黨 浩
(南車株洲電機有限公司,湖南 株洲 412001)
(1)目的。使用AWA6291實時信號分析儀對旋轉(zhuǎn)電機運行噪聲進行頻譜測定,評定測量結(jié)果的不確定度。
(2)測量依據(jù)的技術(shù)標準。GB/T10069.1-2006《旋轉(zhuǎn)電機噪聲測定方法及限值第1部分:旋轉(zhuǎn)電機噪聲測定方法》。GB/T14574-2000《聲學機器和設(shè)備噪聲發(fā)射值的標示和驗證》。
(3)使用的儀器設(shè)備。AWA6291實時信號分析儀,設(shè)備編號JC-2011-47,已檢定合格且在有效期內(nèi)。設(shè)備允差為±0.2dB。該儀器為多用信號分析平臺,通過預裝不同軟件實現(xiàn)不同分析功能。在預裝噪聲FFT分析軟件下,儀器分辨力為0.01dB。
(4)測量原理。在預定測點測取電機運行噪聲,由傳聲器采集,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,采用FFT算法進行噪聲幅頻分析,顯示測量結(jié)果。
(5)測量程序:①測量環(huán)境:環(huán)溫≤45℃,相對濕度≤90%,海拔≤1000m,近似半自由場。②測取背景噪聲,檢查是否需修正。③采用等效矩形包絡面法配置測量架。④啟動電機,空載運行30min至狀態(tài)穩(wěn)定。⑤開啟分析儀,A計權(quán),啟動采集和FFT分析軟件,測量噪聲頻譜并保存。⑥測量結(jié)果:直接讀取與分析頻率對應的噪聲幅值,單位dB(A)。⑦測量流程圖1所示。
圖1 測量流程圖
選被試電機在音頻范圍(10 Hz~20 kHz)內(nèi)的第i測點的噪聲聲壓級直接由實時信號分析儀顯示:
Lp=Li
式中:
Lp為第i測點在j頻率點上的噪聲聲壓級,dB(A)
Li為實施信號分析儀顯示的噪聲聲壓級,dB(A)
(1)測量結(jié)果不確定度的主要來源于以下幾個方面:
>測量重復性引起的不確定度分量uA1,按A類方法評定;
>儀器本身不確定度,由實時信號分析儀測量偏差帶來的標準不確定度分量uB1,按B類方法評定;
>儀器顯示分辨力帶來的標準不確定度分量uB2,按B類方法評定;
>使用標準方法帶來的復現(xiàn)性標準不確定度分量uB3,按B類方法評定。
(2)不確定度來源圖2所示。
圖2 實時信號分析儀測定電機噪聲頻譜不確定度來源圖
(1)測量重復性引起的不確定度分量uA1。在重復性條件下,對被測聲壓級進行10次獨立重復觀測,結(jié)果如表2所示。
實驗標準偏差:
序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1087.51 87.60 87.65 87.69 87.55 87.69 87.63 87.55 87.67 87.65平均值 d B(A):x=87.62測量值d B(A)
單次實測中在某電機接線盒一側(cè)預定測點的噪聲聲壓級為87.67 dB(A)。則測量結(jié)果的標準不確定度就等于一次實驗標準偏差:
(2)由實時信號分析儀測量偏差帶來的標準不確定度分量uB1。AWA6291實時信號分析儀最大允許誤差為±0.2 dB,測量值落在允差區(qū)間內(nèi)的概率呈均勻分布。區(qū)間半寬為A1=0.2 dB(A),包含因子為。則其相對標準不確定度分量uB1為:
(3)由實時信號分析儀顯示分辨力帶來的標準不確定度分量uB2。AWA6291實時信號分析儀在使用噪聲FFT分析軟件時的顯示分辨力為0.01 dB(A),服從均勻分布。區(qū)間半寬為A2=0.005 dB(A),包含因子為。則其相對標準不確定度分量uB2為:
(4)使用標準方法帶來的復現(xiàn)性標準不確定度分量uB3。按照GB/T14574-2000《聲學機器和設(shè)備噪聲發(fā)射值的標示和驗證》附錄A,再現(xiàn)性標準偏差一般由噪聲試驗規(guī)程確定,若無規(guī)程,對工程級測量準確度采用2.5 dB估算。GB/T10069.1-2006《旋轉(zhuǎn)電機噪聲測定方法及限值第1部分:旋轉(zhuǎn)電機噪聲測定方法》第8條測量不確定度中說明,若選擇95%置信度,則K為再現(xiàn)性標準偏差σR的1.95倍。即:
對于直接測量,各不確定度分量互不相關(guān),采用方和根方法合成,求得電機噪聲在音頻范圍內(nèi)任選頻率點的聲壓級合成標準不確定度uC(Lp)為:
各不確定度分量的貢獻如圖3:
圖3 各不確定度分量的貢獻度
電機噪聲頻譜分析測量結(jié)果標準不確定度分量匯總,見表4
表4 相對標準不確定度評定匯總表
取包含因子k=2,則電機噪聲頻譜分析測量結(jié)果的相對擴展不確定度為:
(1)由上述分析計算可知,被測電機在音頻范圍內(nèi)1031.25 Hz頻率點在電機接線盒一側(cè)預設(shè)測點的噪聲聲壓級最佳估計值為87.67dB(A)。
(2)擴展測量不確定度U(Lp)為2.58dB(A)。
(3)由圖3分析可知,對合成標準不確定度貢獻最大的是采用標準方法帶來的復現(xiàn)性偏差所引起的不確定度分量,幾乎占據(jù)整體的絕大部分比例。由G B/T 14574-2000《聲學機器和設(shè)備噪聲發(fā)射值的標示和驗證》附錄A所述可知,通過采取大量試驗建立噪聲試驗規(guī)程、根據(jù)實際工況進行參數(shù)修正、改善測量環(huán)境將工程級(2級)提高為精密級(1級)等措施,都可以有效減小該不確定度分量,從而大幅提高測量準確度。