机械工程测试技术基础机工社-熊诗波、黄长艺

第一节概述

第三节声强测量与噪声源辨识

第四节声发射测量传感器与仪器

第二节声测量传感器与仪器

2第一节概述声音是人们日常生活中很熟悉的客观物理现象。声音不仅可以在空气中传播，也可以在固体和也液体中传播。声学测量对于低噪声机器和设备的开发、振动问题的诊断以及声音记录与复现设备的设计与实验是非常重要的。3第一节概述一、声与声场换通常把频率范围：在20~20000Hz之间能引起人类听觉的声音称为音频声。频率高于20000Hz的声振称为超声；低于20Hz的振动称为次声。声音传播的条件是：有作机械振动的物体—声源；有能传播机械振动的介质。4第一节概述二、工程声学测量的有关概念1.声音的波长、频率和声速声源完成一周的振动，声波所传播的距离，称为声波的波长。或者是具有相同运动状态的两相邻空气层之间的距离，称为声波的波长。

频率是每秒振动的次数。

声音传播的速度随温度的升高而增大。5第一节概述二、工程声学测量的有关概念2.声压存在声波时，某一点上气压和平均气压的瞬时差称为声压。6第一节概述二、工程声学测量的有关概念3.声压级一个正常听觉的人，能够忍受最大的声压与能把辨别的最轻声压之比约为87：1，如上图所示。7第一节概述二、工程声学测量的有关概念4.功率、强度和功率级声音的大小可用功率来表示其能量，常用单位；是瓦特。当声音从一个理想点源向外传播时，它将不断地扩展到越来越大的空间。在任何位置上的声强用“瓦特每单位面积”来表示。球面波的声功率和声强之间的关系，如上所示。8第一节概述二、工程声学测量的有关概念5.声压级的合成当两个纯音同一时间发生时：其合成效应取决于接受器处的声压幅值、频率和相位。从两个噪声级查总声压的附加值，如上所示。9第一节概述二、工程声学测量的有关概念6.响度和响度级人耳对声音的主观感觉与客观量度不一样。响度级与响度的关系如上所示。10第二节声测量传感器与仪器一、麦克风1.电容器式电容式麦克风是声测量中最常用的一种仪器。电容式麦克风结构如图8-7所示。图8-711第二节节声声测量量传感感器与与仪器器一、麦麦克风风2.压电晶晶体式式压电晶晶体式式麦克克风使使用压压电类类元件件，一一般通通过弯弯曲作作用来来激活活。12第二节节声声测量量传感感器与与仪器器一、麦麦克风风3.电动力力式电动力力式麦麦克风风应用用的是是磁场场中运运动导导体的的原理理。有有动圈圈式和和带式式两种种不同同结构构。电动力力式麦麦克风风结构构示意意图如如图8-8所示。图8-813第二节声声测量量传感器器与仪器器一、麦克克风4.炭精式炭精式麦麦克风的的二次传传感器由由一小盒盒碳粒组组成。该该碳粒的的电阻随随着膜片片所感应应到的声声压而变变化。14第二节声声测量量传感器器与仪器器二、声级级计4.炭精式声级计是是噪声测测量中最最常用的的便携式式测量仪仪器。该该测量系系统由大大量的互互连部件件组成。15第二节声声测量量传感器器与仪器器二、声级级计4.炭精式图8-9a的计权网网络是对对三种不不同声响响度级人人耳响应应相近似似而设计计的电子子滤波器器，因此此仪器的的读数将将反映所所感觉的的响度。。图8-916第二节声声测量量传感器器与仪器器二、声级级计4.炭精式通常为三三种滤波波器，它它们是A（40phon）、B（70phon）和C（100phon）。利用A、B、C三种声级级的读数数和图8-10的特性曲曲线可以以粗略估估计噪声声的频率率特性。。17第三节声声强测测量与噪噪声源辨辨识声强用双双麦克风风方法测测定，这这两个麦麦克风面面对面放放置，并并且用一一个隔离离器隔开开距离Δr如图8-11a所示。图8-11b示出生强强测量系系统的方方向特性性。图8-1118第四节声声发射射测量传传感器与与仪器材料中局局域源快快速释放放能量产产生瞬态态弹性波波的现象象：称为声发发射（AE:AcousticEmission）。一、概述述19第四节声声发射射测量传传感器与与仪器AE含有声音音的意思思，如图图8-12所示，声声发射信信号的频频率达到到MHz级，属于于超声波波范围（（20kHz以上）。。一、概述述图8-1220第四节声声发射射测量传传感器与与仪器1.谐振式传传感器二、声发发射测量量传感器器谐振式高高灵敏度度传感器器是声发发射检测测中使用用最多的的一种。。单端谐振振式传感感器结构构简单，，如上所所示。21第四节声声发射射测量传传感器与与仪器2.宽频带传传感器二、声发发射测量量传感器器传感器的的幅频特特性与压压电元件件的厚度度有关，，它由多多个不同同厚度的的压电元元件组成成。22第四节声声发射射测量传传感器与与仪器3.差动传感感器二、声发发射测量量传感器器差动传感感器由两两只正负负极差接接的压电电元件组组成。23第四节声声发射射测量传传感器与与仪器4.电容传感感器二、声发发射测量量传感器器电容传感感器是一一种直流流偏置的的静电式式位移传传感器。。24第四节声声发射射测量传传感器与与仪器5.非接触式式光纤声声发射传传感器二、声发发射测量量传感器器目前常用用的AE传感器大大都采用用：压电电陶瓷晶晶体(PZT)来实现,利用PZT的压电效效应把机机械量变变为电量量后进行行检测。。25第四节声声发射射测量传传感器与与仪器三、声发发射测量量仪器声发射测测量常用用仪器如如图8-14所示，包包括以下下几个部部分。图8-1426第四节声声发射射测量传传感器与与仪器1、传感器2、前置放放大器3、主放大大器4、门槛值值检测器器5、振铃计计数器6、事件计计数器7、能量处处理器8、振幅分分析器9、频率分分析器三、声发发射测量量仪器27第四节声声发射射测量传传感器与与仪器1、滚动轴承承声发射射信号机机理滚动轴承承的疲劳劳故障：：是由于于经常受受到交变变载荷作作用，使使轴承金金属件内内部产生生位错运运动和塑塑性变形形。四、声发发射技术术在滚动动轴承状状态检测测中的应应用正常轴承承的时域域波形示示意图如如上所示示。28第四节声声发射射测量传传感器与与仪器1、滚动轴承承声发射射信号机机理四、声发发射技术术在滚动动轴承状状态检测测中的应应用故障轴承承的时域域波形示示意图如如上所示示。29第四节声声发射射测量传传感器与与仪器2、检测装置置的设计计四、声发发射技术术在滚动动轴承状状态检测测中的应应用为了便于于操作和和测量，，将轴承承监测仪仪安装在在轴承的的端盖上上。用磁磁铁将传传感器吸吸附在螺螺钉钉头头上，传传感器与与螺钉头头中间用用黄油保保证密封封。30第四节声声发射射测量传传感器与与仪器2、检测装置置的设计计四、声发发射技术术在滚动动轴承状状态检测测中的应应用测量时，，用液压压千斤顶顶将货车车支起，，用手或或小型工工具转动动轴承进进行检测测，如图图8-17所示。图8-1731第四节声声发射射测量传传感器与与仪器3、检测仪的的工作原原理四、声发发射技术术在滚动动轴承状状态检测测中的应应用声发射信信号处理理流程和和检测的的工作原原理如图图8-18所示。图8-1832第四节声声发射射测量传传感器与与仪器4、实验分析析四、声发发射技术术在滚动动轴承状状态检测测中的应应用从图8-19、图8-20中可以看看到：故故障轴承承与正常常轴承在在时域上上的信号号有很大大差别。。故障信信号不但但有较大大的尖峰峰值，而而且还具具有较宽宽的宽度度。图8-19图8-2033第四节声声发射射测量传传感器与与仪器4、实验分析析四、声发发射技术术在滚动动轴承状状态检测测中的应应用利用声发发射信号号进行轴