动力机械测试技术(作业).docx

结课论文 姓名：李志豪学号：2013130701课程名称：动力机械测试技术指导老师：张寿珍噪声测试技术概述随着现代工业、交通运输和城市建设的迅速发展，噪声对环境的污染日益严重，已成为当今世界的一大公害。为此，国际标准组织以及许多国家都纷纷制定有关标准，用于环境噪声的监测和各类噪声的控制。国外已经进行了很多噪声测试技术方面的研究，包括在传感器外施加冷却装置的水套冷却技术、利用激光测振原理的光纤传声器技术、利用辉光放电原理的等离子体传声器技术等等。1 基于施加冷却装置的高温噪声测量技术噪声测量中，一般选用电容式或压电式的噪声传感器，典型的电容式传感器能承受的温度在260以下，压电式传感器容许范围稍高，但一般不超过427。基于施加冷却装置的高温噪声测量技术，采用专门设计的冷却装置对普通声学传感器进行冷却降温，使其能在更高的温度下适用。其基本原理图如图1所示。在测量表面位置与传感器之间敷设隔热层，通过开孔将声信号传导至传感器，在传感器周围安装专门设计的冷却水套，通过冷却水对传感器进行冷却降温，从而保证传感器的工作环境温度。典型应用案例参见美国专利METHOD AND APPARATUS FOR COOLING SENSORS IN HIGH TEMPERATURE ENVIROMENTS（专利号：5450753）。图2给出了单个传感器安装实物示意图。安装装置上表面是复合材料层，以便保护基片，其中基片固定在垫圈上，表层和基片的厚度同为0.16英寸，垫圈厚度为0.26英寸。该传感器系统的核心部件选用Kulite生产的X CE-093型耐高温型传感器（能承受高温427），以便适应中心开孔引入残余空气的温度。传感器的上表面大约比复合材料层上表面低0.58英寸，这些尺寸关系和相应结构将在某种程度上影响传感器的响应特性。该传感器系统的冷却水套采用空心圆柱形套管，其上安装冷却水进口和冷却水出口。为满足实际测试需要，工程中可对上述冷却装置进行合理调整。一般可采用两种冷却方式，一种为水冷方式，因为水冷具有高热容量，大多数试验采用这种方式；其二为气冷方式，以避免水冷时管道内液体驻留问题。采用水冷方式的传感器系统可实现1097条件下的温度测量，采用气冷方式的传感器系统可实现797条件下的噪声测量。2 基于光纤传声器的高温噪声测量技术在恶劣环境下进行噪声测量时，传统传感器日益暴露出其局限性，近年来，基于干涉测量法的光纤传声器（Fiber-Optical M icrophone），即FOM 技术在噪声测量中逐渐应用，其不需要特殊的冷却装置也不需要增加空间。FOM 具有两种设计方案，一种是多用于商业的Mach-Zehnder（MZ）干涉仪装置，其具有较宽的温度适用范围，在一般的高温低温均可使用，但其不足之处是对高振动敏感以及该装置的光纤适宜温度上限为300，因此在恶劣的测量环境中不提倡使用该型传感器。另一种是由德国宇航中心（Germ an Aerospace Center）设计的基于Fabry-Perot（FP）干涉装置的光纤传声器，该传声器已经在低温和高温条件下拥有成功的应用案例，目前测量最高温度可达726. 85（1000K ），声压级为154dB，并呈现良好的静动态特性。光纤传声器基于由声诱发膜片运动的干涉测量原理, 一束激光通过玻璃光纤传导到一个对噪声敏感的膜片后端面，光束通过透镜聚焦，并在膜片上产生反射，反射的光束通过相同的透镜收集并且耦合回光纤，由噪声诱发的膜片的运动，导致反射光束发生多普勒效应，通过测量入射和反射光束的干涉信号，确定声场信号。FP干涉装置在满足FOM 基本原理之外，还具备了耐高温特性和光纤对振动的非敏感性。该装置采用具有特殊金属涂层的非极化维持单模光纤，其使用温度可达800-1000K；同时采用两根光纤，一根光纤用于传导激光到反射膜片后面，另一根光纤用于引导反射光和聚焦光回到二极管中，两个干涉光束都在光纤内传播，光纤的振动对于干涉光束的相对相位没有影响。3 基于等离子体传声器的高温噪声测量技术等离子传声器是利用辉光放电压力传感器的原理，通过电离中性气体分子（等离子体）将能量转移到电子或离子的机制实现对声波的感知。通过专门的放大调制原理和装置，实现声信号的传递、放大和转换。该技术的优势是可以将表面压力（动态压力、噪声）、剪切应力、温度和热流等测量传感器集成为一套传感器系统，可用与高温高速高焓值气流中的噪声、热流等多参数的同步测试。该传感器系统具有很宽的动态范围，一般不需要频率补偿，具有良好幅值调制的幅值输出。采用MEMS技术可以制成微米级尺寸的单个传感器单元，或根据需要排列成多个传感器阵列，因此该项技术是目前正在发展的用于高温试验环境下噪声测量的前沿技术之一。等离子体传声器基本原理，即直流辉光放电原理如图3所示，在两电极狭缝之间电离空气，正电极与负电极对应直流电的阳极和阴极，X方向对应狭缝的方向，Y方向对应气流的方向。图3 直流辉光放电原理图一旦辉光放电装置建立，产生的电子数和正离子冲击有关，如果辉光放电的强度不变，留在阴极的大量电子就会引起连锁效应，这就是电子的连续性，如下式所示：其中，为每秒每平方厘米离开阴极的电子数；为每秒每平方厘米冲击阴极板的正离子数；为比例常数，与正离子能量有关；h为电极宽度。扩展这个方程，如下式所示：其中，为每秒到达阳极的电子数；为每秒离开阴极的电子数；为每秒由速度为u的空气电离的离子数，是与阴极释放的电子数和冲击阴极的离子数相关的常数。4 结论噪声