機械噪聲監(jiān)測技術(shù)

聲音是一種表達力很強的因素，我們可以透過聲音來得到各種信息，或是開心或是難過等等；這并不于人類自身，對于機器聲音也是一樣的，不同的聲音代表著不同的狀態(tài)，宣示著機器的工作狀態(tài)。

噪聲，作為機械運行時發(fā)出的一種固有信號，噪聲中必然攜帶著機械本身的結(jié)構(gòu)信息和運行的狀態(tài)信息。從理論上講，完全可以用噪聲信號來對設(shè)備的運行狀態(tài)以及故障進行在線監(jiān)測和預(yù)報。但由于機械設(shè)備其工業(yè)運行環(huán)境的復雜性以及運行環(huán)境聲源的相互干擾性，在實際的測量中，應(yīng)用噪聲進行監(jiān)測的效果并不那么理想。

噪聲故障監(jiān)測發(fā)展現(xiàn)狀

與振動信號一樣，機械設(shè)備的噪聲信號中蘊涵著豐富的設(shè)備狀態(tài)信息，噪聲信號同樣能應(yīng)用于機械設(shè)備的故障診斷。但在如高溫、高腐蝕，或加速度傳感器不能停機安裝和安裝部位結(jié)構(gòu)受限等場合，由于無法接觸測量而不能進行振動監(jiān)測。但聲信號的測量不受這種限制，上述場合均可采集設(shè)備的聲學信號進行故障診斷，因而聲學故障診斷技術(shù)的研究變得十分重要。

聲學故障診斷技術(shù)的特點有：非接觸式測量、設(shè)備簡單、速度快、信號易于測取、易于發(fā)現(xiàn)早期故障、無須事先粘貼傳感器、可對移動目標進行在線監(jiān)測等，尤其在不易測量振動信號的場合得到廣泛應(yīng)用，聲學故障診斷已成為近年來故障診斷領(lǐng)域新的發(fā)展方向。 

早期故障診斷采用聽診法來判斷設(shè)備狀態(tài)，有經(jīng)驗的師傅可根據(jù)聲音辨別出故障類型，目前聲學技術(shù)中常用的統(tǒng)計能量法是聽診法的一種進化，它根據(jù)設(shè)備正常和故障時輻射聲能量的變化進行故障診斷。而在實際應(yīng)用中，該方法容易受環(huán)境影響，且技巧不易掌握，依賴操作人員經(jīng)驗。雖然振動和聲音都蘊含著機械狀態(tài)信息，但因聲信號易受干擾，使得聲學診斷技術(shù)的發(fā)展遠遠落后于振動診斷技術(shù)。

噪聲理論知識

1. 聲強

聲波平均能流密度的大小叫聲強，通過垂直于聲傳播方向的單位面積上的平均聲能量流，稱為聲強或者平均聲能量流密度。聲強的單位為 W/m2。

2. 聲壓

設(shè)體積元受聲擾動后壓強由P0 改變?yōu)镻1，則由聲擾動產(chǎn)生的逾量壓強（簡稱為逾壓），p=P1? P0就稱為聲壓；或者說聲音通過空氣的振動所產(chǎn)生的壓強叫做聲壓強，簡稱聲壓。聲壓的大小反映了聲波的強弱，聲壓是一標量而不是矢量。它的相位按下列原則區(qū)分正負，當聲壓使總聲壓增加時，聲壓相位規(guī)定為正，反之為負。聲壓的單位為Pa（帕），有時也用bar（巴）作單位，1bar=100KPa。人的耳朵所能感受到的聲壓是20μPa，低于此聲壓人們就感覺不到聲音。

3. 可聽閾聲壓

正常人耳對1KHz聲音剛剛能覺察其存在的聲壓值 (20μPa) 被稱為1KHz聲音的可聽閾聲壓。一般講，人耳不能覺察到低于這一聲壓值的聲音的存在。另外，當聲壓達到20Pa，即聲壓級為120dBSPL時，人們的耳朵會感覺到疼痛，因此，在聲學或醫(yī)學上把20Pa=120dBSPL定義為痛閾，長時間在此環(huán)境下工作，會對聽覺系統(tǒng)造成傷害。

4. 聲壓級

在圖中，橫坐標是頻率，縱坐標是聲壓級。聲壓是大氣壓受到擾動后產(chǎn)生的變化，即大氣壓強的余壓，它相當于在大氣壓強上疊加一個擾動引起的壓強變化。由于聲壓的測量比較容易實現(xiàn)，通過聲壓的測量也可以間接求得質(zhì)點速度等其它物理量，所以聲學中常用這個物理量來描述聲波。聲壓級以符號SPL表示，其定義為將待測聲壓有效值p(e) 與參考聲壓 p(ref) 的比值取常用對數(shù)，再乘以20。圖中每條曲線所對應(yīng)的不同頻率的聲壓級是不相同的，但人耳感覺到的響度卻是一樣，每條曲線上注有一個數(shù)字，單位是響度方。由等響曲線族可以得知，當響度較小時，人耳對高低音感覺不靈敏，而響度較大時，高低音感覺逐漸靈敏，而對2000Hz~5000Hz之間的聲音為敏感。

在圖中不同響度的曲線上，2000Hz~5000Hz頻范圍內(nèi)的聲壓級，均處于整個曲線相對較低聲壓級的位置，說明人耳對中頻的響應(yīng)靈敏。在這個范圍之外的低頻和高頻兩邊，等響度曲線翹起，說明人耳對低頻和高頻聲音的靈敏度下降，對低于 (16~20)Hz和高于 (18000~20000)Hz的純音，不論聲級多高，絕大多數(shù)的人都感覺不到聲音的存在，因此將20Hz~20000Hz定為音頻。人耳能聽到聲音的微弱強度，稱為聽覺閾（圖中虛線），產(chǎn)生疼痛感的聲音強度，稱為痛覺閾。由聽覺閾和痛覺閾所構(gòu)成的兩條等響度曲線，是等響度曲線的上下限。

響度主要決定于聲強，提高聲強響度級也相應(yīng)增加。但是聲音的響度并不是單純由聲強決定的，還取決于頻率，不同頻率的純音有不同的響度增長率，其中低頻純音的響度增長率比中頻純音要快。例如，在響度60方的曲線上，從125Hz一直到16000Hz的各頻率純音的聲壓級，基本都在60dB上下；而低于125Hz的低頻的聲壓級，將隨著頻率的降低迅速地增加；在20Hz頻率時的聲壓級達到約96dB。再比如，從聽覺的聞閾到痛閾，1000Hz純音的聲壓級范圍近似0~130dB，區(qū)間寬達130dB；而20Hz純音的聲壓級已經(jīng)壓縮到大約70~150dB的范圍，區(qū)間僅80dB。

5. 等響曲線與計權(quán)網(wǎng)絡(luò)

用響度級來表示人們對聲音的主觀感覺過于復雜，于是為了簡單起見，在等響曲線中選了三條曲線，一條是40方的曲線，代表低聲壓級的響度感覺；一條是70方的曲線，代表中等強度的響度感覺；一條是100方的曲線，代表高聲強時的響度感覺。按照這三條曲線的形狀設(shè)計了A、B、C三條計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)特性曲線對應(yīng)于倒置的40方等響曲線，B計權(quán)網(wǎng)絡(luò)曲線對應(yīng)于倒置的70方等響曲線，C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)曲線對應(yīng)于倒置的100方等響曲線。

6. 聲功率級

表征單位時間發(fā)射的聲能量的大小，常用來表示聲源的強弱，單位分貝噪聲級為30~40分貝是比較安靜的正常環(huán)境；超過50分貝就會影響睡眠和休息。由于休息不足，疲勞不能消除，正常生理功能會受到一定的影響；70分貝以上干擾談話，造成心煩意亂，精神不集中，影響工作效率，甚至發(fā)生事故；長期工作或生活在90分貝以上的噪聲環(huán)境，會嚴重影響聽力和導致其他疾病的發(fā)生。

利用聲音照相機幫助快速定位注塑機噪聲源，并給出改善噪聲建議。

噪聲故障診斷監(jiān)測，采用噪聲分析的診斷技術(shù)直接對系統(tǒng)振動產(chǎn)生的噪聲數(shù)據(jù)進行分析，不需要額外的成本，需要投入的資金少。另外，還可以實時的監(jiān)測系統(tǒng)運行過程發(fā)生的故障，只要故障產(chǎn)生我們就可以知道故障產(chǎn)生的原因，大大減少了傳統(tǒng)的周期性故障診斷存在的安全隱患。