羅茨真空泵噪聲源測(cè)試原理及系統(tǒng)
在眾多真空獲得設(shè)備產(chǎn)品中,羅茨真空泵以其結(jié)構(gòu)緊湊、抽速大、對(duì)環(huán)境要求不苛刻、維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)被廣泛地使用。但是多年來,國內(nèi)羅茨真空泵的振動(dòng)、噪聲較國外產(chǎn)品仍有一定的差距。為滿足社會(huì)對(duì)生活和工作環(huán)境日益增高的要求以及增強(qiáng)羅茨真空泵在國內(nèi)外市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力,設(shè)計(jì)和生產(chǎn)低噪聲羅茨真空泵具有較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。要降低羅茨真空泵的噪聲,首先要對(duì)各部件所輻射的聲功率進(jìn)行分離排隊(duì),查找主要聲源和其對(duì)總聲能量的貢獻(xiàn);同時(shí),確定主要聲源的聲輻射部位。在本研究工作中,以ZJ2150A 羅茨真空泵為研究對(duì)象,采用聲強(qiáng)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行聲源的識(shí)別和定位,為進(jìn)一步對(duì)該產(chǎn)品的噪聲機(jī)理研究和低噪聲設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
聲強(qiáng)測(cè)量原理
雙傳聲器互譜聲強(qiáng)測(cè)量技術(shù)自80 年代問世以來,因其可在普通環(huán)境下近場(chǎng)進(jìn)行聲源聲功率測(cè)試和聲源定位,得到越來越廣泛的應(yīng)用。所謂聲強(qiáng),是聲場(chǎng)中任一點(diǎn)處在單位時(shí)間內(nèi)穿過與能流方向垂直的單位面積的聲能,即單位面積的聲功率。通常所說的聲強(qiáng)是時(shí)均聲強(qiáng),其定義為:
式中p(t)為聲壓; u(t)為聲質(zhì)振動(dòng)點(diǎn)速度, t為時(shí)間。
利用雙傳聲器互譜可得到空間中任一點(diǎn)處的聲強(qiáng)值 :
式中Gp1p2( f) 為雙傳聲器測(cè)得的聲壓信號(hào)p1(t)和p2(t)的互譜密度函數(shù),Im{Gp1 p2(f)｝表示取其虛部,ρo 為空氣密度, f為頻率,Δr 為雙傳聲器間的距離。
由于聲強(qiáng)是個(gè)矢量, 對(duì)被測(cè)設(shè)備或部件通過測(cè)量選定假想封閉包絡(luò)面上的聲強(qiáng)可計(jì)算出封閉包絡(luò)面內(nèi)聲源輻射的聲功率,且不受外部聲源的影響。
式中W為封閉包絡(luò)面內(nèi)聲源輻射的聲功率; In 為封閉包絡(luò)面S 上的法向聲強(qiáng)。
實(shí)際測(cè)量時(shí),常采用離散點(diǎn)法,即在封閉包絡(luò)面上選取適當(dāng)數(shù)量的測(cè)點(diǎn)測(cè)取法向聲強(qiáng)后計(jì)算聲功率,并可得到聲源輻射功率的各種計(jì)權(quán)窄帶頻譜圖形。由此可見,利用聲強(qiáng)測(cè)量技術(shù),可以測(cè)量機(jī)器整體或部件輻射聲功率的大小,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器各噪聲源的分離和排隊(duì)。
同時(shí),為了尋找設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的薄弱部位,可以對(duì)整機(jī)或部件選取適當(dāng)?shù)臏y(cè)量面,將測(cè)量面劃分成二維網(wǎng)絡(luò),測(cè)量各網(wǎng)絡(luò)測(cè)點(diǎn)處的法向聲強(qiáng)值,通過擬合計(jì)算得到隨表面位置分布的反映聲輻射高低的三維聲強(qiáng)圖形和等聲強(qiáng)線圖形,進(jìn)而進(jìn)行準(zhǔn)確的聲源定位。
測(cè)量系統(tǒng)采用本單位研制的聲強(qiáng)測(cè)試分析系統(tǒng) ,原理框圖見圖1。
圖1 測(cè)量原理圖
系統(tǒng)由一面對(duì)面的雙傳聲器及前置放大器構(gòu)成的聲強(qiáng)探頭,包括全程控化的電壓放大器、低通濾波器、極化電壓發(fā)生器、A/D轉(zhuǎn)換器的多功能卡與微機(jī)構(gòu)成。二個(gè)相距Δr =12cm的傳聲器分別拾取空間相鄰測(cè)點(diǎn)的聲壓信號(hào)p1 和p2 ,聲壓信號(hào)經(jīng)放大、濾波后進(jìn)行數(shù)字采集,由聲強(qiáng)分析程序計(jì)算各個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲強(qiáng)值,然后由聲功率分析程序和空間聲場(chǎng)分析程序計(jì)算被測(cè)包絡(luò)面內(nèi)聲源的聲功率或被測(cè)表面上的三維聲強(qiáng)譜圖和等聲強(qiáng)線圖。
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