羅茨真空泵噪聲源測試原理及系統
在眾多真空獲得設備產(chǎn)品中,羅茨真空泵以其結構緊湊、抽速大、對環(huán)境要求不苛刻、維護費用低等特點(diǎn)被廣泛地使用。但是多年來(lái),國內羅茨真空泵的振動(dòng)、噪聲較國外產(chǎn)品仍有一定的差距。為滿(mǎn)足社會(huì )對生活和工作環(huán)境日益增高的要求以及增強羅茨真空泵在國內外市場(chǎng)的競爭能力,設計和生產(chǎn)低噪聲羅茨真空泵具有較大的社會(huì )和經(jīng)濟效益。要降低羅茨真空泵的噪聲,首先要對各部件所輻射的聲功率進(jìn)行分離排隊,查找主要聲源和其對總聲能量的貢獻;同時(shí),確定主要聲源的聲輻射部位。在本研究工作中,以ZJ2150A 羅茨真空泵為研究對象,采用聲強測量技術(shù)進(jìn)行聲源的識別和定位,為進(jìn)一步對該產(chǎn)品的噪聲機理研究和低噪聲設計提供依據。
聲強測量原理
雙傳聲器互譜聲強測量技術(shù)自80 年代問(wèn)世以來(lái),因其可在普通環(huán)境下近場(chǎng)進(jìn)行聲源聲功率測試和聲源定位,得到越來(lái)越廣泛的應用。所謂聲強,是聲場(chǎng)中任一點(diǎn)處在單位時(shí)間內穿過(guò)與能流方向垂直的單位面積的聲能,即單位面積的聲功率。通常所說(shuō)的聲強是時(shí)均聲強,其定義為:
式中p(t)為聲壓; u(t)為聲質(zhì)振動(dòng)點(diǎn)速度, t為時(shí)間。
利用雙傳聲器互譜可得到空間中任一點(diǎn)處的聲強值 :
式中Gp1p2( f) 為雙傳聲器測得的聲壓信號p1(t)和p2(t)的互譜密度函數,Im{Gp1 p2(f)｝表示取其虛部,ρo 為空氣密度, f為頻率,Δr 為雙傳聲器間的距離。
由于聲強是個(gè)矢量, 對被測設備或部件通過(guò)測量選定假想封閉包絡(luò )面上的聲強可計算出封閉包絡(luò )面內聲源輻射的聲功率,且不受外部聲源的影響。
式中W為封閉包絡(luò )面內聲源輻射的聲功率; In 為封閉包絡(luò )面S 上的法向聲強。
實(shí)際測量時(shí),常采用離散點(diǎn)法,即在封閉包絡(luò )面上選取適當數量的測點(diǎn)測取法向聲強后計算聲功率,并可得到聲源輻射功率的各種計權窄帶頻譜圖形。由此可見(jiàn),利用聲強測量技術(shù),可以測量機器整體或部件輻射聲功率的大小,從而實(shí)現機器各噪聲源的分離和排隊。
同時(shí),為了尋找設備結構設計的薄弱部位,可以對整機或部件選取適當的測量面,將測量面劃分成二維網(wǎng)絡(luò ),測量各網(wǎng)絡(luò )測點(diǎn)處的法向聲強值,通過(guò)擬合計算得到隨表面位置分布的反映聲輻射高低的三維聲強圖形和等聲強線(xiàn)圖形,進(jìn)而進(jìn)行準確的聲源定位。
測量系統采用本單位研制的聲強測試分析系統 ,原理框圖見(jiàn)圖1。
圖1 測量原理圖
系統由一面對面的雙傳聲器及前置放大器構成的聲強探頭,包括全程控化的電壓放大器、低通濾波器、極化電壓發(fā)生器、A/D轉換器的多功能卡與微機構成。二個(gè)相距Δr =12cm的傳聲器分別拾取空間相鄰測點(diǎn)的聲壓信號p1 和p2 ,聲壓信號經(jīng)放大、濾波后進(jìn)行數字采集,由聲強分析程序計算各個(gè)測點(diǎn)的聲強值,然后由聲功率分析程序和空間聲場(chǎng)分析程序計算被測包絡(luò )面內聲源的聲功率或被測表面上的三維聲強譜圖和等聲強線(xiàn)圖。
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