噪声测量仪器6

机械工程测试技术——振动与噪声测量（2）第九章内容1、振动测量传感器2、常用振动测量仪器3、动态特性测量系统4、噪声测量基础5、噪声测量仪器6、声功率与声强测量技术重点:掌握振动、噪声的典型测量方法振动测量标准•19项有关振动与冲击的国家标准，涉及到有关术语、测量仪器、测量方法等振动测量目的•测量振级与频谱、寻找振源、研究结构的动态特性•研究各种减振理论与方法振动强度——位移、速度和加速度•研究振动对机械加工精度的影响时，测量位移幅值大小•研究振动功率或振动引起的声辐射时，测量振动的速度•研究振动引起的机械损伤时，测量加速度1、振动测量传感器测量项目•位移、速度、加速度之间存在着固定的导数关系•位移、速度、加速度测量时有着自己的特殊性振动传感器•位移传感器•速度传感器•加速度传感器1、振动测量传感器位移传感器结构：电容式、电感式及电涡流式涡流式位移传感器•优点：线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、抗干扰能力强、不受油污等介质影响以及非接触式测量•传感器测量范围：±0.5mm～±10mm1、振动测量传感器线圈框架壳体保护套填料螺母电缆测量运动部件与静止部件间隙变化汽轮机组、空气压缩机组等回转轴系的振动监测速度传感器结构:磁电式速度计绝对速度传感器•组成：磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼线圈△壳体振动磁钢随之振动芯轴相对静止线圈切割磁力线线圈中感应电势△感应电势E=kV，式中k为取决于磁感应强度、线圈长度和匝数,V为绝对振动速度1、振动测量传感器弹簧片芯轴线圈磁钢阻尼环壳体速度传感器结构绝对速度传感器•动态特性•固有频率应该尽可能低，但实现有很大困难由于结构上的原因，固有频率一般取10～15Hz•工作频率：15～1000Hz•阻尼比：阻尼环产生磁阻尼力（0.5~0.7）1、振动测量传感器222221)(nnnjH速度传感器结构相对速度传感器•芯轴——顶杆•壳体——顶杆：相对速度•输出电压：正比相对速度•测量频率：0～1kHz1、振动测量传感器1、顶杆2、拱形簧片3、磁钢4、线圈5、引出线6、壳体放大器驱动d/dt微分∫积分e0(t)Z0RcCcRi传感器连接电缆测量电路（变换器）速度传感器结构OD9200系列振动速度传感器•频率响应：5Hz～1KHz（-3dB）•灵敏度：20mV/mm/s±5%•幅值线性度：3%•使用温度范围：-30℃～200℃•输出极性：浮地输出1、振动测量传感器速度传感器结构MTN/1185IC本安型振动速度传感器•速度范围：0－100mm/sec•输出电流：4-20mA•频响：2Hz~1kHz±10%•绝缘：底座绝缘1、振动测量传感器速度传感器结构瓦（壳）振信号调理器•内部积分器、滤波器•信号驱动•输入、输出隔离•输入信号：速度传感器输出•转换I/O精度：±1%,25℃•频响：5Hz-5000Hz•量程：125μm～1000μm•输出：标准信号：4～20mA、-5VDC～+5VDC1、振动测量传感器加速度传感器结构加速度传感器有：应变式、压阻式、压电式应变式•应变效应：外力作用下，金属材料的电阻发生变化•应变式加速度传感器敏感元件：悬臂梁＋质量块MaF使梁弯曲转换元件：在梁上贴有四个应变电阻，构成应变电桥转换电路：电桥法测量应变电阻•优点：低频响应好；可测量直流信号（匀加速度）；液体阻尼可消除高频受激振动的影响。•缺点：固有频率大大低于压电式1、振动测量传感器基座阻尼液悬臂梁应变片质量块加速度传感器结构应变式传感器•内装IC应变加速度传感器△量程：±1g△灵敏度：1.4V/g△-0.5dB频响：DC-100Hz△电源：+5/3（V/mA）1、振动测量传感器加速度传感器结构压阻式•压阻效应：外力作用下，半导体材料的电阻发生变化•压阻式加速度传感器敏感元件：硅梁（弹性元件）＋质量块MaF使梁弯曲转换元件：在硅梁的根部有四个扩散电阻，构成应变电桥转换电路：电桥法测量应变电阻△频率响应高，可达1.5MHz；△体积微型化，外形可小于1mm、耗电少△灵敏度高、精度好，可测量到0.1%的精确度△无运动部件（敏感元件与转换元件一体）1、振动测量传感器引线扩散电阻质量块基座加速度传感器结构压电式：压电效应敏感元件：弹簧、质量转换元件：压电元件转换电路：电荷放大器、阻抗变换器1、振动测量传感器•S是弹簧，M是质块，B是基座，P是压电元件，R是夹持环•几种加速度传感器结构(a)中心安装压缩型(b)环形剪切型(c)三角剪切型加速度传感器结构压电式压电加速度计：电荷发生器，其电荷与加速度成比例，它不能测量零频率振动优点•尺寸小、重量轻、坚固性好•测量频率范围一般可达1Hz～22KHz•测量加速度范围为0～2000g•温度范围为－150～＋260℃•输出电平为5~72mv/g缺点:低频性能差、阻抗高、测量噪声大1、振动测量传感器加速度传感器结构压电式传感器的带宽上限受制于曲线上的共振峰频率限制，即传感器固有频率传感器的固有频率应该是被测频率的5～10倍紧固采用的固定件要产生寄生振荡，影响传感器的固有频率1、振动测量传感器加速速传感器的幅频特性曲线共振峰固有频率f/HzA/dB加速度传感器结构压电式安装方式①钢柱螺栓连接法：安装频率高②绝缘螺栓加云母垫片③磁座安装：改变测点容易（温度200℃、加速度200g以内）④粘接剂加粘接螺栓：高频响应差⑤薄蜡粘结：频响好、不耐高温⑥手持探针：测量频率低、巡检1、振动测量传感器加速度传感器结构压电式内装IC压电加速度传感器△内装微型IC-集成电路放大器△低阻抗输出，抗干扰，噪声小△性能价格比高，安装方便，尤其适于多点测量△稳定可靠、抗潮湿、抗粉尘、抗有害气1、振动测量传感器•灵敏度：100mV/g•量程：50g•频率范围：0.5-8000Hz（±10%)•安装谐振点:30kHz•分辨率：0.0002g•重量：8gm•线性：≤1%•输出偏压：8-12VDC•恒定电流：2-20mA•输出阻抗：＜150Ω•激励电压：18-30VDC振动传感器校准目的：振动测量的可靠性与精确度传感器使用一段时间后灵敏度会有所改变(压电材料老化)测试仪器修理后必须进行全面严格的定标和校准常用的灵敏度校准方法绝对法相对法1、振动测量传感器振动传感器校准绝对法激光干涉仪绝对校准法•方法：将被校准的传感器固定在校准振动台上，用激光干涉测振仪直接测量振动台的振幅，再和被校准传感器的输出比较，以确定被校准传感器的灵敏度•用途：校准加速度计、测量频率响应特性•缺点:设备复杂，操作和环境要求高，只适合计量单位和测振仪器制造厂使用1、振动测量传感器振动传感器校准相对法(背靠背比较校准法)•方法•振动台上背靠背地（或并排地）地安装：∆待校准的传感器T∆参考传感器R：经过国家计量部门严格校准过的传感器•承受相同的振动，比较两个传感器的输出，就可以计算出在该频率点待校准传感器的灵敏度•外界干扰影响高精度的校准工作，最好在隔振的基座上进行1、振动测量传感器１－被校准传感器２－参考传感器３－放大器４－电压表.TTRRVSSV测振仪作用：测量振动信号的峰值、平均值及有效值类型：在工程中常采用各种台式、袖珍式、数字式和单通道、多通道等各种规格测振仪特点•配有积分微分电路进行被测量的转换•直接读出位移、速度、加速度等振动量的峰值、峰-峰值、平均值或均方根值2、常用振动测量仪器灵敏度输入范围低通滤波前置放大器作用•压电式加速度计输出调理（解决：加速度计的高阻抗输出，小信号输出）类型：电压放大器和电荷放大器•电荷放大器：其特性基本不受电缆长度的影响•电压放大器：受电缆的影响较大输入阻抗影响加速度计的低频——振动测量中常用电荷放大器2、常用振动测量仪器频谱分析仪振动传感器输出是一个复杂信号、多频信号——复杂振动频谱分析仪是专门对信号频率分布进行分析处理分析仪器带通滤波器频率分析仪:模拟式、数字式信号处理设备：A/D+软件2、常用振动测量仪器频谱分析仪2、常用振动测量仪器实例分析电机振动测量•频谱图•振源分析2、常用振动测量仪器振动测量分类：现场测量：对机械运行状态进行检测•振动信号仅仅反映出在正常工作状况下被测系统运行情况实验室测量：了解机械动态特性•表征被测系统的对振动激励的响应程度•人为地给系统施加一定的振动激励•同时测量出激励和响应信号，可得到其间的相对大小及相位关系——系统的动态特性。3、动态特性测量系统动态特性测量框图3、动态特性测量系统被测系统信号发生器激振器放大器加速度计力传感器放大器放大器测振仪或频谱分析仪输入环节系统输出环节激励响应激励方式•稳态正弦激励•随机激励•瞬态激励激励生成•瞬态激励：往往是利用专用的脉冲锤产生激励力•稳态正弦激励与随机激励Δ信号发生器发出所需的信号Δ功率放大器放大Δ推动专用的激振器产生力信号3、动态特性测量系统脉冲激励脉冲锤：简单，方便，激励能量相对较小锤头垫材料刚度越高，激励的脉宽就越窄，频带也就越宽，能量分布在较宽的频域上锤体质量与力的大小有关3、动态特性测量系统力传感器锤头垫锤体手柄稳态正弦激励与随机激励稳态正弦激振对被测对象施加一个幅值稳定的单一频率的正弦激振力优点：激振功率大，信噪比高，能保证测试精确度缺点：需要很长的测试周期随机激励宽带激励的方法：信号源——白噪声或伪随机信号发生器。激振力频谱只在一定频率范围内保持常数（功放和激振器通频带）优点：可实现快速甚至“实时”测试；缺点：设备复杂，价格昂贵激振器：电动式、电磁式和电液式3、动态特性测量系统正弦激励与随机激励可否用同一种激振器？磁力线端盖顶杆动线圈磁极励磁线圈端盖外壳铁芯工作段稳态正弦激励与随机激励电动式激振器使用时注意：最好使顶杆通过一只力传感器去激励试件3、动态特性测量系统固定磁场：励磁线圈＋铁芯＋磁极交流电动线圈电磁力顶杆等力特性稳态正弦激励与随机激励电动式激振器使用：激振器的能量尽量用于试件上Δ高频激励时：激振器都用软弹簧或橡皮绳悬挂起来，应有足够的悬挂长度,并可加上必要的配重，使悬挂系统固有频率低于激振频率1/3以下。为了产生一定的预加载荷，需要斜挂一定角度Δ低频激振时：将激振器刚性地安装在地面或刚性很好的架子上，让安装的固有频率比激振频率高3倍以上3、动态特性测量系统激振器弹簧柔性杆激振器试件柔性杆试件3、动态特性测量系统稳态正弦激励与随机激励3、动态特性测量系统测量传感器•阻抗头：同时给出同一个点动态加速度和力的传感器机械阻抗：响应加速度/激振力△8770A5型阻抗头量程灵敏度频率范围加速度±5g1000mV/g1Hz~4kHz力±5Ib1000mV/Ib3、动态特性测量系统噪声物理定义——大量频率和相位各异的声音复合而成的无序合声生理感受——一种与人体有害的声音，它已成为主要公害之一（机械）振动体在弹性介质中传播的声波频率范围：20Hz～20kHz人的听觉噪声测量目的分析噪声产生的原因——降低或消除噪声评估环境4、噪声测量基础主要物理参数声压级声压：声波在物体上产生压力p（单位帕Pa=1N/m2）正常人耳：可听到的最弱声压为2x10－5Pa——基准/听阀声压感觉疼痛的声压为20Pa——痛阀声压听阀——痛阀声压数量相差甚远——100万倍测量：声音器（电容、压电、电动），信号幅值变化巨大声压合成：n个互不相关的声源4、噪声测量基础niinpp12主要物理参数声压级声压级：噪声强弱采用声压的对数表示，即基准声压po取听阀声压2x10－5Pa△声压级单位：分贝（dB）△听阀——痛阀声压的噪声强弱为：0～120dB△环保控制噪声60dB△合成：4、噪声测量基础0lg20ppLp/10110lg10pipLniL主要物理参数声强级声强：声场中单位时间内通过单位面积的能量