《噪声测试与监测1幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《噪声测试与监测1幻灯片（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章,噪声测试与监测,第一节 测 量 仪 器,一、仪器的选用二常用仪器,表3-1 测量仪器的选用,二常用仪器,（一）传声器（二）声级计（三）滤波器（四）频谱分析仪,(一)传声器,传声器也叫话筒,是一种可把声能转换为电能的换能器。作为测量仪器，它是把声音信号换成电信号的传感器。传声器有晶体式、动圈式、电容式和驻极体式等几种。,电容式传声器的灵敏度高（一般为1050mV/Pa），在很宽的范围内（从2020000Hz）频率响应平直，输出稳定，可在-50+150的温度条件下工作。由于电容式传声器的性能良好，因此，声级计上使用的一般都是这种传声器。,电容式传声器主要由金属膜片和紧靠着它的背极等组成。膜
2、片是一片受拉力拉紧的金属膜片，其厚度在0.00250.05之间，膜片背后是背极，绝缘体的空腔壁绝缘膜片与背极之间有空气薄层，因此构成了一个空气介质电容器。,电容式传声器工作时，在膜片、背极（串联一个高阻值的电阻R）上加以直流电压e0（一般在200300V之间），使其充电极化。当膜片受到声压作用时，膜片就会改变位置，它与背极之间的距离就会发生变化，电容也随之变化，在电阻R上就会产生一个交变的输出电压ey。背极上有许多阻尼孔，当膜片运动时，气流通过这些小孔产生阻尼效应，可以抑制膜片的共振幅，使内外大气压力平衡。,传声器的频率响应有声压型和声场型两种，具有平直的声压响应的传声器称为声压型传声器；具有
3、平直的自由场响应的传声器称为声场型传声器。传声器在声场中会产生反射和绕射现象，干扰原来的声场，使声压有所增加。为了补偿高频率声波反射所产生的声压增加对传声器输出的影响，对声场型传声器在膜片结构设计上作了一些处理，使之具有最适中的阻尼，从而在所需要的频率范围内有平直的响应特性。在要求精度较高的测量中，使用声压型传声器，得到的是一个比较近于传声器不在场时的声压读数。在噪声测量中，声压计使用的是声场型电容传声器。为了不使测量结果产生较大的误差，一般不使用声压级电容传声器。由于电容式传声器的输出阻抗很高，因此使用时必须将前置放大器和传声器连接，使输出阻抗转换为低阻抗。,（二）声级计,声级计按精度分为精
4、密声级计和普通声级计两种。普通声级计的测量误差约为3dB，精密声级计约为1dB。声级计按用途可分为两类：一类用于测量稳态噪声，如精密声级计和普通声级计；一类则用于测量不稳态噪声和脉冲噪声，如积分式声级计（噪声剂量计）、脉冲声级计。声级计一般是由电容式传声器、前置放大器、衰减器、放大器、频率计权网络以及有效指示表头等组成。,声级计是噪声测量中最基本的仪器，它的工作原理是，由传声器将声音转换成电信号，由前置放大器变换阻抗，使电容式传声器与衰减器匹配，放大器将输出信号加到计权网络，对信号进行频率计权（或外接倍频程、1/3倍频程滤波器），然后再经衰减器及放大器将信号放大到一定的幅值，送到有效值检波器（
5、或外接电平记录仪），在指示表头上给出噪声声级的数值。衰减器使声级计具有较宽的量程范围，每档衰减10dB。,声级计中的频率计权网络有A、B、C三种标准计权网络。它们是从等响曲线出发，对不同的频率的声音信号进行不同程度的衰减，使得仪器的读数能近似地符合人耳对声音的响应。计权网络的频率特性见图3-3和表3-2。A网络是模拟人耳对40方纯音的响应，它的曲线形状与40dB的等响曲线相反，从而使电信号的中、低频段有较大的衰减。B网络是模拟人耳对70方纯音的响应，它使电信号的低频段有一定的衰减。C网络是模拟人耳对100方纯音的响应，在整个声频范围内有近乎平直的响应，它让所有频率的电信号几乎一样程度地通过，因
6、此，C网络代表了声频范围内的总声级。,经过频率计权网络测得的声压级称为声级，根据所使用的计权网络不同，分别称为A声级、B声级和C声级。在噪声测量中，经常使用A声级来评价噪声，但一般的声级计中都同时具有A、B、C三种计权网络，那么B、C声级在噪声测量中有什么用呢？一般来说，C声级可用于总声压级的测量，它是客观测量声功率级所需要的。在没有携带滤波器时，可以用A、B、C声级近似地估计所测噪声源的频谱特性，常用的方法是用A、C声级的差值LPC-LPA估计噪声源的频谱性质和特点。,目前，测量噪声用的声级计，表头响应按灵敏度可分为四种：（1）“慢”，表头时间常数为1000ms，一般 用于测量稳态噪声，测得
7、的数值为有效值。（2）“快”，表头时间常数为125ms，一般用于测量波动较大的不稳态噪声和交通噪声等。快档接近人耳对声音的反应。（3）“脉冲或脉冲保持”，表针上升时间为35ms，用于测量持续时间较长的脉冲噪声，如冲床，锻锤等，测得的数值为最大有效值。（4）“峰值保持”，表针上升时间小于20ms，用于测量持续时间很短的脉冲声，如枪、炮和爆炸声，测得的数值是峰值，即最大值。,声级计可以外接滤波器和记录仪，对噪声作频谱分析。国产的ND2型精密声级计内装一个倍频程滤波器，可以携带到现场作频谱分析。丹麦B/K公司的2203型精密声级计可与1613型倍频程滤波器或1616型1/3倍频程滤波器连用，组成便携
8、式仪器。日本RION公司的NL-11型精密积分式声级计与NX-01A型倍频程滤波器或NX-02A型1/3倍频程滤波器连用，并外接LR-04型电平记录仪，可以把对噪声进行的频谱分析的结果同时记录下来。在使用上述系统进行频谱分析时，一般不能用计权网络，以免使某些频率的噪声衰减从而影响对噪声源分析的准确性。,积分式声级计主要用来测量一段时间内不稳态噪声的等效声级Leq。如果测量时间小于8h，等效声级就直接与噪声剂量有关。,噪声剂量计也是一种积分式声级计，主要用来测量噪声暴露量。美国采用OS-HA标准，噪声A声级增加5dB，允许暴露时间减半。而欧洲国家则多采用ISO标准，噪声A声级增加3dB允许暴露时
9、间减半，典型的噪声剂量计如图3-4所示。传声器接收声压，它的输出馈给A计权网络，信号经检波和平均后输出，输出的是等效与A计权网络和慢档的方均根值（即有效值），被送入具有标准积分特性的积分器。因为在积分过程中不包括低限以下的声级，故插入一个比较器。积分电路的输出转换成脉冲或电镀电流，输出累计并监示，当达到允许暴露的百分数时，显示器就指示出该值。有些噪声剂量计还附有监示超过A声级115dB信号的检查器。,脉冲声级计主要用来测量脉冲噪声。这种声级计符合人耳对脉冲声的响应及人耳对脉冲声反应的平均时间，为了便于读出脉冲声峰值，仪器设有峰值和脉冲保持装置。,（三）滤波器,滤波器主要用来测量频带声压级。在噪
10、声测量中最常用的是倍频程滤波器和1/3倍频程滤波器，这两种滤波器是频带为一定倍频程数的滤波器，属于恒定百分比带通滤波器。 在噪声测量中，一般只需要测量31.58000Hz范围内的8个倍频程和25个1/3倍频程频带的声压级就可以了。,（四）频谱分析仪,频谱分析仪主要由放大器和滤波器组成，是一种分析声音频率成分的仪器。用声级计和倍频程滤波器或1/3倍频程滤波器连接，可以组成便携式频谱分析仪。决定频谱分析仪性能的主要是滤波器。分析噪声时，通常使用具有倍频程滤波器或1/3倍频程滤波器的分析仪。此外，还可以使用外差式频率分析仪和实时频率分析仪。,1.具有倍频程和1/3倍频程滤波器的分析仪,倍频程滤波器具
11、有分析速度快、工作点稳定等优点，对于不需要很高的频率分辨率或宽带噪声的情况，倍频程滤波器的分析仪是很适用的。但它在高频范围内工作时，频率分辨能力较低，只能得出近似的频谱，因此不宜用它处理窄带噪声。1/3倍频程滤波器具有较高的分辨能力，但对于高频范围的噪声仍不能作确切的分析。倍频程滤波器和1/3倍频程滤波器的分析仪，与电平记录仪同轴转动可以直接记录频谱曲线，图3-6为测出的小型压缩机噪声频谱。,2.外差式频率分析仪,需要精确分析噪声的频率成分时，可使用外差式频率分析仪，它是具有恒定带宽滤波器的分析仪。外差式频率分析仪的简单工作原理如图3-7所示，由正弦信号发生器供给的信号与被测的需要分析的输入信
12、号相乘，因此在正弦信号发生器所产生的频率处，形成一个调幅信号，然后这个信号通过一个固定频率的滤波器。正弦信号发生器的频率可以改变，通过变化正弦信号发生器的频率，就可以使这个固定频率滤波器的中心频率有效地跟踪所要求的全部频率范围。,3.实时频率分析仪,为了加速分析过程，对瞬态信号进行实时分析，可使用频率分析仪。实时频率分析仪有两种型式，即并联滤波型实时分析仪和时间压缩型实时分析仪。,并联滤波型实时分析仪的工作原理为:输入信号送入前置放大器，前置放大器与一组并联的带通滤波器连接，每一个滤波器紧接着一个均方根检波器、积分器与贮存器。通过逻辑电路和电子开关依次将每个通道与显示器接通，在显示器上显示出每
13、个通道的输出幅值。一般在20ms内就能将所有的通道扫描一次，显示器也随即显示一次数据。并联滤波型实时分析仪不适用于窄带分析，因为在分析仪中设置大量的滤波器是不易实现的。,根据时间压缩原理制成的时间压缩型实时分析仪可以用于窄带实时分析。时间压缩型实时分析仪的工作原理为:输入信号送入抗频混滤波器，抗频混滤波器是低通滤波器，其作用是限制不需要的高频成分通过，以减少信号数字化时的采样频率，节省处理时间。然后送到模数转换器，在模数转换器中，一般以三倍于所选上限频率的频率采样，将滤波器输出信号数字化，并将其存入重循环贮存器，接着以比存入时大得多的速度（大数百倍）取出数字化信号，并且再经过数模转换器将其转换
14、为模拟信号，此时信号已经被“压缩”了。最后将信号送入外差式分析仪，就可以得到所需要的频谱。,4.记录仪器,在分析机械设备噪声时，经常需要使用电平记录仪把信号的频谱记录下来；若要把现场的测量结果拿到实验室里进一步分析，还可以使用磁带记录仪把现场的机械设备的噪声录制在磁带上，然后在实验室里重放，进行频率分析和模拟实验。因此，电平记录仪和磁带记录仪也是噪声测量中最常用的仪器。,电平记录仪由纸动部分、笔动部分及电源等组成。记录纸经机械部分驱动，纸的移动反映时间或频率的变化。记录笔是按伺服原理工作的，输入信号经量程电位器送至交流放大器，经整流成为直流电平，并与参考电压比较，如果有电压差，则此差值信号将被
15、送至直流放大器放大，电流通过磁力驱动系统的驱动线圈，驱动记录笔和滑动触点移动，记录笔便在记录纸上书写。滑动触点在量程电位器上的移动导致输出电压的改变，使差值信号和驱动线圈中的电流又趋于零，从而达到新的平衡，此时驱动线圈、滑动触点、记录笔停留在一个新的位置上。原来位置与新位置的差别，反映了输入电平的变化。,磁带记录仪主要由磁头、放大器、磁带传动机构等部分组成。放大器包括记录放大器和重放放大器。记录放大器将输入信号放大，并变换为适于记录的形式，供给记录磁头。重放放大器是将重放磁头检测到的信号进行放大和变换，然后输出。磁头包括记录磁头、重放磁头、消去磁头。在记录过程中，记录磁头将电信号转换为磁带的磁
16、化状态变成电信号，实现磁电转换。消去磁头的作用是消除磁带原有的磁化状态，使磁带上的磁场处处均匀一致。磁带传动机构上使磁带在记录或重放时有一定的运动速度。磁带是一种坚韧的薄塑料带，其一面涂有极薄的磁性材料，通常是把氧化铁粉微粒用适当的粘合剂粘在塑料带上。磁头是由软磁材料的铁芯和绕在铁芯上的线圈组成。,磁带记录有直接记录方式（DR）和频率调制式（FM）两种。在噪声测量中经常使用的是直接记录式，这种方式，工作频带宽，可达501500kHz，但低频响应性能较差，一般50Hz以下的信号不能记录。频率调制式可以记录低频信号，但工作频率范围较窄，一般为040kHz。,5.拾振器,拾振器的种类很多，最常用的方法是将机械振动转换成电量，测量位移的称为测振计，测量速度的称为速度计，测量加速度的称为加速度计。拾振器主要是由一块重金属（质量为M）和弹性元件（力顺为Cm）组成。测量时，壳体和待测振动体紧密固定，与振动面一起振动，这时重金属块对壳体的相对位移x与所测振动位移y成正比，相位相差180；重金属块的振速与所测振速成正比，相位相差180。,
