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朗德科技培训课程朱亚君技术支持朗德科技•成立于1998年9月•现有员工20名•主要致力于引进国外先进的、成熟的声学仪器和声学解决方案。服务于汽车、家电、环境、建筑等行业。•香港、北京等地都设有办事机构。负责营业范围内的所有的销售、技术服务。南京福特（2008.3.4——3.6）培训内容：•第一部分NVH测量系统简介•第二部分传感器简介•第三部分HeadAcoustic硬件前端简介•第四部分信号处理基本知识•第五部分学习用HeadRecorder进行数据采集•第六部分学习用ArtemiS进行数据分析第一部分NVH测量系统简介•什么叫NVH？NVH是英文Noise，Vibration&Harshness的字头缩写，即噪声、振动和平顺性。是汽车、家电、航空等行业评价产品质量的非常重要的指标。不仅仅是因为国家对这些相关的指标都有比较严格的强制标准，更重要的是，这些指标的完善与否直接反映为使用者本身对这些产品的评价。所以，NVH问题对我们非常重要，相关的厂家需要对这些问题进行分析、研究，从而生产出品质更高的产品。汽车噪声与振动概述早期的汽车发动机功率很低，而且只是在城市道路上低速行驶，噪声与振动的问题并不突出。20世纪50年代，一部中型轿车的发动机功率只有几十马力，后来达到100马力。这时，高速公路开始发展，车速不断提高，噪声与振动问题日渐凸现出来。到了20世纪90年代，一部中型轿车的发动机功率可以达到200马力，噪声和振动问题开始成为汽车开发工程中的最主要问题之一。发动机功率不断提高，噪声与振动随之增加，政府法规对通过噪声的要求也越来越严格。下图表示了不同年代欧共体对通过噪声的限制要求。从1970年的82dB（A）到1995年的74dB（A），噪声降低了8dB（A）。如果考虑到发动机功率加大和路面条件变好，那么实际上对降低汽车噪声的要求还不止8dB（A）。多数顾客驾驶汽车时，期望得到安静和平稳，能够充分享用车内语音通信和音响娱乐系统，因此在购买汽车时非常在意汽车的振动与噪声性能。另外，除了追求传统的低噪声与振动外，顾客还不断的追求声音品质。如对豪华车要求安静、没有振动，而且声音中尽可能只含有发动机点火频率成分；对运动车要求驾驶起来有动感，声音中要多含半阶成分。随着汽车技术的不断推陈出新，各级供应商和整车厂之间日益紧密的合作，不同品牌汽车的使用性能和安全性能之间的差别日趋缩小。相比之下，汽车的舒适性能如振动噪声常常成为区分汽车品牌好坏的重要因素之一。汽车噪声与振动的特征人的耳朵是一个非线性结构，对不同频率噪声的听觉是不一样的。人对振动的敏感程度是与频率、姿势和方向有关的。对NVH标准的一项试验表明，在用水泥铺得较平坦的公路上，轿车以时速40公里的速度行驶，如将欧洲产轿车的NVH以100%作标准，日本轿车则为75%，韩国轿车为50%。欧洲轿车悬架技术较高，所以乘坐舒适，日本轿车设计时将人体工程学考虑在内，对提高乘坐舒适感有很大帮助。汽车噪声与振动有两个特点：①与发动机的转速和汽车行驶速度有关；②不同的噪声振动源有不同的频率范围。下图表示了汽车噪声源与行驶速度之间的关系：在低速时，发动机是主要噪声与振动源；200-300在中速时，轮胎与路面的摩擦是主要噪声与振动源；800-1000在高速时，车身与空气的摩擦是主要噪声与振动源。2000+下图表示了噪声源与频率的关系：低频时，发动机是主要噪声与振动源，路面与轮胎摩擦和车身与空气摩擦的贡献随着频率增加而增加；中频时，变速箱和风激励噪声占主导成分；高频时，主要考虑的问题是说话和听话的声音是否清晰，即所谓的声品质问题。测量系统组成下面我们就依次介绍传感器和采集前端……多种通信接口：USB接口RS232串口并口SCACI卡接220V电源传声器加速度传感器转速传感器第二部分传感器简介•什么是传感器传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器种类•根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类。•按照其用途，传感器可分类为：压力敏和力敏传感器液面传感器速度传感器湿敏传感器气敏传感器生物传感器等•以其输出信号为标准可将传感器分为：模拟传感器——数字传感器——开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。传感器主要特性一、传感器静态特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程来描述。如：稳定状态下，放大器输入与输出的关系；稳定状态下电动机输出力矩与转速的关系。二、传感器动态特性传感器的动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。如：电动机在起动，加速，速减，制动时输出力矩与转速的关系。三、传感器的线性度静态标准条件下，利用一定等级的校准设备，对传感器进行往复循环测试，得出输出-输入特性（列表或画曲线）。通常，希望这个特性（曲线）为线性，这对标定和数据处理带来方便。但实际的输出与输入特性只能接近线性，对比理论直线有偏差。实际曲线与其两个端点连线（称理论直线）之间的偏差称为传感器的非线性误差。取其中最大值与输出满度值之比作为评价线性度（或非线性误差）的指标。νL=︱Δmax︱/Ym×100%式中νL——线性度（非线性误差）Δmax——最大非线性绝对误差Ym——输出满度值因此，线性度越小越好。四、传感器的灵敏度灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化△y对输入量变化△x的比值。它是输出一输入特性曲线的斜率。例如，某位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化为200mV，则其灵敏度应表示为200mV/mm。提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。五、传感器的分辨率分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从某一非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过某一数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨率。分辨率反映了传感器响应与分辨输入量微小变化的能力。传声器•什么是传声器传声器俗称话筒或麦克风，是将发声体发出的声音转换成声音电信号的一种转换部件，也就是将声能转换成电能的一种换能部件。传声器的种类很多，按换能原理可分为动圈式、电容式、电动式、电磁式、压电式、半导体式传声器。我们重点介绍常用的动圈式传感器和电容式传声器。麦克风前置放大器•动圈式传声器这是一种最常用的传声器。主要由振动膜片、音圈、永久磁铁和升压变压器等组成。它的工作原理是当人对着话筒讲话时，膜片就随着声音前后颤动，从而带动音圈在磁场中作切割磁力线的运动。根据电磁感应原理，在线圈两端就会产生感应音频电动势，从而完成了声电转换。为了提高传声器的输出感应电动势和阻抗，还需装置一只升压变压器。动圈传声器结构简单、稳定靠、使用方便、固有噪声小，被广泛用于语言广播和扩声系统中。但缺点是灵敏度较低、频率范围窄。•电容式传声器主要由振动膜片、刚性极板、电源和负载电阻等组成。它的工作原理是当膜片受到声波的压力，并随着压力的大小和频率的不同而振动时，膜片极板之间的电容传声器电容量就发生变化。与此同时，极板上的电荷随之变化，从而使电路中的电流也相应变化，负载电阻上也就有相应的电压输出，从而完成了声电转换。电容传声器的频率范围宽、灵敏度高、失真小、音质好，但结构复杂、成本高，多用于高质量的广播、录音、扩音中。前置放大器与探测器输出直接相联的电路成为前置级，一般这部分电路具有信号放大功能，故称为前置放大器。前置放大器的作用：①从探测器输出端获得所需的电信号；②预放大探测器的输出信号，以获得较好的信号噪声比；③进行阻抗变换，减少信号传输中的干扰，使能量、时间的测量更加准确。使用的场合不同，可分为自由场、压力场传声器。•自由场传声器测量传声器放入声场前的无畸变的真实声压，是设计自由场传声器的目的。在高频段，声场中的传声器由于其自身的存在，将影响声场并改变其所处局部的声压。而自由场传声器的频率响应特性被仔细地调整，所以能补偿它在声场中对局部声压的造成干扰。自由场传声器通常应用在绝大多数的声压级测量场合中，如声级计、声功率测量和声辐射研究等。•压力场传声器压力场传声器用于测量实际的声压级，即传声器振膜表面上的声压级（注：所谓实际的声压级包括了因为传声器本身的存在而引起的声场的变化）。其典型的应用是测量封闭耦合腔的声压级；或是如下图所示，测量边界或壁面上的声压级，在这种场合，传声器构成壁面的一部分，因此测量得到的是壁面自身上的声压级。传声器的保养和维护•传声器维护的第一要点是切忌剧烈的振动和使用中的吹气、敲击。•使用中不能人为堵住这些通道。使用中常见的错误是：布包和不正确的手执方法。•对于传声器的保管最重要的是防潮和防尘。尤其是电容式传声器，在潮湿的天气中，要把它放在干燥箱中保存，箱中湿度不能太高也不能太低。校准器声级校准器活塞发声器每次测量前或传声器使用一段时间后，必须对其进行校准。常用的标准传声器有声级校准器和活塞式发声器，它们的内部都有一个可发出恒定频率、恒定声级的机械装置，因而很容易对比出被检传声器的灵敏度。声级校准器产生的声压级为94dB，频率1000Hz；活塞式发声器产生的声压级为124dB，频率250Hz。振动传感器•什么是振动传感器工程振动量值的物理参数常用位移、速度和加速度来表示。由于在通常的频率范围内振动位移幅值量很小，且位移、速加速度之间可以互相转换，所以在实际使用中振动量的大小一般用加速度的值来度量。常用单位是：米/秒平方，或重力加速度g。振动传感器就是将加速度转换成声音电信号的一种转换部件，因此振动传感器通常称为加速度传感器。单轴三轴单轴常用的振动传感器按各自的工作原理，可分为压电式、压阻式、电容电感式以及光电式。压电式振动传感器因为具有测量频率范围宽、量程大、体积小、重量轻、坚固耐用、对被测件的影响小以及安装使用方便，所以成为最常用的振动测量传感器。压电式传感器的信号输出形式：电荷输出型、低阻抗电压型输出型（IEPE）。重点介绍：低阻抗电压型输出型（IEPE）低阻抗电压型输出型（IEPE）IEPE型压电加速度传感器即通常所称的ICP型，输出电荷通过装在传感器内部的前置放大器转换成低阻抗的电压输出，采用恒电流电压元供电，直流供电和信号使用同一根线。IEPE型传感器的最大优点是测量信号质量好、噪声小、抗外干扰能力强和远距离测量，特别是新型的数采系统很多已配备恒流电压源，因此IEPE传感器与数采系统直接相连而不需要任何其他二次仪表。在振动测试中IEPE传感器已逐渐取代传统的电荷输出型压电加速度传感器。虽然压电型加速度传感器的测量范围宽，但因市场上此类加速度传感器品种繁多，所以给正确的选用带来一定难度。正确的选用应该基于对测量信号以下三方面的分析和估算：①被测振动量的大小②被测振动信号的频率范围③振动测试现场环境振动传感器的标定振动传感器的标定方法是将传感器固定在一个标准振动源上，测量出加速度值。根据测量值和实际值的差异，计算出标定因子。标准振动源了解非接触振动测量传感器非接触的振动测量传感器一般适用于测量那些质轻、微小的物体，如声学喇叭，电脑硬盘等，以及那些不易安装加速度传感器的被测件上。激光多普勒振动测试仪激光测振转速传感器当今的各种机械电子部件，凡是能产生某种动作的产品(汽车，发动机，冰箱，洗衣机