黨 浩
(南車株洲電機(jī)有限公司,湖南 株洲 412001)
(1)目的。使用AWA6291實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)行噪聲進(jìn)行頻譜測(cè)定,評(píng)定測(cè)量結(jié)果的不確定度。
(2)測(cè)量依據(jù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。GB/T10069.1-2006《旋轉(zhuǎn)電機(jī)噪聲測(cè)定方法及限值第1部分:旋轉(zhuǎn)電機(jī)噪聲測(cè)定方法》。GB/T14574-2000《聲學(xué)機(jī)器和設(shè)備噪聲發(fā)射值的標(biāo)示和驗(yàn)證》。
(3)使用的儀器設(shè)備。AWA6291實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀,設(shè)備編號(hào)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(hào)分析平臺(tái),通過預(yù)裝不同軟件實(shí)現(xiàn)不同分析功能。在預(yù)裝噪聲FFT分析軟件下,儀器分辨力為0.01dB。
(4)測(cè)量原理。在預(yù)定測(cè)點(diǎn)測(cè)取電機(jī)運(yùn)行噪聲,由傳聲器采集,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后,采用FFT算法進(jìn)行噪聲幅頻分析,顯示測(cè)量結(jié)果。
(5)測(cè)量程序:①測(cè)量環(huán)境:環(huán)溫≤45℃,相對(duì)濕度≤90%,海拔≤1000m,近似半自由場(chǎng)。②測(cè)取背景噪聲,檢查是否需修正。③采用等效矩形包絡(luò)面法配置測(cè)量架。④啟動(dòng)電機(jī),空載運(yùn)行30min至狀態(tài)穩(wěn)定。⑤開啟分析儀,A計(jì)權(quán),啟動(dòng)采集和FFT分析軟件,測(cè)量噪聲頻譜并保存。⑥測(cè)量結(jié)果:直接讀取與分析頻率對(duì)應(yīng)的噪聲幅值,單位dB(A)。⑦測(cè)量流程圖1所示。
圖1 測(cè)量流程圖
選被試電機(jī)在音頻范圍(10 Hz~20 kHz)內(nèi)的第i測(cè)點(diǎn)的噪聲聲壓級(jí)直接由實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀顯示:
Lp=Li
式中:
Lp為第i測(cè)點(diǎn)在j頻率點(diǎn)上的噪聲聲壓級(jí),dB(A)
Li為實(shí)施信號(hào)分析儀顯示的噪聲聲壓級(jí),dB(A)
(1)測(cè)量結(jié)果不確定度的主要來源于以下幾個(gè)方面:
>測(cè)量重復(fù)性引起的不確定度分量uA1,按A類方法評(píng)定;
>儀器本身不確定度,由實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀測(cè)量偏差帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB1,按B類方法評(píng)定;
>儀器顯示分辨力帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB2,按B類方法評(píng)定;
>使用標(biāo)準(zhǔn)方法帶來的復(fù)現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB3,按B類方法評(píng)定。
(2)不確定度來源圖2所示。
圖2 實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀測(cè)定電機(jī)噪聲頻譜不確定度來源圖
(1)測(cè)量重復(fù)性引起的不確定度分量uA1。在重復(fù)性條件下,對(duì)被測(cè)聲壓級(jí)進(jìn)行10次獨(dú)立重復(fù)觀測(cè),結(jié)果如表2所示。
實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差:
序號(hào) 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(cè)量值d B(A)
單次實(shí)測(cè)中在某電機(jī)接線盒一側(cè)預(yù)定測(cè)點(diǎn)的噪聲聲壓級(jí)為87.67 dB(A)。則測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度就等于一次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差:
(2)由實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀測(cè)量偏差帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB1。AWA6291實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀最大允許誤差為±0.2 dB,測(cè)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB1為:
(3)由實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀顯示分辨力帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB2。AWA6291實(shí)時(shí)信號(hào)分析儀在使用噪聲FFT分析軟件時(shí)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB2為:
(4)使用標(biāo)準(zhǔn)方法帶來的復(fù)現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uB3。按照GB/T14574-2000《聲學(xué)機(jī)器和設(shè)備噪聲發(fā)射值的標(biāo)示和驗(yàn)證》附錄A,再現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)偏差一般由噪聲試驗(yàn)規(guī)程確定,若無規(guī)程,對(duì)工程級(jí)測(cè)量準(zhǔn)確度采用2.5 dB估算。GB/T10069.1-2006《旋轉(zhuǎn)電機(jī)噪聲測(cè)定方法及限值第1部分:旋轉(zhuǎn)電機(jī)噪聲測(cè)定方法》第8條測(cè)量不確定度中說明,若選擇95%置信度,則K為再現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)偏差σR的1.95倍。即:
對(duì)于直接測(cè)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(jī)噪聲在音頻范圍內(nèi)任選頻率點(diǎn)的聲壓級(jí)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uC(Lp)為:
各不確定度分量的貢獻(xiàn)如圖3:
圖3 各不確定度分量的貢獻(xiàn)度
電機(jī)噪聲頻譜分析測(cè)量結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總,見表4
表4 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定匯總表
取包含因子k=2,則電機(jī)噪聲頻譜分析測(cè)量結(jié)果的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為:
(1)由上述分析計(jì)算可知,被測(cè)電機(jī)在音頻范圍內(nèi)1031.25 Hz頻率點(diǎn)在電機(jī)接線盒一側(cè)預(yù)設(shè)測(cè)點(diǎn)的噪聲聲壓級(jí)最佳估計(jì)值為87.67dB(A)。
(2)擴(kuò)展測(cè)量不確定度U(Lp)為2.58dB(A)。
(3)由圖3分析可知,對(duì)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度貢獻(xiàn)最大的是采用標(biāo)準(zhǔn)方法帶來的復(fù)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(xué)機(jī)器和設(shè)備噪聲發(fā)射值的標(biāo)示和驗(yàn)證》附錄A所述可知,通過采取大量試驗(yàn)建立噪聲試驗(yàn)規(guī)程、根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行參數(shù)修正、改善測(cè)量環(huán)境將工程級(jí)(2級(jí))提高為精密級(jí)(1級(jí))等措施,都可以有效減小該不確定度分量,從而大幅提高測(cè)量準(zhǔn)確度。