能源与动力工程测试技术 课件 第十一章 振动与噪声测量

先进热动力测试技术AdvancedThermalandPowerEngineeringMeasurementTechnology目录PAGEDIRECTORY绪论1测量技术的基本知识2误差分析与测量不确定度3温度测量4压力测量5流量测量7液位测量8气体成分及颗粒物测量9转速、转矩及功率测量10振动与噪声测量11流速测量6先进测试技术发展12能源与动力学院第一部分振动测量振动测量概述振动测量传感器振动测量仪器与振动测量模态测量振动测量应用实例11第十一章第一节振动测量概述一、机械振动的分类产生的原因：由于不平衡质量的存在，在运转中会出现交变的不平衡惯性力和力矩，产生振动。1、产生振动的原因自由振动：系统仅受到初始条件（初始位移、初始速度）的激励而引起的振动受迫振动：系统在持续的外作用力激励下的振动自激振动：没有外激励作用的情况下，由系统自身激发所产生的一种振动，简称自振2、产生振动的规律简谐振动：物体运动时，离开平衡位置的位移(或角位移)按余弦(或正弦)的规律随时间变化复合周期振动：两个或两个以上的频率之比为有理数的简谐振动复合而成瞬态振动：在极短时间内仅持续几个周期的振动随机振动：没有确定的周期，振动量与时间也无一定的关系，只能用统计的方法表示系统的响应第一节振动测量概述二、机械振动测试内容1、测量被测对象的振动动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、阻抗、传递率、响应和模态等。这时往往要采用某种特定形式的振动来激励被测对象，使其产生受迫振动，然后测定输入激励和输出响应。2、被测对象选定点的振动参量测试和后继特征量的分析，目的是了解被测对象的振动状态，评定振动量级和寻找振源，以及进行监测、诊断和预估。从测量观点来看，测量机械振动的时域波形较合适，也就是研究振动的典型波形，以及其时域参数和频域参数。描述振动的主要参量：频率、振幅、相位振动测量的参量：位移、速度、加速度第一节振动测量概述三、简谐振动振动量是随时间按正弦或余弦规律变化的，简谐振动的位移、速度、加速度表达式为式中，x(t)、v(t)、a(t)分别为位移、速度、加速度在时刻t时的瞬时值，单位分别为m、m/s、m/s2；xm、vm、am分别为位移、速度、加速度的最大值或幅值；

为振动角频率，rad/s；

为初始相位角，rad。简谐振动的位移、速度和加速度的波形和频率都一致，其速度和加速度的幅值与频率有关，在相位上，速度超前位移π/2，加速度超前速度π/2。只要测定出位移、速度、加速度和频率这四个参数中的任意两个，便可推算出其余两个参数。第一节振动测量概述四、振动测量系统振动测量系统的构成完整的振动测量系统是由检振（传感器）、放大、处理、显示或记录等基本部分组成的。第一节振动测量概述四、振动测量系统测振系统通常由能够感知振动参数并将其转换成适当物理量的传感器、信号处理和放大、记录分析和显示以及数据处理等设备组成。常用的测振系统有：机械测振系统、电子测振系统以及光学测振系统。1、电子测振系统将被测的振动量通过传感器转换成电量或电参量，经电测系统放大、处理、信号变换，将振动量显示或记录下来，或通过分析、计算、实时处理等，把衡量振级参数的时间历程和频率谱以数字或图形的方式记录和绘制出来。电子测振系统由于其灵敏度高、频率范围和动态线性范围宽，便于分析和控制，是目前应用最广泛的测振系统。但该系统易受电磁场的干扰。2、光学测振系统利用读数显微镜、光杠杆和光干涉、激光多普勒效应等，记录并放大振动量或拍摄反映振动全貌的振型，如激光全息照片。特点：不受电磁场的干扰，测量精度高，适用于对质量小及不易安装传感器的振动体作非接触精密测量；还用于对传感器、测振仪的标定或校验。能源与动力学院第一部分振动测量振动测量概述振动测量传感器振动测量仪器与振动测量模态测量振动测量应用实例11第十一章第二节振动测量传感器一、振动测量的基本原理测振仪模型一般可简化为由惯性元件质量m和弹性元件弹簧k组成，并悬挂在刚性的刚体上，框架安置在被测振动体上，并随振动体振动。设振动体的振幅为x1，m的振幅为x2，则m相对于框架的振动为x2–x1。如忽略阻尼，质量m振动的微分方程为测振仪的固有频率ω02=k/m，并设x1=X1sinωt，微分方程可写为上述方程的解为测振仪简化模型第二节振动测量传感器一、振动测量的基本原理可以求得质量和框架间的相对运动幅值X为当ω/ω0远大于1时，这时振动体的频率ω远大于测振仪的固有频率ω0，则X约等于–X1，即质量和框架间的相对运动幅值，近似为框架的振动幅值。这样就可以测出振动体的幅值，一般称这类仪器为位移计。当ω/ω0极小时，则有X≈(1/ω02)X1ω2，式中X1ω2为被测振动体的加速度幅值，即测振仪所测得的读数X和被测振动体的加速度成正比。故可利用这种测振仪作振动加速度的测量，一般称这类仪器为加速度仪。测振仪简化模型第二节振动测量传感器二、振动测量传感器测振传感器，也称拾振器，是指能够感知振动参量（位移、速度和加速度）并将其转换成适当物理量的传感器。按测振参数可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器。按传感器与被测对象的联系方式可分为接触式传感器和非接触式传感器两大类。在接触式传感器中，按其壳体的固定方式又分为相对式传感器和绝对式传感器两种。相对式测振传感器的壳体固定在基座上，仅将其活动件通过测杆与被测对象相连，它敏感于被测对象相对于基座的振动，主要用于无法或不允许将传感器直接固定在试件上（如旋转轴、轻小结构件等）的场合。绝对式测振传感器是将其壳体固定在被测对象上，利用弹簧支撑一个惯性体（质量块）来感受振动，故又称为惯性式测振传感器，如磁电式速度传感器和压电式加速度传感器。第二节振动测量传感器二、振动测量传感器1、振动位移传感器（电涡流式位移传感器）根据电磁感应定律，当块状金属置于变化着的磁场中或者在固定磁场中运动时，金属体内会产生感应电流，这种电流在金属体内自身闭合，称为电涡流，此种现象称为电涡流效应。因为电涡流效应与磁场变化特性有关，因此可以通过测量电涡流效应获得引起磁场变化的外界非电量。根据电涡流效应制成的传感器就称为电涡流式传感器。按电涡流在导体内贯穿情况，传感器又可分为高频反射式和低频透射式两种，二者原理基本相似。高频反射式应用最为广泛。高频反射型涡流传感器低频反射型涡流传感器第二节振动测量传感器二、振动测量传感器1、振动位移传感器（电涡流式位移传感器）电涡流式位移传感器就是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移和其幅值的。传感器是由固定在聚四氟乙烯或陶瓷框架中的扁平线圈组成，结构简单，线圈的厚度越小，其灵敏度越高。由于该传感器为相对式测振传感器，因此能方便地测量运动部件与静止部件之间的间隙变化。这类传感器已成功应用于汽轮机组、空气压缩机等回转轴系的振动监测。同时也广泛应用于各类位移测量、转速测量以及材料无损探伤等方面和领域。电涡流式位移传感器1–线圈；2–框架；3–框架衬套；4–支架；5–电缆；6–插头第二节振动测量传感器二、振动测量传感器1、振动位移传感器（电涡流式位移传感器）某大型燃气轮机组运行状态监测的传感器布置示意图电涡流式传感器用于实现该机组的轴振动、轴向位移胀差、热膨胀、转速、偏心、键相等7种物理量的测量和监测。径向振动测量轴心轨迹测量转速测量穿透式测厚零件计数器表面裂纹测量第二节振动测量传感器二、振动测量传感器1、振动位移传感器（电容式位移传感器）电容式位移传感器分为非接触式和接触式两类。非接触式的电容式位移传感器与电涡流式传感器相近，接触式的电容式位移传感器重量轻，与地绝缘，适合测量10~500Hz范围内的角位移和线位移（0.001~1mm），可实现超低频测量，但受温度、湿度以及电容介质等的影响较大。可见，为了提高dC，可以减小间隙δ0或增大dS。为此，可将传感器截面制成齿形。电容式位移传感器1–基座；2–平弹簧；3–惯性质量；4–定片；5–绝缘物将振动转变为平弹簧和定片间的相对位移，从而实现电容量的变化。在振动时，电容两级间的间隙不变，改变的是两极间的重叠面积。第二节振动测量传感器二、振动测量传感器1、振动位移传感器（电感式位移传感器）电感式位移传感器的原理是：由于由弹簧支承的惯性质量和与被测对象相连壳体上的电磁体间的气隙发生变化，导致线圈周围的磁通发生变化而产生感应电动势。优点是：无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且功耗低，寿命长，可在各种恶劣条件下使用。电感式传感器原理图及记录波形第二节振动测量传感器二、振动测量传感器1、振动位移传感器电位器式位移传感器是通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加或减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，将电阻变化转换为电压输出。电位器式位移传感器结构简单、输出信号强、使用方便、价格低廉，其缺点是易磨损。第二节振动测量传感器二、振动测量传感器1、振动位移传感器霍尔式位移传感器的测量原理是保持霍尔元件的激励电流不变，并使其在一个梯度均匀的磁场中移动，则所移动的位移正比于输出的霍尔电势。磁场梯度越大，灵敏度越高；梯度变化越均匀，霍尔电势与位移的关系越接近于线性。霍尔式位移传感器的优点是惯性小、频响高、工作可靠、寿命长。第二节振动测量传感器二、振动测量传感器1、振动位移传感器（激光位移传感器）激光与普通光相比，具有四项突出的优点：

高相干性

高方向性

高单色性

高亮度激光被广泛地应用于长距离、高准确度的位移测量。在工程测试中，激光还可以用于长度、位移、速度、转速、振动和工件表面缺陷的检测等。激光干涉法测距原理：根据光的干涉原理，两列具有固定相位差，并且有相同频率、相同振动方向或振动方向之、间夹角很小的光相互交叠，就会产生干涉现象。利用这个原理，使激光束产生明暗相间的干涉条数，这些条纹由光电转换元件转换为电信号，经处理后，由计数器计数，即可实现对位移量的检测。光的干涉现象第二节振动测量传感器二、振动测量传感器1、振动位移传感器（激光位移传感器）双频激光干涉仪是一种新型的激光干涉仪，基本原理如图所示，它利用光的干涉原理和多普勒效应（此处指由于振源相对运动而发生的频率变化的现象）产生频差的原理来进行位移测量。双频激光干涉仪第二节振动测量传感器二、振动测量传感器1、振动位移传感器光纤传感器的基本原理是：光源经光纤送入调制区，在调制区内，外界被测参数与进入调制区的光相互作用，使光的光学性质，如光的强度、波长（颜色）、频率、相位、偏振态等发生变化而成为被调制的信号光，信号光再经过光纤送入光探测器、调节器而获得被测参数。光纤传感器的组成第二节振动测量传感器二、振动测量传感器1、振动位移传感器在振动位移测量中，应用最广的是振幅调制光纤式传感器，其工作原理是：当光纤由于振动而导致变形时，传输特性也会发生变化。例如将光纤制成一个u形结构。光纤两端固定，中部可感受振动运动量，当振动发生时，输入光将受到振幅调制而在输出光中反映出来，通过测量输出光的变化可以检测振动量。振幅调制光纤式传感器第二节振动测量传感器二、振动测量传感器2、振动速度传感器电磁式速度传感器测振时，底座、支柱和线圈随被测振动体振动。由于磁铁质量很大，而平弹簧很软，在振动过程中磁铁几乎保持原位置不动，因而线圈切割磁力线产生与速度成正比的电动势（V），即e=BLdx/dt×10−4式中，B为磁感应强度（T）；L为线圈导线总长（m）；dx/dt为线圈和磁场的相对运动速度（m/s）。电动势和振动速度成正比，因而此测振仪可用于测量振动体的速度。电磁式传感器原理图1–磁铁；2–平弹簧；3–支柱；4–底座；5–框架第二节振动测量传感器二、振动测量传感器2、振动速度传感器多普勒效应振动传感器属于光纤传感器的一类，是一种非接触式传感器，它可以用来测量高频小振幅的振动，当振动物体的振动方向与光纤的光线方向一致时，测知反射光的频率变化，即可测知振动速度。多普勒效应振动传感器第二节振动测量传感器二、振动测量传感器3、振动加速度传感器压电式加速度传感器的原理是利用压电元件，如钛酸钡、锆钛酸铅、石英晶体等。在振动时受到惯性质量对其施加交变的压力而输出交变电荷（称为压电效应）的原理来测量振动的，其电荷输出量与振动加速度成正比。由于压电式传感器灵敏度高、频率范围宽，结构尺寸小和质量轻，目前这类传感器应用最广。但它受温度、湿度等影响较大，需和高阻抗前置放大器配用。压电式传感器结构图能源与动力学院第一部分振动测量振动测量概述振动测量传感器振动测量仪器与振动测量模态测量振动测量应用实例11第十一章第三节振动测量仪器与振动测量一、振动测试仪器1、测振放大器测振放大器为二次仪表，它不仅对信号有放大作用，一般还具有对信号进行积分、微分和滤波等功能，它的输入特性必须满足传感器的输出要求，而它的输出特性又应符合记录设备的要求。放大器的放大方式分为两种主要类型：一类是输入信号的直接放大形式，并具有积分、微分等运算网络和滤波网络，这类仪器配合压电式和磁电式传感器使用；微积分放大器电路框图第三节振动测量仪器与振动测量一、振动测试仪器1、测振放大器另一类是载波放大形式，它把输入信号经过载波调制后再放大，然后经过检波解调恢复原波形输出，这类仪器配合参数变化型非接触式传感器使用。常用的放大器有微积分放大器、电压放大器和电荷放大器、动态应变仪和差动变差放大器，以及调频放大器等。调频放大器系统框图第三节振动测量仪器与振动测量一、振动测试仪器1、测振放大器电压放大器的作用是把压电传感器的电荷变成电压，再进行放大，并将压电加速度计的高输出阻抗变成低输出阻抗，以便于主放大器连接。目前，通用的电压放大器的放大倍数甚小，主要起阻抗变换作用，故又称为阻抗变换器。加速度计–电缆–电压放大器电路等效电路第三节振动测量仪器与振动测量一、振动测试仪器1、测振放大器实际上，Ri与Ra的阻值很大，相应的R值也较大。电压放大器输入电压的最大值可写为：式中，D—压电晶体的压电系数；F—作用于压电体上的周期力F=F0sinωt。Cc随着连接电缆的长度变化。若加长电缆，则灵敏度下降。加速度计–电缆–电压放大器电路等效电路第三节振动测量仪器与振动测量一、振动测试仪器1、测振放大器电荷放大器的输出电压与输入电荷成正比例，它是一个具有电容负反馈的高输入阻抗的高增益运算放大器。优点：①电荷放大器的输出电压与连接电缆的长度无关。②电荷放大器的低频截止频率取决于反馈网络参数。实际设计中，为使运算放大器工作稳定，常跨接一电阻Rf。电荷放大器的下限频率为，因此可以降低下限频率，最低可达0.003Hz。缺点是对电路器件要求高、造价高。加速度计—电荷放大器等效电路第三节振动测量仪器与振动测量一、振动测试仪器2、振动分析仪器最简单的指示振动量的仪表是测振仪，它用位移、速度或加速度的单位来表示传感器测得的振动信号的峰值、平均值或有效值。这类仪器只能获得振动强度（振级）。为了得到更多的信息，将振动信息进行概率密度分析、相关分析和谱分析，采用的仪器为频谱分析仪。恒定百分比带宽频谱分析仪此类频谱分析仪的工作基础为一系列带通滤波器，根据滤波器的带宽B（上限频率与下限频率之差，单位为Hz）和中心频率fo的关系，通常将滤波器分为恒定带宽和恒定百分比带通滤波器两类。前者带宽B为恒定值，不随中心频率fo的变化而变化；后者的带宽B与中心频率fo的比值保持不变。第三节振动测量仪器与振动测量一、振动测试仪器恒定百分比带宽频谱分析仪一个n倍频程的滤波器，它的上、下限频率之间关系为式中，fhi和fLi分为第i频带的上限频率和下限频率，Hz；n为倍频程数，常用n=1，1/2，1/3，1/4……频带中心频率用foi（Hz）来表示，有带宽：相对带宽：为了在一个相当宽广的频域中进行频谱分析，可以采用不同中心频率的带通滤波器来联合工作。因各滤波器均具有相同的相对带宽，故称为恒定百分比带宽频谱分析仪。工作方式为顺序滤波法，恒定百分比带宽频谱分析仪适用于分析平稳的离散的周期振动。顺序滤波法原理框图第三节振动测量仪器与振动测量一、振动测试仪器恒带宽频谱分析仪所采用的滤波器中心频率连续可调，可用于分析带宽恒定不变并与中心频率的变化无关的振动。目前使用最多的是基于外差式跟踪滤波器的外差式频谱分析仪。所谓“跟踪”，是指滤波器的中心频率能自动地跟随参考信号的频率的功能。可对信号作窄带分析，但仍属顺序分析，它特别适用于含有谐波分量的噪声信号的分析。由于分析带宽不随滤波器中心频率的变化而变化，因而在整个频率范围内具有相同的频率分辨力。外差式频谱分析仪原理第三节振动测量仪器与振动测量一、振动测试仪器实时频谱分析仪对于那些频率随时间急剧变化的振动信号和瞬态振动信号，一般采用实时频谱分析仪。工作原理是，输入的振动信号通过前置放大器同时加到各个滤波器上。电子开关和逻辑线路的作用是保证高速地、依次地、反复地将各个通道和显示单元瞬时接通，在显示单元上显示出每一个通道的输出量。并联滤波器实时频谱分析仪中所能并联的滤波器总是有限的，故不能用来进行窄带分析。并联滤波器实时频谱分析仪第三节振动测量仪器与振动测量一、振动测试仪器3、数字信号处理系统具有高速控制环节和运算环节的实时数字信号处理系统和信号处理器，具有多种功能，因此又称为综合分析仪。先由传感器获得模拟信号；然后对模拟信号进行抗混滤波（防止频率混叠）波形采样和模数转换（计算机处理的需要）、加窗（减小对信号截断和采样所引起的泄漏）；再进行快速傅里叶变换（由时域到频域的转换和数据计算）；最后显示分析结果。其主要优点是：1）处理速度快，具有实时分析的能力，可在数十毫秒内完成1024个点的快速傅里叶变换。频率分辨力高，分析精度高。2）功能多，既可进行时域分析、频域分析和模态分析，又可进行各种显示。3）使用方便，数字信号分析处理由专门的分析仪或计算机完成，显示、复制和存储等各种功能的使用非常方便。第三节振动测量仪器与振动测量一、振动测试仪器4、振动测量仪器的选择首先要依据测量对象的振动类型（周期振动、随机振动和冲击振动）、振动的幅度，以及研究目的确定合适的测量项目（加速度、速度、位移、波形记录和频谱分析），选择合适的振动测量方法或分析系统。例如，有的振动测量研究只需了解振动的位移值（如机械轴系的轴向和径向振动），有的研究需了解振动的速度值（如机械底座、轴承座的振动），而且常常把振动烈度，即10Hz～1kHz频率范围内振动速度的有效值，作为评价机器振动的主要评价量。另外，振动测试仪的选择还需考虑测量的频率范围、幅值的动态范围以及仪器的最小分辨率等。对于冲击测量还应考虑振动测量仪的相位特性，因为在冲击振动频谱分量所确定的频率范围内，不仅要求测量设备的频率响应必须是线性的，而且要求设备的相位响应不能发生转变。第三节振动测量仪器与振动测量一、振动测试仪器4、振动测量仪器的选择仪器主要性能包括以下几个方面：1）灵敏度2）频率响应特性3）线性范围4）稳定性5）精度6）自重和体积7）输入、输出阻抗第三节振动测量仪器与振动测量二、测频系统汽轮机的叶片分为直叶片和扭叶片，可以看成是一个弹性梁，当有外界激振时，叶片就会来回振动。叶片振动时，叶片上各点产生扰度，它不仅是时间的函数，而且是位置的函数，叶片的振动形式近似于简谐振动。描述叶片振动的基本物理参数主要有振动频率和振型（模态）。叶片的振型根据叶顶端是否固定分为A、B两种，其中最常见的引起叶片损坏的危险振型是切向基调（A0型）振动，它对应的共振应力最大，是目前事故最多、最危险的振型。因此，对于新投运的机组，都需要全面地测定各级叶片的振型和自振频率。每次大修时，也需要对叶片的切向A0型的自振频率进行测定、校核，以保证叶片运行的安全。常见的叶片自振频率测量方法有3种：自振法、共振法和自激振动法。第三节振动测量仪器与振动测量二、测频系统1、自振法测频（1）传统方法：根据李萨茹图形（Lissajousfigure）来判断的。用橡皮锤或者铜锤敲击叶片，使叶片发生自由振动，然后用传感器将叶片的振动转换为电信号，送至检测仪器以确定叶片的自振频率。调整标准信号频率，当其与叶片振动频率成一定倍数关系时，合成图像构成李萨茹图形，由此判断叶片振动的频率。自振法测定叶片自振频率原理图第三节振动测量仪器与振动测量二、测频系统1、自振法测频（2）现代叶片振动频率检测采用频谱方法。将锤击激起的叶片振动信号送入频谱分析系统，直接根据频谱分析谱峰，判断叶片自振频率。还可采用带有力传感器的力锤敲击叶片，将力锤敲击信号作为采集触发信号，也作为叶片振动信号的激励信号，分析所采集振动信号与激励信号的传递关系，判断自振频率。自振法是一种简单、准确和能迅速测定自振频率的方法，但因叶片的高频自由振动不易激发，即使产生，也是振幅小、衰减快，故难以用自振法测定。另外，自振法难以区分振型，所以多用来测定中、长叶片的A0型振动频率。第三节振动测量仪器与振动测量二、测频系统2、共振法测频由标准信号发生器产生的频率信号，除输到示波器及频谱分析系统外，还送入功率放大器，将信号功率放大后送到激振器，在激振器内将电气信号转换成为机械振动，经拉杆拉动叶片，使叶片发生与信号发生器频率一致的强迫振动。同时可将压电晶体片贴在叶片根部作为激振叶片的换能器，将信号发生器发生的信号放大并转变为机械振动，使叶片发生强迫振动。共振法可用来测定叶片及叶轮的各种振型和自振频率。共振法测定叶片自振频率原理图能源与动力学院第一部分振动测量振动测量概述振动测量传感器振动测量仪器与振动测量模态测量振动测量应用实例11第十一章第四节模态测量一、什么是模态及模态测量？第四节模态测量一、什么是模态及模态测量？大家都有荡秋千的经历，怎么样才能荡的最好？——用最小的力气，荡的最高？二维膜的前几阶振动模态第四节模态测量一、什么是模态及模态测量？在模态测量中，为了测得机械系统的动态特性及其参数，可以通过机械系统在正常工作状态下的激励与响应的测试而获得。以某种激励作用在被测对象上，使之产生受迫振动，测出输入（激励）和输出（响应）的信息，从而确定出被测系统的固有频率、阻尼比以及振动形态等动态特性参数，进而寻求系统的最优参数及其匹配。对于一般的线性振动结构，考虑阻尼作用和外激振力，运动方程可以描述为：第四节模态测量

第四节模态测量

如图，在节点2上施加外力，同时测量各个节点的位移响应，可以计算得到频响函数的第二列。然后依次激励各个节点的自由度，同时测量各个节点的位移响应，可以计算得到整个频响函数矩阵。

第四节模态测量一、什么是模态及模态测量？整个频响函数矩阵可以表示为：频响函数和模态参数的关系由下式给出：式中，n为测点数。m为所取模态数，一般情况下n>m，高阶模态做剩余影响处理。𝑘𝑟、𝑚𝑟、𝑐𝑟为模态，[φ1r，φ2r，…，φnr]T为第r阶模态振型。为了取得全部模态信息，仅需测量频响函数矩阵中的一行或者一列就可以了。第四节模态测量二、激振设备激振设备是对被测系统施加某种预定要求的激振力，激起被测系统振动的装置。激振设备应能在要求的频率范围内提供波形良好、强度足够和稳定的交变力。某些情况下还需提供一恒力，以便使被激对象受到一个一定的预加载荷，以消除间隙或模拟某种恒定力。另外，为减小激振设备质量对被测对象的影响，激振器的体积和重量应小而轻。1、脉冲锤脉冲锤由锤头（含锤头盖）、力传感器、锤体、配重块和锤柄等部件组成，并用一中心螺栓预紧。锤头和锤头盖直接冲击试件，它相当于力传感器的顶部质量。脉冲锤结构第四节模态测量二、激振设备1、脉冲锤在振动测量中，可采取不同硬软材料制成的锤头盖，以得到合适的持续时间τ及中心频率f下的冲击波形。如将冲击力波形近似看做半正弦波，则其线性谱如图（b）所示，频谱中心频率值约为3/(2τ)。在锤头盖材料不变的前提下，增加锤体质量，不仅可得到较大的冲击力，而且持续时间也稍有延长。常用脉冲锤的锤体质量小至几克，大到几十千克，锤头盖可用钢、铜、铝、塑料、橡胶等材料制造，可用在激励小至印制电路板，大到桥梁等物体，在现场试验中使用尤为方便。脉冲锤激振力波形及其频谱（a）激振力波形

（b）激振力频谱第四节模态测量二、激振设备2、电动式激振器电动式激振器，又称磁电式激振器，主要是利用带电导体在磁场中受电磁力作用这一原理工作的。电动式激振器按其磁场形成方式分为永磁式和励磁式两种，前者一般用于小型的激振器，后者多用于较大型的激振台。当驱动线圈4通过经功率放大后的交变电流i时，线圈将受到与电流成正比的电动力的作用，此力通过顶杆1传到被激振对象上，产生激振力。拱形的弹簧片组2用于支撑激振器中的运动部分，并能在试件和顶杆之间保持一定的预压力，防止它们在振动时脱离。电动式激振器的结构1–顶杆；2–弹簧片组；3–永久磁铁；4–驱动线圈；5–接线头；6–芯杆第四节模态测量二、激振设备3、电磁式激振器电磁式激振器直接利用电磁力作为激振力，常用于非接触激振场合，特别适用对回转件的激振。电磁式激振器的结构如图11–21所示。当电流通过励磁线圈3便产生相应的磁通，从而在铁心2和衔铁5之间产生电磁力，实现两者之间无接触的相对激振。用力检测线圈4检测激振力，位移传感器6测量激振器与衔铁之间的相对位移。电磁式激振器不与被激振对象接触，因此没有附加质量和刚度的影响，其频率上限约为500~800Hz。电磁式激励器的结构1–底座；2–铁心；3–励磁线圈；4–力检测线圈；5–衔铁；6–位移传感器第四节模态测量二、激振设备4、液压式激振台液压式激振台，也称电液式激振台，一般都做成大型的。激振力在千牛以上，承载质量以吨计，主要用于建筑物的抗震试验、飞行器的动力学试验以及汽车的行驶模拟试验等。整套设备结构复杂，价格昂贵。液压式激振台的工作介质主要是油，其工作原理是，利用电液阀控制高压油流入工作液压缸的流量和方向，从而使活塞带动台面和其上的试件相应的振动。电液控制阀的结构和原理类似于一个小型电动式振动台，其可动系统与控制阀内的一个滑阀相连，控制阀有多个出入油孔，分别与振动台的液压缸、来自液压泵的高压油管（供油管）和去油箱的低压油管（回油管）相连。第四节模态测量二、激振设备4、液压式激振台液压式振动台的工作原理（滑阀静止）第四节模态测量二、激振设备4、液压式激振台滑阀向上运动

滑阀向下运动能源与动力学院第一部分振动测量振动测量概述振动测量传感器振动测量仪器与振动测量模态测量振动测量应用实例11第十一章第五节振动测量应用实例一、试件模态测量一般地说，基本测试系统应该包括以下三个方面内容：（1）激励设备，如力锤或者激振器；（2）传感系统，主要为加速度传感器，用以测量激励的响应；（3）信号采集和分析设备，用于采集激励和响应的信号，并提取我们所需的信息。频响函数测试系统示意图第五节振动测量应用实例二、配气机构振动测量配气机构模拟测试试验台示意图第五节振动测量应用实例二、配气机构振动测量加速度、位移测量结果思考题1、试述振动测量的主要参数。2、从测振基本原理出发，说明位移计和加速度计的主要区别。3、测振系统分那几类及其特点？4、试述电动式测振仪的类别及选择原则和使用应考虑那些问题。5、常用的激振器有那些？它们的特点和应用场合是什么？6、什么是加速度传感器的安装谐振频率？它与传感器的固有频率之间有何关系？能源与动力学院第二部分噪声测量噪声测量的基本概念声级的计算噪声测量仪器噪声测量技术11第十一章第六节噪声测量的基本概念一、噪声的分类按照声源的不同：机械噪声：由于固体振动而产生的，在机械运转中，由于机械撞击、摩擦、交变的机械应力以及运转中因动力不平均等原因，使机械的金属板、齿轮、轴承等发生振动，从而辐射机械噪声，如机床、织布机、球磨机等产生的噪声，占比最高。空气动力性噪声：当气体与气体、气体与其他物体（固体或液体）之间做高速相对运动时，由于黏滞作用引起了气体扰动，就产生空气动力性噪声，如各类风机进排气噪声，喷气式飞机的轰声，内燃机排气、储气罐排气所产生的噪声，爆炸引起周围空气急速膨胀也是一种空气动力性噪声电磁性噪声：由于磁场脉动、磁致伸缩引起电磁部件振动而发生的噪声，如变压器产生的噪声。第六节噪声测量的基本概念一、噪声的分类按照时间变化特性：稳定噪声：噪声的强度随时间变化不显著，如电机、织布机的噪声。周期性变化噪声：噪声的强度随时间有规律地起伏，周期性地时大时小的出现，如蒸汽机车的噪声。无规则噪声：随时间起伏变化无一定的规律，如街道交通噪声。脉冲噪声：噪声突然爆发又很快消失，持续时间不超过1s，并且两个连续爆发声之间间隔大于1s，则称之为脉冲噪声，如冲床噪声、枪炮噪声等。在极限情况下，如脉冲时间无限短而间隔时间无限长，这就是单个脉冲。第六节噪声测量的基本概念一、噪声的分类对设备机器进行噪声测量的意义：①机器设备噪声大小常被列为评价其质量优劣的指标；②比较同类机器设备所产生噪声的差异以便改进设计和生产工艺；③监测设备噪声及其变化，可据此实现对设备的工况监测和故障诊断；④对设备噪声进行分析，找出原因，以便采取有效的降噪措施；⑤测量设备附近环境的噪声，以确定环境噪声是否符合工业企业卫生标准。第六节噪声测量的基本概念二、声学、声信息与声场声学（Acoustics）：研究声波的产生、传播、接收和效应的科学,关于声音的学问声学的研究方法和物理其他分支有共同之处声信息：未见其人，先闻其声几乎所有的物体可以用声波探测语音是人与人之间交流最有效的手段声信号是诊断机械运行状态的有效手段第六节噪声测量的基本概念二、声学、声信息与声场声场（Soundfield）：声波传播的空间自由声场（边界完全吸收声波）：允许声波在任何方向作无反射自由传播的空间。半自由声场：声波除仅以地面作为反射面，在其他方向作无反射自由传播的空间。混响声场（边界完全反射声波）：允许声波在任何方向作无吸收传播的空间。半混响声场：边界既不完全反射声波、又不完全吸收声波的空间。第六节噪声测量的基本概念

第六节噪声测量的基本概念四、声强与声强级，声功率与声功率级声强是在垂直于声波传播方向上，单位时间内通过单位面积表面的声能，用I表示，单位为W/m2。声强I是一个矢量，其方向是声波传播的方向。声强的相对大小也可用“级”来度量，声强级LI的定义为声源在单位时间内以声波的形式辐射出的总能量称为声功率，用W表示，单位为W，表示声源发声能量的大小。声功率级LW的定义为W0为基准声功率，W，空气中基准声功率W0=10–12W。I0为基准声强，W/m2，空气中基准声强I0=10–12W/m2。第六节噪声测量的基本概念四、声强与声强级，声功率与声功率级关于声压级、声强级或声功率级的讨论：（1）对于声压级、声强级或声功率级的含义均指被度量的量与基准量之比或其平方比的常用对数，这个对数值就称为被度量的级，因而“级”是相对量，分贝作为级的单位，是无量纲的。（2）在声强级和声功率级的定义中，其对数前面的常数均为10，而声压级前面的对数为20，这是因为声能量正比于声强和声功率的一次方。声压增加1倍时，声压级和声强级增加6dB；声强增加1倍时，声压级和声强级仅增加3dB。（3）声功率是表示声源特性的物理参量。对于一个确定的声源，其声功率级与声波传播的距离、环境无关，功率级不能直接测得，可在一定条件下利用声压级进行换算，而声压级和声强级随着测点的不同而变化，因此对于固定式机械设备ISO推荐以声功率级作为噪声的评价量。第六节噪声测量的基本概念四、声强与声强级，声功率与声功率级点声源的声功率级与声压级的关系声场类型适用环境关系式备注自由声场全消声室r–离声源的距离(m)t–混响时间(s)t0=1sV–室容积(m3)V0=1(m3)S–室表面积(m2)λ–声波长(m)p0–大气压(Pa)半自由声场半消声室、大房间户外混响声场全反射室第六节噪声测量的基本概念四、声强与声强级，声功率与声功率级声源声功率声功率级火箭发动机106W180dB涡轮喷射发动机104W160dB警笛103W150dB重卡发动机102W140dB机关枪10W130dB手持式风钻1W120dB机械锯0.1W110dB大声讲话10–3W90dB日常交谈10–5W70dB冰箱10–7W50dB2.8m处的听阈10–10W20dB28m处的听阈10–12W0dB第六节噪声测量的基本概念四、声强与声强级，声功率与声功率级声级的评估：声压变化:10–5Pa—102Pa——范围太大，用声压度量声的大小不方便！人耳的感觉特征，即“响度感觉”不正比于强度，而是强度的对数。第六节噪声测量的基本概念五、噪声的频谱分析1、频程为分析噪声的频率特性和确定噪声源，还需测量噪声强度在频域的分布规律。将声频范围划分为若干个区段，称为频程或频带。频程（频率区段）的划分方法：（1）1倍频程（10个频程）：频带的上下限频率之比为2:1（2）1/3倍频程（10个频程）：对1倍频程三等分中心频率31.563125250500100020004000800016000频率范围22

4545

9090

180180

355355

710710

14001400

28002800

56005600

1120011200~中心频率506380100125160200250310400频率范围45

5656

7171

9090

112112

140140

180180

224224

280280

355355~450第六节噪声测量的基本概念

第六节噪声测量的基本概念五、噪声的频谱分析3、频谱图以选用的频程中心频率为横坐标，以相应的频程声压级（或声功率级）为纵坐标，所绘制的曲线图是分析噪声来源及频率特性的基本工具。在整机噪声中，中、低频部分以柴油机噪声为主，而高频部分则以废气涡轮增压器的噪声为主。增压柴油机噪声频谱图1–带增压器的柴油机整机噪声频谱2–增压器的噪声估算频谱

3–不带增压器时的柴油机噪声频谱能源与动力学院第二部分噪声测量噪声测量的基本概念声级的计算噪声测量仪器噪声测量技术11第十一章第七节声级的计算一、声级的合成当声场中同时存在n个互相独立的声源时，声场中某点处总声压的均方值等于各声源在该点单独引起的声压均方值之和，即式中，pt为声场中某点处总声压，Pa；pi（i=1，2，···，n）为各声源在该点单独引起的声压，Pa。根据声压级的定义可知，它们同时作用时的总声压级为（1）假设各声源单独发声时在声场中测点引起的声压级分别为Lp1，Lp2，···，Lpn时，总声压级Lpt与各声源声压级Lpi（i=1，2，···，n）之间的关系可表示为第七节声级的计算一、声级的合成（2）声强级的合成公式为式中，LIt为各声源合成的总声强级，dB；LIi为第i个声源的声强级，dB。（3）声功率级的合成公式为式中，LWt为各声源合成的总声功率级，dB；LWi为第i个声源的声功率级，dB。第七节声级的计算一、声级的合成当两个独立声源的声压级分别为Lp1和Lp2，且Lp1≥Lp2，则它们共同产生的总声压级记Lpt=Lp1+ΔLp，在任何情况下，ΔLp≤10lg2dB=3.01dB。且随着Lp1与Lp2之间差值的增加，ΔLp减小。若两个声源的声压级中的一个声压级超过另一个声压级的6~8dB，则较弱声源的声级可以不计，因为此时总声级附加值小于1dB。当声源多于两个时，总声压级的求得可以采取两两合成办法，且所得结果与合成顺序无关。例：当两个声源声压级分别为如下时，合成后的总声压级Lpt为：10dB+10dB=?0dB+0dB=?100dB+100dB=?第七节声级的计算二、声级的分解噪声测量中还经常会碰到这样的问题：测量现场除待测声源外，还存在其他声源。例如，在实验室中进行内燃机噪声测量时，周围还存在排风扇、测功器等设备的运转噪声。另外，为了判断某一机器设备运转时的主要噪声源，需要从机器中逐一分解出单个运动部件产生的噪声等。这就涉及到了从多声源的环境中分解出某一声源的问题。处理方法：首先测出合成噪声的声级，如总声压级Lpt。——对于前一种情况，Lpt是待测机器与其他设备一起运转时总的噪声声压级。——对于后一种情况，Lpt是待测部件与其他部件一起工作时的整机噪声声压级。然后让待测的机器停止运转，或拆除待测的部件，再测量这时的噪声声压级，记为Lpb，称为待测噪声的背景噪声声压级。第七节声级的计算二、声级的分解Lpt与Lpb的差别即待测噪声声压级Lpm，它们之间的关系为经代数运算，可得待测噪声声压级：在工程上，常用查表或查图的方法。当环境噪声和测量所得噪声二者的声压级差小于3dB，测量结果是不可信的，因而该测量是无效的。分贝扣除值图第七节声级的计算声级平均值测量

三、声级平均值定义：围绕噪声源在同一测量表面上多个测点。逐点测量噪声级，进而获得噪声级的平均值。根据能量平均的方法，可得声压级平均值

Lp为式中，Lpi（i=1，2，…，n）为第i个测点测得的声压级；n为总的测点数目。简便算法：当各测点声压级之间相差不大于5dB时，可按算术平均法计算，其误差小与1dB。当各测点声压级之间相差在5~10dB时，可用平均值+1。第七节声级的计算四、噪声的评定（人对噪声的主观量度）1、响度级（考虑人的听觉特性的主观评价值）声压和声强都是客观物理量，声压越高，声音越强；声压越低，声音越弱，但是它们不能完全反映人耳对声音的“主观的”感觉特性。——声音的表现最终都得服务于人耳，是否靓声与美声，决定权依然由人耳说了算。人的听觉特性：声压级相同但频率不同的两个声源，人的主观感觉是不同的，一般对高频敏感，低频迟钝。考虑到人的上述听觉特性后，响度级定义如下：选取1000Hz的纯音为基准声，如果所测声音听起来与某一声压级的基准声一样响，则该基准声的声压级dB值就是所测声音的响度级，单位为方（phon），用LN表示。例如，响度级为40phon声音，指该声音听起来与声压级为40dB、频率为1000Hz的纯音一样响。第七节声级的计算四、噪声的评定（人对噪声的主观量度）1、响度级（考虑人的听觉特性的主观评价值）等响度曲线（Fletcher-Munsoncurves“弗莱彻-芒森曲线”）：以声音频率为横坐标，声压级（或声强、声压）为纵坐标，频率与声压级不同，但响度级相同的曲线。该曲线描述了各频率下，客观的声压级与主观的响度级之间的关系，可由声音的频率和声压级，查图得到相应的响度级。例如：声压级为60dB、频率为100Hz的声音，查图得到相应的响度级为50phon。

等响度曲线第七节声级的计算四、噪声的评定（人对噪声的主观量度）1、响度级（考虑人的听觉特性的主观评价值）响度级是个相对量，有时需要用绝对量来表示，需引出响度的感念，用N表示，单位为“宋（sone）”，并以40phon为1sone。响度也是一个主观指标，是人们对声音强度的一种心理感知量。响度级每增加10方，响度即增加一倍，如50phon时为2sone，60phon时为4sone，70phon时为8sone等。其换算关系可由下式决定等响度曲线第七节声级的计算四、噪声的评定（人对噪声的主观量度）2、感觉噪声级与噪度在噪声的主观评价中，对于飞机噪声，人们引进了一个新的参数——感觉噪声级和噪度，分别用LPN和Nn表示，感觉噪声级LPN的单位为dB，与响度级相对应；噪度Nn的单位为呐（noy），与响度相对应。感觉噪声级是指根据噪声的烦恼度，而不是根据响度，主观分析而作出的对噪声的评价数值。某一噪声的感觉噪声级，是在吵闹上与该声音相同的中心频率为1000赫兹的窄带噪声的声压级。人们对于频带宽度较窄的、断断续续的和突发的噪声特别感到烦躁。等感觉噪度曲线第七节声级的计算四、噪声的评定（人对噪声的主观量度）2、感觉噪声级与噪度第七节声级的计算四、噪声的评定（人对噪声的主观量度）3、计权声级任一等响度曲线，对各频率f显然有如下关系：响度级(f)=声压级(f)+修正值(f)当噪声不是单一频率，需用计权声级。计权声级：将噪声的各频率成分按某等响度曲线进行衰减后，测得的噪声值。常用有A、B、C三种计权声级，单位为dB。相应的计权声级分别记为LA、LB和LC。A计权声级：将噪声的各频率成分按40phon等响度曲线进行衰减后，测得的噪声值。特点是主要衰减低频段声音，对中频段也有一定衰减。第七节声级的计算四、噪声的评定（人对噪声的主观量度）3、计权声级B计权声级：将噪声的各频率成分按70phon等响度曲线进行衰减后，测得的噪声值。特点是仅对低频段声音有一定的衰减。C计权声级：将噪声的各频率成分按100phon等响度曲线进行衰减后，测得的噪声值。特点是对整个可听频率范围内的声音基本上无衰减。在上述三种计权声级中，A声级能够最好地反映人耳的听觉特性，是目前最常用的噪声表示值。A、B、C计权网络的衰减特性第七节声级的计算

第七节声级的计算

第七节声级的计算四、噪声的评定（人对噪声的主观量度）5、噪声评价曲线为了确定噪声的容许标准，还可以采用国际标准化组织推荐的噪声评价曲线，图中每一条曲线均以一定的噪声评价数NR来表征，在这一曲线族上，1kHz声音的声压级即为噪声评价数NR，在数值上与A声级的关系可近似为：根据容许标准规定的A声级可确定容许的噪声评价数NR。声压级超过该容许评价数对应的评价曲线，则认为不符合噪声标准要求。噪声评价曲线能源与动力学院第二部分噪声测量噪声测量的基本概念声级的计算噪声测量仪器噪声测量技术11第十一章第八节噪声测量仪器一、传声器传声器是将声信号转换成相应的电信号的一种声电换能器。在噪声测试仪中，传声器处于首环的位置，担负着感受与传送“第一手信息”的重任，其性能的好坏将直接影响到测量结果。1、传声器的种类和结构传声器按其变换原理不同，可分成电容式、压电式和电动式等型式。磁铁磁铁阻尼罩壳体振膜线圈电动式传声器结构简图这种传声器精度较低，灵敏度也较低，体积大，其突出特点是输出阻抗小，所以接较长的电缆也不降低其灵敏度。在声压的作用下，振膜和线圈移动并切割磁力线，产生感应电动势，与线圈移动速度成正比。第八节噪声测量仪器一、传声器1、传声器的种类和结构压电式传声器结构简图压电式传声器膜片较厚，其固有频率较低，灵敏度较高，频响曲线平坦，结构简单，价格便宜，广泛用于普通声级计中。膜片受到声压作用而变位时双压电元件产生变形，在压电元件梁端面出现电荷。壳体绝缘材料输出后板双压电晶体弯曲梁金属膜片静压力平衡管第八节噪声测量仪器一、传声器1、传声器的种类和结构电容式传声器结构简图电容式传声器精密测量中最常用的一种传感器，其稳定性、可靠性、振性，以及频率特性均较好。振膜厚度在0.0025~0.05mm之间，它在声压的作用下发生变形位移，起着可变电容器动片的作用。可变电容器的定片是背级,其上的阻尼孔抑制振膜的共振振幅。etRet毛细孔内腔背级振膜阻尼孔绝缘体第八节噪声测量仪器一、传声器2、传声器的参数灵敏度：式中，Ls为传声器的灵敏度，dB；u为传声器的输出电压，V；p为作用在传声器上的有效声压，Pa；u0、p0分别为基准电压和基准声压，常取u0/p0=1V/Pa。灵敏度又分声场灵敏度和声压灵敏度两种。声压灵敏度是输出电压与传声器放入声场后实际作用于膜片上的声压之比；声场灵敏度是指输出电压与传声器放入声场前所在位置的声压之比。当传声器的直径D远远小于声波波长λ（低频）时，两者基本相同；当D>>λ（高频）时，声场灵敏度值将大于声压灵敏度值。第八节噪声测量仪器一、传声器2、传声器的参数频率响应特性：传声器的频率响应特性是指传声器灵敏度对被测噪声的频率响应。传声器的理想频响特性是在20Hz～20kHz声频范围内保持恒定。动态范围：传声器的过载声压级与等效噪声声压级之间的范围称为动态范围。指向性：传声器的响应随声波入射方向变化的特性称为传声器的指向性。非线性失真：当被测声压超出传声器正常使用的动态范围时，输出特性将呈非线性，产生非线性失直。输出阻抗：传声器种类不同，其输出阻抗也不同，这就要求后接电路有相应的处理方式。如电容式传声器输出阻抗很高，应经阻抗变换或用高输入阻抗的前置放大电路来匹配；而电动式传声器的输出阻抗较低，可直接与一般电压放大器连用。第八节噪声测量仪器二、声级计1、声级计的作用声级计是声学测量中最常用的噪声测量仪器，不仅可进行声级测量，而且还可和相应的仪器配套进行频谱分析和振动测量等。声级计在把噪声信号转换成电信号时，可以模拟人耳对声波反应速度的时间特性，对不同频率及不同响度的噪声作出相应的特性反应，描述出不同的反应曲线。声级计的种类有多种，按用途可分为一般声级计、积分声级计、脉冲声级计、噪声暴露计（又称噪声剂量计）、统计声级计、频谱声级计等；按电路组成方式可分为模拟声级计和数字声级计两种；按其体积大小可分为台式声级计、便携式声级计和袖珍式声级计；按其指示方式可分为模拟指示（电表、声级灯）和数字指示声级计。第八节噪声测量仪器二、声级计IEC651标准，把声级计分为0型、1型、2型和3型声级计。0型声级计作为标准声级计，1型声级计作为实验室用精密声级计，2型声级计作为一般用途的普通声级计，3型声级计作为噪声监测的普查型声级计，4种类型的声级计的各种性能指标具有相同的中心值，仅仅是容许误差不同。2、声级计工作原理声级计工作原理图第八节噪声测量仪器二、声级计2、声级计工作原理声信号通过传声器转换成交变的电压信号，经输入衰减器、输入放大器的适当处理进入计权网络，以模拟人耳对声音的响应，然后进入输出衰减器和输出放大器，最后通过均方根值检波器检波输出一直流信号驱动指示表头，由此显示出声级的分贝值。输入级是一个阻抗变换器，用来使高内阻抗的电容传声器与后级放大器匹配。要求输入级的输入电容小和输入电阻高。电容传声器把声音变成电压，此电压一般是很微弱的，不足以驱动电表指示。为了测量微弱信号，需将信号进行放大。但当输入信号较大时，又需要对信号进行衰减，使电表指针得到适当的偏转。为了插入滤波器和计权网络，衰减器和放大器分成两级，即输入衰减器、输入放大器和输出衰减器、输出放大器等。第八节噪声测量仪器二、声级计3、精密声级计①传声器②放大器：放大传声器的输出信号。③衰减（增益）器：控制指示表头的显示量程，每档衰减10dB。④计权网络：将噪声的各频率成分按一定特性用模拟电路进行衰减。⑤指示表头：与衰减器配合读出噪声级。⑥滤波器：按一定频程（一般为1倍频程）对噪声进行滤波。精密声级计外形图1—电容传声器；2—衰减器；3—放大器输出；4—指示表头；5—滤波器旋钮；6—计权网络旋钮；7—外接滤波器第八节噪声测量仪器二、声级计4、声级计的使用：声级计的读数用声级计测量噪声，测量值应取输入衰减器、输出衰减器的衰减值与电表读数之和。一般情况下，为获得较大的信噪比，尽量减小输入衰减器的衰减，使输出衰减器处于尽可能大的衰减位置，并使电表指针在0～10dB的指示范围内。有的声级计具有输入与输出过载指示器，指示器一亮就表示信号过强，此信号进入相应的放大器后将产生削波而失真。为避免失真，必须适当调节相应的衰减器，有时为避免输出过载，电表指针不得不在负数范围内指示读数。为了获得较小的测量误差，避免失真放大，有时可采取牺牲信噪比的权宜措施第八节噪声测量仪器二、声级计4、声级计的使用：传声器的取向通常将传声器直接连到声级计上，声级计的取向也决定了传声器的取向。一般噪声测量中常用的是场型传声器。这种传声器在高频端的方向性较强，在0°入射时具有最佳频率响应。若使用压力型传声器进行测量，在室外，应使传声器侧向声源，即传声器膜片与入射声波平行，以减小由于膜片反射声波而产生的压力增量。在混响场，使用压力型传声器则没有任何约束，它最适于测量这种无规入射的噪声。场型与压力型传声器在自由场中测量时的取向1–场型传声器2–压力型传声器第八节噪声测量仪器三、声强测量仪组成：声强探头、信号数字化仪、声强分析模块。声强测量仪的系统组成框图第八节噪声测量仪器四、频率分析仪频率分析仪是用来分析噪声频谱的仪器，主要由带通滤波器和放大器组成，其工作方式是先利用一组带通滤波器将被测噪声中所含的不同频率分量逐一分离，再经内部放大器放大后进行测量。测量结果可从指示表头读出，也可外接信号记录仪直接获取频谱图。频率分析仪中的滤波器有1倍频程或1/3倍频程的带通滤波器和恒定窄带宽带通滤波器。减窄频带，就可以更详细地测定噪声的频率分布，有利于观察频谱的峰值。不同带通滤波器的测量结果比较1倍频程1/3倍频程某恒定带宽第八节噪声测量仪器五、麦克风阵列声音定位系统–声音照相机麦克风阵列（MicrophoneArray）也称为传声器阵列。多个传声器按照一定的规律排布，即可形成麦克风阵列。阵列可以是一维阵、二维平面阵、也可以是球状等三维阵。声成像方法可分为常规声成像、扫描声成像和声全息。麦克风阵列示意图第八节噪声测量仪器五、麦克风阵列声音定位系统–声音照相机1、常规声成像用声源均匀照射物体，物体的散射声信号或透射声信号，经声透镜聚焦在像平面上形成物体的声像，它实质上是与物体声学特性相应的声强分布。用适当的暂时性或永久性记录介质，将此声强分布转换成光学分布，或先转换成电信号分布，再转换为荧光屏上的亮度分布。如此即可获得人眼能观察到的可见图像。第八节噪声测量仪器五、麦克风阵列声音定位系统–声音照相机2、扫描声成像通过扫描，用声波从不同位置照射物体，随后接收含有物体信息的声信号。经过相应的处理，获得物体声像，并在荧光屏上显示成可见图像。可分为：B型声像、C型声像、多普勒成像、计算机超声断层成像、合成孔径成像、三维图像显示。通用简单B型扫描系统框图简单的机械驱动的C型扫描系统框图第八节噪声测量仪器五、麦克风阵列声音定位系统3、声全息DenisGabor于1948年发明了全息摄影术。全息摄影术通过在目标光束之外增加一个参考光的方法保留相位信息，实现了三维成像。20世纪60年代激光诞生了，它作为一种相干光源极大地促进了全息摄影术的发展，由此也促使很多人研究应用其他形式的辐射来获得全息图像。1965年，PalGreguss开创了声学全息术。Mueller和Sheridon发明的全息术方案液面声学全息系统在液面产生傅里叶变换全息图第八节噪声测量仪器五、麦克风阵列声音定位系统–声音照相机3、声全息1）激光重现声全息：用一声源照射物体，物体的散射信号被换能器阵列接收并转换成电信号，再加上模拟从某个方向入射声波的电参考信号，于是在荧光屏上形成全息图并拍照。然后，用激光照射全息图，即可获得重现像。2）计算机重现声全息：用上述方法记录换能器阵列各单元接收信号的幅度和相位，用计算机进行空间傅里叶变换，即可重现物体声像。汽车车身声成像测量结果能源与动力学院第二部分噪声测量噪声测量的基本概念声级的计算噪声测量仪器噪声测量技术11第十一章第九节噪声测量技术一、测试环境对噪声的影响ISO3741–3748：声功率测量必须在消声室、半消声室或满足要求的混响室内进行，用传声器在不同的位置测量声压，用规定的公式进行声功率换算：GB/T6881–6