+軟件 2、常用振動測量儀器頻譜分析儀 2、常用振動測量儀器實例分析電機振動測量 頻譜圖振源分析 振動測量分類：現(xiàn)場測量：對機械運行狀態(tài)進行檢測振動信號僅僅反映出在正常工作狀況下被測系統(tǒng)運行情況 實驗室測量：了解機械動態(tài)特性表征被測系統(tǒng)的對振動激勵的響應(yīng)程度人為地給系統(tǒng)施加一定的振動激勵同時測量出激勵和響應(yīng)信號，可得到其間的相對大小及相位關(guān)系——系統(tǒng)的動態(tài)特性。 動態(tài)特性測量框圖 激勵方式穩(wěn)態(tài)正弦激勵隨機激勵瞬態(tài)激勵激勵生成瞬態(tài)激勵：往往是利用專用的脈沖錘產(chǎn)生激勵力穩(wěn)態(tài)正弦激勵與隨機激勵信號發(fā)生器發(fā)出所需的信號功率放大器放大推動專用的激振器產(chǎn)生力信號 脈沖激勵 脈沖錘：簡單，方便，激勵能量相對較小 錘頭墊材料剛度越高，激勵的脈寬就越窄，頻帶也就越寬，能量分布在較寬的頻域上錘體質(zhì)量與力的大小有關(guān) 穩(wěn)態(tài)正弦激勵與隨機激勵 穩(wěn)態(tài)正弦激振 對被測對象施加一個幅值穩(wěn)定的單一頻率的正弦激振力優(yōu)點：激振功率大，信噪比高，能保證測試精確度 缺點：需要很長的測試周期隨機激勵 寬帶激勵的方法：信號源——白噪聲或偽隨機信號發(fā)生器。 激振力頻譜只在一定頻率范圍內(nèi)保持常數(shù)（功放和激振器通頻帶）優(yōu)點：可實現(xiàn)快速甚至“實時”測試；缺點：設(shè)備復(fù)雜，價格昂貴激振器：電動式、電磁式和電液式 穩(wěn)態(tài)正弦激勵與隨機激勵 電動式激振器 使用時注意：最好使頂桿通過一只力傳感器去激勵試件 穩(wěn)態(tài)正弦激勵與隨機激勵 電動式激振器 使用：激振器的能量盡量用于試件上 高頻激勵時：激振器都用軟彈簧或橡皮繩懸掛起來，應(yīng)有足夠的懸掛長度，并可加上必要的配重 ，使懸掛系統(tǒng)固有頻率低于激振頻率1/3以下。為了產(chǎn)生一定的預(yù)加載荷，需要斜掛一定角度 低頻激振時：將激振器剛性地安裝在地面或剛性很好的架子上，讓安裝的固有頻率比激振頻率高3倍以上 穩(wěn)態(tài)正弦激勵與隨機激勵 測量傳感器 阻抗頭：同時給出同一個點動態(tài)加速度和力的傳感器 機械阻抗：響應(yīng)加速度/激振力 8770A5型阻抗頭 量程 靈敏度 頻率范圍加速度 ±5g 1000 mV/g 1Hz ~ 4kHz 力 ±5Ib 1000 mV/Ib 4、噪聲測量基礎(chǔ)噪聲物理定義——大量頻率和相位各異的聲音復(fù)合而成的無序合聲生理感受——一種與人體有害的聲音，它已成為主要公害之一 （機械）振動體在彈性介質(zhì)中傳播的聲波頻率范圍：20Hz～20kHz 人的聽覺噪聲測量目的分析噪聲產(chǎn)生的原因——降低或消除噪聲評估環(huán)境 4、噪聲測量基礎(chǔ)主要物理參數(shù)聲壓級 聲壓：聲波在物體上產(chǎn)生壓力p（單位帕Pa=1N/m2） 正常人耳：可聽到的最弱聲壓為2x10－5 Pa——基準/聽閥聲壓 感覺疼痛的聲壓為20 Pa——痛閥聲壓 聽閥——痛閥聲壓數(shù)量相差甚遠——100萬倍 測量：聲音器（電容、壓電、電動），信號幅值變化巨大 聲壓合成：n個互不相關(guān)的聲源 4、噪聲測量基礎(chǔ)主要物理參數(shù)聲壓級 聲壓級：噪聲強弱采用聲壓的對數(shù)表示，即 基準聲壓po取聽閥聲壓2x10－5 Pa 聲壓級單位：分貝（dB）聽閥——痛閥聲壓的噪聲強弱為：0～120dB 環(huán)�？刂圃肼� 60dB 合成： 4、噪聲測量基礎(chǔ)主要物理參數(shù)聲強級 聲強：聲場中單位時間內(nèi)通過單位面積的能量I（單位W/m2） 正常人耳：感受到聲強范圍10－12 ～ 1 W/m2 聽閥——痛閥聲強數(shù)量相差甚遠 聲強是個矢量：與指定方向垂直的單位面積的聲能量 鑒別聲源、判定它的方位 測量：傳播方向上的聲壓和質(zhì)點振動速度乘積的平均值 （T為聲波周期） 4、噪聲測量基礎(chǔ)主要物理參數(shù)聲強級 聲強級：噪聲強弱采用聲強的對數(shù)表示，即 基準聲強Io取聽閥聲強10－12 W/m2 聲強級單位：分貝（dB）聽閥聲強級為：0dB； 痛閥聲強級為：120dB 普通談話聲的聲強級 65dB 4、噪聲測量基礎(chǔ)主要物理參數(shù)聲功率級 聲功率：聲源在單位時間內(nèi)輻射出的總能量W（單位W） 注意：積分面不含聲源時，結(jié)果為0 聲功率級：相對于基準聲功率W0的對數(shù) 基準聲功率W0取10－12 W 聲功率級是反映聲源發(fā)射總能量的物理量，且與測量位置無關(guān)，因此它是聲源特性的重要指標之一 。 4、噪聲測量基礎(chǔ)主要物理參數(shù)聲功率級 測量：無法直接測量 通過間接測量聲壓級來得到聲場中半徑為R的球面上多點聲壓pi的平均值為： 自由聲場中，聲功率級僅半球方向傳播的聲功率級 （相當于開闊地面或半消聲室） 4、噪聲測量基礎(chǔ)噪聲級的合成 聲場中若有n個互不相關(guān)的聲源，其聲壓各自為pi 總聲壓、總聲壓級 總聲功率級 工程中，常利用兩個噪聲源的聲壓級之間差值來求得總聲壓級值 L=Lx+△L （ Lx噪聲源中較大的一個聲壓級， △L為附加增值） 4、噪聲測量基礎(chǔ)背景噪聲的扣除背景噪聲：在噪聲測量時，即使所測量的聲源停止發(fā)聲，環(huán)境也存在著一定的噪聲，稱之為背景噪聲、本底噪聲工程意義：只有從測量結(jié)果L中扣除背景噪聲△L后，才能得到所考察噪聲的正確聲壓級值Lx Lx=L-△L 由上表可以看出若被測噪聲源的聲壓級高于本底噪聲的10dB，則可忽略其的影響若兩者相差小于３dB，則測量結(jié)果無效——被背景噪聲淹沒 4、噪聲測量基礎(chǔ)噪聲的頻譜測量為了找出噪聲產(chǎn)生的原因，必須知道噪聲的頻率分布特性機 床：電機噪聲、齒輪嚙合噪聲、軸承噪聲頻率不同內(nèi)燃機：燃燒噪聲、機械噪聲、排氣噪聲頻率不同噪聲頻譜的測量技術(shù) 頻譜分析儀:聲壓信號的譜分析頻帶聲壓級:某頻帶(頻程)中的聲壓級常用帶寬：倍頻程、 1/3倍頻程倍頻程：頻帶的上限頻率比下限頻率高一倍，簡稱倍頻程 1/3倍頻程：一個倍頻程劃分為3個頻程，每個頻程為1/3倍頻程 4、噪聲測量基礎(chǔ) 4、噪聲測量基礎(chǔ)噪聲的主觀評價——計權(quán)聲壓級——聲級機人耳對聲音所感覺的強度取決于：聲壓大小聲音的頻率 響度/響度級：將頻率和聲壓級統(tǒng)一起來的可以反映主觀感覺的量 響度S ：人耳判別聲音強度大小的量，單位宋（sone） 1 sone:頻率1000Hz、聲壓級40dB的平面行波的強度 響度級LS：單位是方（phon） 4、噪聲測量基礎(chǔ)噪聲的主觀評價等響度曲線——人耳 不同頻率對應(yīng)不同聲壓級低頻區(qū)：需要強度大中頻區(qū)：需要強度小些計權(quán)聲壓級 從等響度曲線出發(fā)，在聲測量儀器中添加頻率計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，使得儀器的輸出能近似地表達人耳對聲音響度的感覺 4、噪聲測量基礎(chǔ)噪聲的主觀評價 A、B、C計權(quán)網(wǎng)絡(luò) A計權(quán)較好地模仿了人耳對低頻段(500Hz以下)不敏感、對1000～5000Hz敏感的特點在噪聲測量中，使用最廣泛的是A聲級，國際上已把A聲級作為評價噪聲的主要指標 C計權(quán)已淘汰 B計權(quán)平值——總聲壓級 常用噪聲測量儀器 是以聲級計（計權(quán)聲壓級）為核心的噪聲測量系統(tǒng) 主要組成設(shè)備傳聲器聲級計頻譜分析儀校準儀 傳聲器傳聲器是將聲信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號的傳感器類型：電容、壓電、駐極體等 電容傳聲器——最常用的傳聲器 聲壓金屬膜片振動后極板可變電容＋直流極化電壓＝電信號優(yōu)點：靈敏度高，頻率響應(yīng)平直、固有噪聲低缺點：在較大濕度下，極板間容易放電并產(chǎn)生電噪聲 聲級計 測量聲級 配合多種輔助儀器，進行頻譜分析、記錄噪聲的時間特性等 特點：體積小，重量輕、操作簡單等特點，適用于現(xiàn)場測量組成 聲級計 SL-5858多功能聲級計（多功能噪音計）標準：GB/T3785，IEC651 2型，ANSI S1.4 2型功能：SL， Leq(等效聲級) 計權(quán)：A， C， Linear， Filter 測量范圍： A計權(quán): 30～130dB C計權(quán): 35～130dB 線 性: 35～130dB 時間特征：快，慢直流輸出：0～2V 分辨率：0.1dB 準確度：1dB 電源：1節(jié)9V 6F22電池 聲級計分類 以測量精度區(qū)分 Ο型聲級計:實驗室標準 Ⅰ型聲級計:精密型聲級計 Ⅱ型作為普通聲級計 Ⅲ型則為一般調(diào)查用 以測量信號的性質(zhì)區(qū)分 一般聲級計：測量平穩(wěn)噪聲，如持續(xù)行的 脈沖聲級計：測量脈沖噪聲，如槍炮、沖壓機械、錘打聲 積分聲級計：測量在一定時間內(nèi)的等效連續(xù)聲級 校準 活塞發(fā)聲器法能產(chǎn)生一種標準聲源，指標為： 頻率為250Hz±2%， 聲壓級為124dB的聲音，聲壓級精度為±0.2% 聲級校準器法——精度較活塞發(fā)聲器低一種標準聲源 ，指標為： 頻率為1000Hz±2%，聲壓級為94dB的聲音，聲壓級精度為±0.3dB 噪聲的常規(guī)測量——聲級計 以測量噪聲的聲壓或聲壓級為基礎(chǔ)的——最大缺點是測量結(jié)果深受環(huán)境的影響和限制 噪聲的其它測量 80年代起，國際上傾向于用聲功率來描述聲源 新的噪聲測量方法——聲強測量法 聲功率測量噪聲源聲功率的測量自由場法：可忽略邊界影響、均勻的各向同向的媒介中的聲場混響室法：聲傳輸中遇到邊界要反射，與發(fā)射聲在能量上要重疊現(xiàn)場測量法現(xiàn)場測量——工業(yè)上的測試 絕對法/包絡(luò)法：在假想的測量表面的若干個傳聲器位置上，根據(jù)需要測得聲壓級，再算成聲功率級 比較法：把被測聲源和標準聲源相比較 當產(chǎn)品附近有許多反射面，本底噪聲有時不能忽略時，這種方法也就不合適 聲功率測量——現(xiàn)場測量絕對法 聲強測量聲強：矢量——聲傳播方向 數(shù)值——單位面積上的聲功率 測量：聲壓p容易測量，質(zhì)點振動速度v無法直接測量 質(zhì)點振動速度與傳播方向上聲壓梯度的積分成正比 聲場R處的聲強為： Im{Gab（f）}為聲壓信號Pa（t）和Pb（t）間的單邊互功率譜的虛部，ρ為空氣密度，ω為角頻率 聲強測量聲強測量儀：帶有一個專用的聲強探頭聲強的用途聲強的測量可用來鑒別聲源和判定它的方位，可以畫出聲源附近聲能流動的路線 利用聲強的測量在有背景噪聲的情況下測量聲源的聲功率 作業(yè)作業(yè)匯總 1-3，1-5，1-6，1-7；2-4，2-7(1)，2-8，2-9；3-1，3-2，3-4，3-6，3-10；4-1，4-4，4-7，4-9；5-1，5-5，5-7，5-11，5-12，5-13；6-1，6-5，6-8，6-10，6-12，6-13 綜合大作業(yè)結(jié)合工程實際或生活所見必須獨立完成一個工程測試系統(tǒng)的自主設(shè)計，其中測試對象和測試方法不限，并鼓勵有創(chuàng)新性的設(shè)計設(shè)計作業(yè)的完整性和創(chuàng)新性3eV紅軟基地

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