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品中,羅茨真空泵以其結構緊湊、抽速大、對環境要求不苛刻、維護費用低等特點被廣泛地使用。但是多年來,國內羅茨真空泵的振動、噪聲較國外產品仍有一定的差距。為滿足社會對生活和工作環境日益增高的要求以及增強羅茨真空泵在國內外市場的競爭能力,設計和生產低噪聲羅茨真空泵具有較大的社會和經濟效益。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行分離排隊,查找主要聲源和其對總聲能量的貢獻;同時,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,采用聲強測量技術進行聲源的識別和定位,為進一步對該產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自80 年代問世以來,因其可在普通環境下近場進行聲源聲功率測試和聲源定位,得到越來越廣泛的應用。所謂聲強,是聲場中任一點處在單位時間內穿過與能流方向垂直的單位面積的聲能,即單位面積的聲功率。通常所說的聲強是時均聲強,其定義為:
式中p(t)為聲壓; u(t)為聲質振動點速度, t為時間。
利用雙傳聲器互譜可得到空間中任一點處的聲強值 :
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。
由于聲強是個矢量, 對被測設備或部件通過測量選定假想封閉包絡面上的聲強可計算出封閉包絡面內聲源輻射的聲功率,且不受外部聲源的影響。
式中W為封閉包絡面內聲源輻射的聲功率; In 為封閉包絡面S 上的法向聲強。
實際測量時,常采用離散點法,即在封閉包絡面上選取適當數量的測點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,利用聲強測量技術,可以測量機器整體或部件輻射聲功率的大小,從而實現機器各噪聲源的分離和排隊。
同時,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絡,測量各網絡測點處的法向聲強值,通過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圖形,進而進行準確的聲源定位。
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、極化電壓發生器、A/D轉換器的多功能卡與微機構成。二個相距Δr =12cm的傳聲器分別拾取空間相鄰測點的聲壓信號p1 和p2 ,聲壓信號經放大、濾波后進行數字采集,由聲強分析程序計算各個測點的聲強值,然后由聲功率分析程序和空間聲場分析程序計算被測包絡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圖。
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