黨 浩

（南車株洲電機(jī)有限公司，湖南 株洲 412001）

1 概述

（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

2 數(shù)學(xué)模型

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)

3 不確定度來源

（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

4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

（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：

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

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

6 擴(kuò)展不確定度評(píng)定

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：

7 測(cè)量結(jié)果和不確定度報(bào)告

（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。