噪聲測量方法
    二、噪聲測量方法
    （一）主要參數(shù)
    引起聽覺的可聽聲頻率在20--20000Hz之間，但在此范圍內(nèi)的某一聲波可以有不同的聲壓或聲強(qiáng)。在聲學(xué)中采用成倍比的對(duì)數(shù)標(biāo)度，即用“級(jí)”來度量聲壓和聲強(qiáng)，并稱為聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)。此外，還有聲功率級(jí)。
    聲波的聲壓級(jí)是聲波的聲壓與基準(zhǔn)聲壓之比以10為底的對(duì)數(shù)的20倍。
    聲波的聲強(qiáng)級(jí)是聲波的聲強(qiáng)與基準(zhǔn)聲強(qiáng)之比以10為底的對(duì)數(shù)的10倍。
    聲波的聲功率級(jí)是聲波的功率與基準(zhǔn)功率之比以10為底的對(duì)數(shù)的10倍。聲功率根據(jù)測量的聲壓級(jí)換算得到。
    進(jìn)行噪聲測量時(shí)，也可以用人的主觀感覺進(jìn)行度量，如響度級(jí)。響度是人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱產(chǎn)生的主觀感覺。要確定某聲音的響度，選用頻率為1000Hz的純音作為標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)節(jié)1000Hz純音的聲壓級(jí)，使它和所要確定的噪聲聽起來有同樣的響度，則
    該噪聲的響度級(jí)值就等于這個(gè)純音的聲壓級(jí)(dB)值，單位為方(Phon)。例如，噪聲聽起來與頻率為1000Hz的聲壓級(jí)為80dB的基準(zhǔn)純音一樣響，則該噪聲的響度級(jí)即為80方。
    （二）常用噪聲測量傳感器(電容傳聲器、壓電傳聲器)的構(gòu)成及特點(diǎn)，
    傳聲器的作用如同人的耳膜，由它將聲能(聲信號(hào))轉(zhuǎn)換成電能(電信號(hào))。其轉(zhuǎn)換過程是：首先由接受器將聲能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，然后由機(jī)電轉(zhuǎn)換器把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成。電能。通常用膜片作為接受器來感受聲壓，將聲壓的變化變成膜片的振動(dòng)。根據(jù)膜片感受聲壓情況的不同，傳聲器可分為三類：壓強(qiáng)式傳聲器，其膜片的一面感受聲壓；壓差式傳聲器，其膜片的兩面均感受聲壓，引起膜片振動(dòng)的力取決于膜片兩面壓差的大??；壓強(qiáng)和壓差組合式傳聲器。在噪聲測量中常用壓強(qiáng)式傳聲器。
    電容式傳聲器利用電場耦合方式將膜片的振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電量。電容傳聲器的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)電容器，它主要由感受聲壓的膜片和與其平行的金屬后極板(背板)組成。膜片和后極板在電氣上絕緣，構(gòu)成一個(gè)以空氣為介質(zhì)的電容器的兩個(gè)極。測量時(shí)，在兩電極間加直流電壓，即極化電壓。在極化電壓、負(fù)載不變的情況下，輸出交變電壓的大小和波形由作用在膜片上的聲壓決定。電容傳聲器屬于能量控制型傳感器。電容傳聲器靈敏度高，動(dòng)態(tài)范圍寬；輸出特性穩(wěn)定，對(duì)周圍環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，在—50C~-150C的溫度范圍內(nèi)和0~100％的相對(duì)濕度下，性能變化小；電容傳聲器的外形尺寸也比較小。電容式傳聲器常與精密、標(biāo)準(zhǔn)聲級(jí)計(jì)聯(lián)用。
    電傳聲器由具有壓電效應(yīng)的壓電晶體來完成聲電轉(zhuǎn)換，它通過聲壓使屠體切片兩側(cè)產(chǎn)生電量相等的異性電荷，形成電位差。屬于能量轉(zhuǎn)換型傳感器。壓電傳聲器具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，輸出阻抗低，電容量大（可達(dá)1000pF)，靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)。但性能受溫度、濕度影響較大。壓電傳聲器一般與普通聲級(jí)計(jì)聯(lián)用。
    （三）聲級(jí)計(jì)的種類、組成、作用及校準(zhǔn)
    聲級(jí)計(jì)是噪聲測量中使用最為廣泛、最簡便的儀器。它不僅能測量聲級(jí)，還能與多種輔助儀器配合進(jìn)行頻譜分析、記錄噪聲的時(shí)間特性和測量振動(dòng)等。
    聲級(jí)計(jì)按其用途分為一般聲級(jí)計(jì)、脈沖聲級(jí)計(jì)、積分聲級(jí)計(jì)和噪聲暴露計(jì)(噪聲計(jì)量計(jì))等。按其精度分為0型聲級(jí)計(jì)(實(shí)驗(yàn)室用標(biāo)準(zhǔn)聲級(jí)計(jì))、1型聲級(jí)計(jì)(一般用途的精密聲級(jí)計(jì))、2型聲級(jí)計(jì)(一般用途的聲級(jí)計(jì))、3型聲級(jí)計(jì)(普級(jí)型聲級(jí)計(jì))。按其體積分為臺(tái)式聲級(jí)計(jì)、便攜式聲級(jí)計(jì)和袖珍式聲級(jí)計(jì)。
    聲級(jí)計(jì)由傳聲器、衰減(放大)器、計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、均方根值檢波器、指示表頭等組成。被測的聲壓信號(hào)通過傳聲器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)衰減器、放大器以及相應(yīng)的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、外接濾波器，或者輸入外接的記錄儀器，或者經(jīng)過均方根值檢波器直接推動(dòng)以分貝標(biāo)定的指示表頭。計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是基于等口向曲線設(shè)計(jì)出的濾波線路，分為A、B、C、D四種。通過計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲壓級(jí)稱為計(jì)權(quán)聲壓級(jí)。對(duì)應(yīng)四種計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲壓級(jí)分別稱為A聲級(jí)(LA)、B聲級(jí)(LB)、C聲級(jí)(Lc)，和D聲級(jí)(LD)，分別記為dB(A)、dB(B)、dB(C)和dB(D)。A、B、C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)分別近似模擬了40方、70方、100方三條等響曲線，三種計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)對(duì)低頻噪聲有不同程度的衰減，A衰減，B次之，C最弱。其中，A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)除對(duì)低頻噪聲衰減外，對(duì)高頻噪聲反應(yīng)最為敏感，這正與入耳對(duì)噪聲的感覺相接近。故在對(duì)人．耳有害的噪聲測量中，都采用A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。D計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是專為飛機(jī)噪聲測量設(shè)計(jì)的。
    使用聲級(jí)計(jì)時(shí)，每次測量開始和結(jié)束都應(yīng)該校準(zhǔn)，兩次差值不應(yīng)大于1dB。常用的校準(zhǔn)方法除活塞發(fā)生器校準(zhǔn)法外還有揚(yáng)聲器校準(zhǔn)法、互易校準(zhǔn)法、靜電激勵(lì)校準(zhǔn)法、置換單等。
    （四）振動(dòng)及噪聲的測量方法
    一般情況下，采用振動(dòng)分析法進(jìn)行故障診斷總是先以振動(dòng)總值法來判別異常振動(dòng)。這是一種最直接的方法，把傳感器放在設(shè)備應(yīng)測量的部位，測量其振動(dòng)速度。將測得振動(dòng)速度的均方根值以表格或圖樣表示其趨向，對(duì)照“異常振動(dòng)判斷基準(zhǔn)”，判別實(shí)際測量值是否超過界限或極限規(guī)定值，以評(píng)價(jià)設(shè)備工作狀態(tài)的正常與否。
    采用測振儀進(jìn)行振動(dòng)總值的檢測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)總值有較快增大，并有接近或超出允許界限值的趨向時(shí)，需要進(jìn)一步采用頻譜分析法進(jìn)行診斷。采用頻譜分析儀對(duì)實(shí)測振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，做出頻譜圖，與其正常譜圖(或稱原始譜)進(jìn)行比較，尋找振源，診斷出故障部位和嚴(yán)重程度。還可由頻譜圖上出現(xiàn)新的譜線，查出設(shè)備是否發(fā)生了新的故障。
    對(duì)滾動(dòng)軸承的磨損和損傷進(jìn)行診斷可采用專門的振動(dòng)脈沖測量法。
    設(shè)備中運(yùn)動(dòng)著的零部件都可能產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)出聲波。這些不同聲強(qiáng)、不同頻率的聲波無規(guī)律的混合便形成噪聲。噪聲是設(shè)備的固有信息，當(dāng)描述、其特性的特征參數(shù)發(fā)生變化，并越過一定的范圍，便可判斷可能發(fā)生了故障。因此，可以根據(jù)噪聲信號(hào)的特征量制定一定限值作為有無故障的標(biāo)準(zhǔn)，來判斷是否發(fā)生了故障。但要識(shí)別故障的性質(zhì)，確定故障的部位及故障程度，就需對(duì)提取的噪聲信號(hào)做頻譜分析。
    利用噪聲(或振動(dòng))信號(hào)特征參數(shù)的變異及其程度進(jìn)行故障判斷有三種標(biāo)準(zhǔn)，即絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)和類比標(biāo)準(zhǔn)。在絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中，利用測取的噪聲信號(hào)的特征量值與標(biāo)準(zhǔn)特征量值進(jìn)行比較；在相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中，利用測取的噪聲信號(hào)的特征量值與正常運(yùn)行時(shí)的特征量值進(jìn)行比較；在類比標(biāo)準(zhǔn)中，利用同類設(shè)備在相同工況條件下的噪聲信號(hào)的特征量值進(jìn)行比較。
    （五）常用測溫儀器、儀表的組成、特點(diǎn)及應(yīng)用
    熱電偶是基于熱電效應(yīng)進(jìn)行溫度測量的，由兩根不同材料的導(dǎo)體焊接而成。它的熱電動(dòng)勢與熱電偶材料兩端溫度T、To有關(guān)，與熱電極長度、直徑無關(guān)。在冷端、溫度T不變，熱電偶材料已定的情況下，其熱電動(dòng)勢只是被測溫度的函數(shù)。熱電偶與后續(xù)儀表配套可以直接測量出O-1800~C范圍內(nèi)液體、氣體內(nèi)部以及固體表面的溫度。具有精度高，測量范圍寬，便于遠(yuǎn)距離和多點(diǎn)測量等優(yōu)點(diǎn)。
    常用熱電偶分為標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶兩類。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶制造工藝比較成熟、性能優(yōu)良且穩(wěn)定，同一型號(hào)熱電偶具有互換性。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶多用在一些特殊場合。實(shí)際使用的熱電偶有普通熱電偶、鎧裝熱電偶和薄膜熱電偶等。鎧裝熱電偶是特殊結(jié)構(gòu)熱電偶，可以做得很細(xì)，很長，能夠彎曲。薄膜熱電偶是由兩種金屬薄膜采用真空蒸鍍、化學(xué)涂層或電泳等方法連接在一起的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。
    在設(shè)備的溫度測量中，還經(jīng)常使用熱電阻溫度計(jì)。熱電阻溫度計(jì)利用材料電阻率隨溫度而變化的特性進(jìn)行溫度測量的，與電橋相配合，將溫度按一定函數(shù)關(guān)系轉(zhuǎn)換為電量。按敏感材料的不同有金屬熱電阻溫度計(jì)和半導(dǎo)體熱電阻溫度計(jì)兩種。
    常用的金屬熱電阻有鉑熱電阻、銅熱電阻、鎳熱電阻等。其結(jié)構(gòu)有普通型熱，電阻和鎧裝熱電阻。工業(yè)用普通型熱電阻的外型結(jié)構(gòu)與普通型熱電偶的外型結(jié)構(gòu)基本相同。鎧裝熱電阻的主要特點(diǎn)是體積小，響應(yīng)速度快，耐振抗沖擊，感溫元件、連接導(dǎo)線及保護(hù)套管全封閉并連成一體，使用壽命長。
    半導(dǎo)體熱電阻材料是將一些氧化物(如錳、鎳、銅和鐵的氧化物)按一定比例混合壓制而成。半導(dǎo)體熱電阻的溫度測量范圍在-100‘C-300‘C之間。其主要特點(diǎn)是電阻溫度系數(shù)大(比金屬熱電阻高10~100倍)，電阻率高，感溫元件可做得很小，可根據(jù)需要做成片狀、棒狀和珠狀(珠狀外型尺寸可小到3mm)，可測空隙、腔體、內(nèi)孔等處的溫度。但其性能不夠穩(wěn)定，互換性差，使其應(yīng)用受到一定限制。
    紅外測溫儀器是利用紅外輻射原理，采用非接觸方式，對(duì)被測物體表面進(jìn)行觀測，并能記錄其溫度變化的設(shè)備。紅外測溫儀器的核心是紅外探測器，它能把入射的紅外輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌跈z測的電能。按對(duì)輻射口向應(yīng)方式的不同，將紅外探測器分為光電探測器和熱敏探測器兩大類。兩種探測器在靈敏度、響應(yīng)速度、是否需要制冷、使用是否方便等方面各不相同。紅外測溫儀器還必須包括紅外光學(xué)系統(tǒng)，用于匯聚被測對(duì)象的輻射通量，并將其傳輸?shù)郊t外探測器上。紅外光學(xué)系統(tǒng)與探測器一起決定該儀器的現(xiàn)場和空間分辨率。實(shí)際應(yīng)用中有反射式、折射式和折一反射式等不同類型的光學(xué)系統(tǒng)供選用。
    除了紅外探測器和光學(xué)系統(tǒng)外，紅外測溫儀器還應(yīng)包括信號(hào)處理系統(tǒng)(用以將電信號(hào)放大、處理成可記錄的信號(hào))和顯示記錄系統(tǒng)(是最終將被測信號(hào)以表針指示、數(shù)字顯示或圖像等不同方式記錄、存儲(chǔ)下來的裝置)。
    用于紅外測溫的儀器有很多種，比較常用的有紅外測溫儀和紅外熱像儀。紅外測溫儀是紅外測溫儀器中最簡單酌一種，用途廣泛，價(jià)格低廉，用于測量物體“點(diǎn)”的溫度，有多種紅外測溫儀供選用，它有了各有其的應(yīng)用范圍和特點(diǎn)。
    紅外熱像儀和紅外熱電視是目前使用的兩類熱成像系統(tǒng)。其中紅外熱像儀(光機(jī)掃描熱像儀>由光學(xué)與掃描系統(tǒng)、紅外探測器、視頻信號(hào)處理系統(tǒng)、顯示器等部分組成。被測對(duì)象的紅外輻射經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)匯聚、濾波，聚焦到紅外探測器上，其間
    由光學(xué)一機(jī)械掃描系統(tǒng)將被測對(duì)象觀測面上各點(diǎn)的紅外輻射通量按時(shí)間順序排列，經(jīng)紅外探測器變成電脈沖，通過視頻信號(hào)處理送到顯示器顯示出物體表面或近表面的熱像圖。熱像圖中包含了被測物體的熱狀態(tài)信息，因而通過熱像圖的觀察和分析，河以獲得物體表面或近表面層的溫度分布及其所處的熱狀態(tài)。這種測溫方法簡便、直觀、精確、有效，且不受測溫對(duì)象的限制。
    只有光電探測元件制冷到很低的溫度才能降低熱噪聲，屏蔽背景噪聲，提高光電探測器的信噪比和探測率，得到較短的響應(yīng)時(shí)間，因此要對(duì)探測器進(jìn)行超低溫制冷。
    三、溫度測量所能發(fā)現(xiàn)的故障
    通過溫度測量不僅可以檢查工藝過程中的溫度變化，還可以掌握機(jī)件的受熱狀況。通過溫度測量所能發(fā)現(xiàn)的常見故障可歸納如下：
    通過溫度測量可以發(fā)現(xiàn)軸承損壞，液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和燃油系統(tǒng)等流體系統(tǒng)故障，內(nèi)燃機(jī)、加熱爐等燃燒不正常引起的發(fā)熱量異常，污染物質(zhì)積聚(如管道內(nèi)有水垢，鍋爐或煙道內(nèi)結(jié)灰渣、積聚腐蝕性污染物等)，保溫材料損壞，電器元件損壞(如電氣元件接觸不良，整流管、晶閘管等器件存在損傷，高壓輸電線的電纜接頭、絕緣子、電容器、變壓器以及輸變電網(wǎng)的電氣元件和設(shè)備的損壞)，非金屬部件缺陷，機(jī)件內(nèi)部缺陷。還可進(jìn)行裂紋探測(檢查裂紋及其發(fā)展過程，確定機(jī)件在使用中表面或近表面的裂紋及其位置等)。
    四、常用的裂紋無損探測方法
    常用的裂紋無損探側(cè)方法，如目視一光學(xué)探測法、滲透探測法、磁粉探測法、射線探測法、超聲波探測法、聲發(fā)射探測法、渦流探測法等的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。
    1、目視一光學(xué)檢測法。在目視法的基礎(chǔ)上，采用各種光學(xué)儀器采擴(kuò)大和延伸其檢測能力，便形成了目視—光學(xué)檢測法。這種方法能發(fā)現(xiàn)破損、變形、松動(dòng)、滲漏、磨損、腐蝕、變色、污*、異物以及動(dòng)作異常等多種故障，簡單易行，常常是精密診斷前預(yù)檢的主要方法。還可以對(duì)滲透、磁粉或其他無損探測法發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行定性分析。
    2、滲透探測法。是利用液體滲透的物理性能，首先使著色滲透液或熒光滲透液滲人機(jī)件表面開口的裂紋內(nèi)，然后清除表面的殘液，用吸附劑吸出裂紋內(nèi)的滲透液，從而顯示出缺陷圖像的一種檢驗(yàn)方法。這種方法可以檢驗(yàn)鋼鐵、有色金屬、塑料等制件表面上的裂紋，以及疏松、針孔等缺陷。該檢驗(yàn)方法不需要大型儀器，操作方便，靈敏度高，適用于無電源、水源現(xiàn)場的檢驗(yàn)。其缺點(diǎn)是不能檢驗(yàn)機(jī)件的內(nèi)部缺陷，對(duì)機(jī)件的表面粗糙度有一定要求，試劑對(duì)環(huán)境有一定污染。采用熒光滲透液時(shí)得需要紫外燈，而且必須在暗室操作。
    3、磁粉探測法。這是一種利用鐵磁材料的磁性變化所建立的探測方法。這種探測法所用設(shè)備簡單，操作方便，檢測靈敏度較高。所顯示的磁粉痕跡與缺陷的實(shí)際形式十分類似，而且適用于各種形狀的鋼鐵機(jī)件，這種探測法可以發(fā)現(xiàn)鐵磁材料表面和近表面的裂紋，以及氣孔、夾雜等缺陷。其缺點(diǎn)是這種探測法不能探測缺陷的深度。進(jìn)行磁粉探測后的被檢件具有剩磁，需要進(jìn)行退磁處理，以便將被檢件的剩磁減少到最低限度。