機械噪聲監測技術_蘇州賽為斯環境科技

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機械噪聲監測技術

文章出處：技術資訊網責任編輯admin 閱讀量：發表時間：2020-12-30 09:33

聲音是一種表達力很強的因素，我們可以透過聲音來得到各種信息，或是開心或是難過等等；這并不僅限于人類自身，對于機器聲音也是一樣的，不同的聲音代表著不同的狀態，宣示著機器的工作狀態。
噪聲，作為機械運行時發出的一種固有信號，噪聲中必然攜帶著機械本身的結構信息和運行的狀態信息。從理論上講，完全可以用噪聲信號來對設備的運行狀態以及故障進行在線監測和預報。但由于機械設備其工業運行環境的復雜性以及運行環境聲源的相互干擾性，在實際的測量中，應用噪聲進行監測的效果并不那么理想。
噪聲故障監測發展現狀
與振動信號一樣，機械設備的噪聲信號中蘊涵著豐富的設備狀態信息，噪聲信號同樣能應用于機械設備的故障診斷。但在如高溫、高腐蝕，或加速度傳感器不能停機安裝和安裝部位結構受限等場合，由于無法接觸測量而不能進行振動監測。但聲信號的測量不受這種限制，上述場合均可采集設備的聲學信號進行故障診斷，因而聲學故障診斷技術的研究變得十分重要。
聲學故障診斷技術的特點有：非接觸式測量、設備簡單、速度快、信號易于測取、易于發現早期故障、無須事先粘貼傳感器、可對移動目標進行在線監測等，尤其在不易測量振動信號的場合得到廣泛應用，聲學故障診斷已成為近年來故障診斷領域新的發展方向。
早期故障診斷采用聽診法來判斷設備狀態，有經驗的師傅可根據聲音辨別出故障類型，目前聲學技術中常用的統計能量法是聽診法的一種進化，它根據設備正常和故障時輻射聲能量的變化進行故障診斷。而在實際應用中，該方法容易受環境影響，且技巧不易掌握，依賴操作人員經驗。雖然振動和聲音都蘊含著機械狀態信息，但因聲信號易受干擾，使得聲學診斷技術的發展遠遠落后于振動診斷技術。
噪聲理論知識
1. 聲強
聲波平均能流密度的大小叫聲強，通過垂直于聲傳播方向的單位面積上的平均聲能量流，稱為聲強或者平均聲能量流密度。聲強的單位為 W/m²。
2. 聲壓
設體積元受聲擾動后壓強由P0 改變為P1，則由聲擾動產生的逾量壓強（簡稱為逾壓），p=P1− P0就稱為聲壓；或者說聲音通過空氣的振動所產生的壓強叫做聲壓強，簡稱聲壓。聲壓的大小反映了聲波的強弱，聲壓是一標量而不是矢量。它的相位按下列原則區分正負，當聲壓使總聲壓增加時，聲壓相位規定為正，反之為負。聲壓的單位為Pa（帕），有時也用bar（巴）作單位，1bar=100KPa。人的耳朵所能感受到的最小聲壓是20µPa，低于此聲壓人們就感覺不到聲音。
3. 可聽閾聲壓
正常人耳對1KHz聲音剛剛能覺察其存在的聲壓值 (20µPa) 被稱為1KHz聲音的可聽閾聲壓。一般講，人耳不能覺察到低于這一聲壓值的聲音的存在。另外，當聲壓達到20Pa，即聲壓級為120dBSPL時，人們的耳朵會感覺到疼痛，因此，在聲學或醫學上把20Pa=120dBSPL定義為痛閾，長時間在此環境下工作，會對聽覺系統造成傷害。
4. 聲壓級

在圖中，橫坐標是頻率，縱坐標是聲壓級。聲壓是大氣壓受到擾動后產生的變化，即大氣壓強的余壓，它相當于在大氣壓強上疊加一個擾動引起的壓強變化。由于聲壓的測量比較容易實現，通過聲壓的測量也可以間接求得質點速度等其它物理量，所以聲學中常用這個物理量來描述聲波。聲壓級以符號SPL表示，其定義為將待測聲壓有效值p(e) 與參考聲壓 p(ref) 的比值取常用對數，再乘以20。圖中每條曲線所對應的不同頻率的聲壓級是不相同的，但人耳感覺到的響度卻是一樣，每條曲線上注有一個數字，單位是響度方。由等響曲線族可以得知，當響度較小時，人耳對高低音感覺不靈敏，而響度較大時，高低音感覺逐漸靈敏，而對2000Hz~5000Hz之間的聲音最為敏感。
在圖中不同響度的曲線上，2000Hz~5000Hz頻范圍內的聲壓級，均處于整個曲線相對較低聲壓級的位置，說明人耳對中頻的響應靈敏。在這個范圍之外的低頻和高頻兩邊，等響度曲線翹起，說明人耳對低頻和高頻聲音的靈敏度下降，對低于 (16~20)Hz和高于 (18000~20000)Hz的純音，不論聲級多高，絕大多數的人都感覺不到聲音的存在，因此將20Hz~20000Hz定為音頻。人耳能聽到聲音的最微弱強度，稱為聽覺閾（圖中虛線），產生疼痛感的最高聲音強度，稱為痛覺閾。由聽覺閾和痛覺閾所構成的兩條等響度曲線，是等響度曲線的上下限。
響度主要決定于聲強，提高聲強響度級也相應增加。但是聲音的響度并不是單純由聲強決定的，還取決于頻率，不同頻率的純音有不同的響度增長率，其中低頻純音的響度增長率比中頻純音要快。例如，在響度60方的曲線上，從125Hz一直到16000Hz的各頻率純音的聲壓級，基本都在60dB上下；而低于125Hz的低頻的聲壓級，將隨著頻率的降低迅速地增加；在20Hz頻率時的聲壓級達到約96dB。再比如，從聽覺的聞閾到痛閾，1000Hz純音的聲壓級范圍近似0~130dB，區間寬達130dB；而20Hz純音的聲壓級已經壓縮到大約70~150dB的范圍，區間僅80dB。
5. 等響曲線與計權網絡
用響度級來表示人們對聲音的主觀感覺過于復雜，于是為了簡單起見，在等響曲線中選了三條曲線，一條是40方的曲線，代表低聲壓級的響度感覺；一條是70方的曲線，代表中等強度的響度感覺；一條是100方的曲線，代表高聲強時的響度感覺。按照這三條曲線的形狀設計了A、B、C三條計權網絡。A計權網絡特性曲線對應于倒置的40方等響曲線，B計權網絡曲線對應于倒置的70方等響曲線，C計權網絡曲線對應于倒置的100方等響曲線。
6. 聲功率級
表征單位時間發射的聲能量的大小，常用來表示聲源的強弱，單位分貝噪聲級為30~40分貝是比較安靜的正常環境；超過50分貝就會影響睡眠和休息。由于休息不足，疲勞不能消除，正常生理功能會受到一定的影響；70分貝以上干擾談話，造成心煩意亂，精神不集中，影響工作效率，甚至發生事故；長期工作或生活在90分貝以上的噪聲環境，會嚴重影響聽力和導致其他疾病的發生。
噪聲故障監測應用案例
利用聲音照相機幫助快速精準定位注塑機噪聲源，并給出改善噪聲建議。