基于噪声的诊断报告

基于噪声的诊断报告第 七 章 基 于 噪 声 的 诊 断 报 告7.1 基本概念7.1.1.故障故障：在工作过程中因某种原因“丧失规定功能”危害安全的现象故障诊断基本分类：1.油液监测 2.振动监测 3.噪声监测 4.性能趋势分析 5.无损探伤 7.1.2.噪声的定义及特点噪声的定义：1.按原理分：物理学角度：不协调音称为噪声，协调音称为乐音；生理学观点：使人产生烦躁感觉的声音均为噪声；2.按环境分类 ：设备噪声：运行设备发出的不规则的、间隙的或随机的声波；环境噪声：人们所处的某一环境的噪声总和；背景噪声：与某一观察研究的声源无关的一些干扰噪声。噪声的特点：1噪声污染是 感觉公害：对噪声的判断与个人所处的环境和主观愿望有关。因此，噪声评价要结合受害人的生理及心理因素，噪声标准也要依据不同的时间、地点和人的行为状态等分别制订。2 噪声污染是局部的和多发性的 ：噪声污染源发出的噪声向四周辐射时，会随距离的增加而迅速衰减、消失。无论多强的噪声都只能波及局部的范围，而不像大气污染和水污染那样可能大范围地扩散。 3 噪声污染是暂时性污染：噪声污染不是由别的物质加给的，而仅仅是由空气中的物理变化所引起。因此在声音过去之后，没有残留物质留下，噪声污染在环境中不持久、不积累。换言之，噪声污染一面产生，一面消失，不会像别的污染物那样在环境中积累起来对环境形成持久的危害 噪声的波形：噪声的类型：1.按噪声源的物理特性可将噪声分：机械振动性噪声-由机械运转中部件摩擦、撞击以及因机械动力、磁力不平衡产生振动而辐射的噪声，如机床、电动机运转的噪声 ；气体动力噪声-由物体高速运动、气流喷射以及化学爆炸等引起周围压力突变而产生的噪声，如超音速喷气飞机的轰鸣声、内燃机的排气声均届此类2. 按噪声 时间变化的属性分：稳态噪声-指在观察时间内幅值和频带变化都很小的可听噪声，如电动机、排气扇所产生的噪声 ；非稳态噪声- 与稳态噪声相反，幅值和频带变化大的噪声即为非稳态噪声 ；起伏噪声-在观察过程中声级连续在一个相当大的范围内变化的可听噪声称为起伏噪声，如交通噪声 ；间歇噪声-声级保持在背景之上的时间超过 1秒，并多次下降到背景噪声的可听噪声称为间歇噪声； 脉冲噪声-指由一个或多个持续时间小于 1 秒的冲击声组成的可听噪声 7.1.3.声音的度量以及噪声的合成公式声音的物理度量：1.声压 P：声波作用于物体上的压力 ，单位 Pa（帕=牛/米 2） ；（1 ）可听最弱声压（基准声压） ； P0 = 210-5 Pa ； （2 ）痛阈声压 20 Pa；（3）声压级 Lp ：声压的对数，单位 dB（分 贝 ）公式： 2.声强 I：单位时间垂直于声传播方向上单位面积内通过的声能，单位 W/m2，听阈声压对应声强值作为基准声强：I 0 = 10-12 W/m2。声强级 LI： 3.声功率 L： 声功率是声源在单位时间内发射出的总能量，通常用 W 表示，单位为瓦（W） ，基准声功率 L0 = 10-12 W。 声功率级 LI：噪声的合成：两个声源（声压分别为 P1 和 P2）叠加时，总声压为： 两个声源合成的总声压级为：声强级和声功率级求和：声强级的求和：总声功率级的求和：噪声的频谱：任何机器噪声都包含有不同的频率成分，频率低的声音低沉，频率高的声音尖锐。将分析频率范围划分为若干频段，每个频段的上限频率为 fU，下限频率为fL，并保持它们的比值为一常数。 fU/fL = 2n n=1, 称为倍频程分析：（Octave band Analysis）n=1/3, 称为 1/3 倍频程分析。频段的中心频率（频段的名义频率）：将各频段的功率谱密度积分起来作为该频段的谱值倍频程频谱划分：lg2p0lg1I0lg1LI1PZ Z1)dB(10(g/niLIt Iil )10/iWt WiLUff中人耳的听觉特性：人耳对不同频率的声音敏感程度是不同的。人耳对声音的响度感觉与频率有关，对 4KHz 的声音最敏感。 响度 S：人耳主观判断声音强度大小的量， 单位 宋（sone） ，正前方声压级 40dB、1000Hz ：响度级 LS：单位：方（phon） ；以 1KHz 的纯音为基准，当某噪声与该纯音一样响时。则它的响度级就等于该纯音的声压级。响度级是主观评价量，声级是客观评价量 计权声级（加权声级）：进制讯号噪声比（Signal Noise Ratio）简称讯噪比或信噪比，是指有用讯号功率与无用的噪声功率之比,通常用分贝计量。为了模拟人耳听觉在不同频率有不同的灵敏性，在声级计内设有一种能够模拟人耳的听觉特性，把电信号修正为与听感近似值的网络，这种网络叫作计权网络。通过计权网络测得的声压级，已不再是客观物理量的声压级（叫线性声压级） ，而是经过听感修正的声压级，叫作计权声级或噪声级。计权网络：A 计权网络：是效仿倍频等响曲线中的 40 方曲线设计的，较好地模仿了人耳对低频段（500 赫以下）不敏感，对 1000-5000 赫声敏感的特点。用 A 计权测量的声级叫做 A 声级，记作分贝（A ） ，或 dBA。 B 计权网络：是效仿 70 方等响曲线，低频有衰减,。C 计权网络：是效仿 100 方等响曲线，在可听频率范围内，有近乎平直的特 点，让所有频率的声音近乎均同通过，基本上不衰减，因此 C 计权网络代表总声压级7.1.4噪声诊断噪声诊断（噪声监测）：以机器运行中的噪声作为信息源，在机器运行过程中，通过噪声参数的变化特征判别机器的运行状态（缺点：易受环境噪声影响） 噪声诊断的发展：1. 利用声音判断设备运行状况是古老的简易方法，例：铁路工人用手锤检查车架和车轮的故障 2. 传统的靠听觉的方法受环境影响大，定性的检测方法，依赖于人的经验和技巧。用听诊棒和电子听诊器可以减小干扰。 3. 现代声学检测技术已经有了很大发展，在工程中也有了广泛的应用 7.2 噪声检测的基本理解7.2.1.声级计声级计：声级计是噪声测量中最普通和常用的仪器设备声级计类型：按精度可分为四种类型：O 型声级计-实验用的标准声级计；型声级计-相当于精密声级计； 型和型声级计-一般用途的普通声级计。按体积分:O 便携式声级计I 袖珍式声级计。按用途分:(1)一般声级计(2)车辆声级计(3)脉冲声级计(4)积分声级计(5)噪声剂量计声级计结构: 声级计主要由传声器、放大器和衰减器、计权网络、指示表头、倍频程滤波器等部分组成。1 H zf o f ff oL P NL C声级频谱仪: 频谱仪是测量噪声频谱的仪器，它的基本组成大致与声级计相似。但是频谱分析仪中，设置了完整的计权网络（滤波器） 。借助于滤波器的作用，可以将声频范围内的频率分成不同的频带进行测量。一般情况下，进行频谱分析时，都采用倍频程划分频带。如要进行更详细的频谱分析，就要用窄频带分析仪，例如用 1/3 频程划分频带传声器: 按其变换原理，可分成电容式、压电式和电动式等类型，其中电容式传声器在噪声测试中的应用最为广泛7.2.2 噪声监测要点:测量前应仔细校准仪器。可用仪器内部校准信号校准，也可用活塞发声器和声级校准顺校准。在校准时，要用线性(LIN)档或 C 档校准。检查电池电压 。防止风对仪器的影响，在户外测量时，要在传声器上安装风罩，户外风力不得超过四级。当测得的声压级与噪声本底噪声相差不到 10dB 时，应扣除背景噪声的影响和修正值才是真正的声源声压级。当测得声压级大于本底噪声不到 2dB 时，则该数据无效。计权网络 ABC 的使用：在不同的频谱分析时，如无滤波器可用 ABD 三档读数值，可以定性地估计噪声的频率特性：即 LA=LB=LC，噪声能量集中在高频，L C=LBLA 时，为中频特性，LCLBLA，为低频特性。7.3噪声检测的应用7.3.1.相位噪声测量： 相位噪声是描述信号质量的重要指标)log(10()(,0 kornisefnoisem DHzBPfLm10)(2log)fLnormfPS 单边带相位噪声（SSB）：是指相对于载波一定频偏处的 1Hz 带宽内的能量与载波电平的比值，相应的单位为 dBc/Hz 直接频谱分析：1. 测量载波功率 P02. 测量某一频偏 fm 处的噪声功率3. 结果: 【P 0:载波功率；Pnoise,fm: 频偏 fm 处的噪声功率；B noise: 分辨率滤波器噪声带宽；D corr:RMS-检波器 (VBW 3 RBW, 无平均 ): Dcorr = 0 dB；取样检波器 (VBW W/Hz:频谱分析仪法的优点：测试设置简单、快捷频率偏移范围大 (高达 1 GHz)可以测试很多信号源的特性 杂散发射 邻信道功率泄漏 高次谐波直接显示相位噪声（当调幅噪声忽略不计时）频谱分析仪法的缺点与局限：无法区分调幅噪声和相位噪声 灵敏度受仪器固有的相位噪声限制无载波抑制小频偏时测量范围受分辨率带宽和滤波器选择性所限制动态范围有限7.3.2. 电厂锅炉管道泄漏检测主要检测方法传统法观察给水量、蒸汽量变化，聆听炉膛内声音变化声学检测 - 滤波法传感器后面加滤波器隔离正常的背景噪声，设备体积大，灵敏度低，造价高声谱分析法7.3.3. 基于振动、噪声的故障诊断方法根据噪声特点，粗略判断是由哪种类型原因引起的，然后通过浇油法、探听法、观察法、手摸法、仪器精密诊断 法以及拆卸检查法，进一步确诊故障部位从工程机械液压系统振动、噪声的机理分析可知，液压噪声的原因具有多样性 、复杂性和隐蔽性，当系统出现振动故障引起噪声时 ，必须确诊 ，才能加以排除 基于振动、噪声的故障诊断方法是: 根据噪声特点 ，粗略判断是由哪种类型原因引起的，然后通过浇油法、探听法、观察法、手摸法、仪器精密诊断法以及拆卸检查法， 进一步确诊故障部位（1）浇油法对可能是与进气有关的故障，采用浇油法找出进气部位 找进气部位时， 可用油浇淋怀疑部位，如果浇到某处时，故障现象消除，证明找到了故障原因 此方法适于查找吸油泵和系统吸油部位进气造成的气穴振动引起的噪声（2）探听法通过对各个部位进行探听，可直接找出噪声所在部位 探听时一般采用一根细长的铜管 ，通常噪声比较大，声音清晰处就是噪声所产生的部位 （3）手摸法用手摸凭感觉判别故障部位 若手摸处出现异常，异常处理后噪声消失 ，则即可判断噪声产生部位，否则需采用其他方法进一步查找噪声部位 （4） 观察法观察油中的气泡情况，判断系统进气的程度 ，油箱中气泡翻滚得越厉害 ，进气越严重（5）仪器精密诊断法用精密诊断技术手段监测现场液压装置，其最大特点是提高了诊断结论的正确性与精确性 对液压元件壳体振动信号进行在线监测，如某元件发生振动故障 ，现场振动信号的频谱图会发生变化，将测得的频谱图与标准的频谱图做对比即可判别出产生故障的零部件（6）拆卸检查法对于已经基本确认的故障可通过拆卸、解体进一步确认故障的部位和特征。总结：工程机械液压系统振动、噪声产生的原因具有多样性、复杂性和隐蔽性，当系统出现振动故障引起噪声时，必须确诊，才能加以排除 只有清楚振动 、噪声产生的原因，才能有效地对故障进行诊断和排除针对工程机械液压系统噪声故障，从工程机械液压系统产生噪声的原因入手进行分析，通过浇油法 、探听法、观察法、手摸法 、仪器精密诊断法以及拆卸检查等方法，进一步确诊故障部位 ，为工程机械液压系统噪声故障诊断与排除提供参考 - 基于噪声的工程机械液压系统故障分析 ，吴笑伟，杜明侠，孙新， 华北水利水电学院学报 ，2012 年 2 月7.3.4. 基于排气噪声的柴油机气阀故障诊断结论：(1) 不同的空腔填充介质对材料的吸声性能有不同的影响。致密硫酸盐作为空腔填充介质使得材料吸声系数减小，频带变窄，吸声性能降低；有空腔的空气介质不仅可以有效地提高吸声性能，而且可以减少材料的使用，降低成本，减少重量；(2) 当空腔厚度增加使材料平均吸声系数及峰值吸声系数均增加，吸声频带向低频移动，吸声性能提高；(3) 空腔位置影响材料的吸声性能。在总厚度以及空腔结构相同时，当空腔距离声波入射面较近时吸声性能较好，但并不是距离越近越好，过近的距离会导致声波容易反射，降低材料的吸收；(4) 当空腔为离散空腔时，可有效提高平均系数，拓宽吸声频带。-尹刚，张英堂，李志宁等. 基于排气噪声的柴油机气阀故障诊断. 噪声与振动控制，2012 年，第五期，173-177 7.3.5利用相关一小波滤波方法进行声信号诊断 对于机械故障中的周期性行为，利用相关滤波可以滤除信号中的非周期成分。同时机械噪声是一种非平稳信号，对声信号进行分析需要一种适合于非平稳过程的信号处理工具，而小波变换就适合于分析非平稳信号。冈此，本文利用小波分析和相关滤波相结合的方法，简称相关一小波滤波方法，对故障声信号进行分析结论：在声场并不十分复杂的情况下，直接对故障声信号进行相关小波滤波，可以达到诊断的目的。然而，在现场工况的噪声检测中，由于许多机器设备同时运转，加上实际声环境的复杂性，往往面临大面积非稳态多声源等的复杂空间声场，这种环境下检测到的声音实际上是个声源信号极其反射的混合体。当某台设备发生故障时，反映故障特征的声信号很可能被其它声源信号掩盖甚至淹没严重影响故障诊断的准确性和可靠性。显然如何获取待诊设备的真实信号是提高声学故障诊断技术实用性的关键。近年来迅速发展起来的盲源分离技术为此提供了一种全新的解决思路。采用盲源分离技术来处理机械噪声，进而对设备故障进行诊断就是在这方面的新的尝试并取得一些进展。（盲源分离技术最初是针对雷达、水声等应用，用于解决方位估计的，它是研究在未知系统的传递函数源信号的混合系数及其概率分布的情况F，由混合信号中分离出独立信号源的技术。）-机械设备噪声故障诊断的新进展 ，常西畅，周艳玲，陈进，北京，2002,10，16-197.4收集到的关于噪声检测的文献1. 2002机械设备噪声故障诊断的新进展常西畅，周艳玲，陈进(北京自动化技术研究院北京lOO009) (上海交通大学I海200030)2. 2003基于独立分量分析的旋转机械故障诊断方法研究焦卫东（浙江大学 博士论文 指导教师：吴昭同;杨世锡 ）200311013. 2003基于噪声小波包络谱的主轴承磨损故障诊断吕琛，王桂增，叶昊，黄晓中，（清华大学自动化系，北京）100084；（清华同方股份有限公司，北京）1000844. 2005基于时频域模型的噪声故障诊断吕琛，