机械工程测试技术基础(机工社-熊诗波、黄长艺)(1).ppt

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1、第一节 概述 第三节 声强测量与噪声源辨识 第四节 声发射测量传感器与仪器 第二节 声测量传感器与仪器 1 1第一节第一节 概述概述声音是人们日常生活中很熟悉的客观物理现象。声音不仅可以在空气中传播，也可以在固体和也液体中传播。声学测量对于低噪声机器和设备的开发、振动问题的诊断以及声音记录与复现设备的设计与实验是非常重要的。2 2 2 2第一节第一节 概述概述一、声与声场换一、声与声场换一、声与声场换一、声与声场换通常把频率范围：在2020000Hz之间能引起人类听觉的声音称为音频声。频率高于20000Hz的声振称为超声；低于20Hz的振动称为次声。声音传播的条件是：有作机械振动的物体声源；有

2、能传播机械振动的介质。3 3 3 3第一节第一节 概述概述二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念1.声音的波长、频率和声速声源完成一周的振动，声波所传播的距离，称为声波的波长。或者是具有相同运动状态的两相邻空气层之间的距离，称为声波的波长。频率是每秒振动的次数。声音传播的速度随温度的升高而增大。4 4 4 4第一节第一节 概述概述二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念2.声压存在声波时，某一点上气压和平均气压的瞬时差称为声压。5 5 5 5第一节第一节 概述概述二

3、、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念3.声压级一个正常听觉的人，能够忍受最大的声压与能把辨别的最轻声压之比约为一个正常听觉的人，能够忍受最大的声压与能把辨别的最轻声压之比约为87：1，如，如上图所示。上图所示。6 6 6 6第一节第一节 概述概述二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念4.功率、强度和功率级 声音的大小可用功率来表示其能量，常用单位；是瓦特。当声音从一个理想点源向外传播时，它将不断地扩展到越来越大的空间。在任何位置上的声强用在任何位置上的声强用“瓦特

4、每单位面积瓦特每单位面积”来表示。球面波的声功率和声强之间的关系，如上来表示。球面波的声功率和声强之间的关系，如上所示。所示。7 7 7 7第一节第一节 概述概述二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念5.声压级的合成当两个纯音同一时间发生时：其合成效应取决于接受器处的声压幅值、频率和相位。从两个噪声级查总声压的附加值，如上所示。从两个噪声级查总声压的附加值，如上所示。8 8 8 8第一节第一节 概述概述二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念二、工程声学测量的有关概念6.响度和响度级 人耳对

5、声音的主观感觉与客观量度不一样。响度级与响度的关系如上所示。响度级与响度的关系如上所示。9 9 9 9第二节第二节 声测量传感器与仪器声测量传感器与仪器一、麦克风一、麦克风一、麦克风一、麦克风1.电容器式电容式麦克风是声测量中最常用的一种仪器。电容式麦克风结构如图8-7所示。图图8-710101010第二节第二节 声测量传感器与仪器声测量传感器与仪器一、麦克风一、麦克风一、麦克风一、麦克风2.压电晶体式压电晶体式麦克风使用压电类元件，一般通过弯曲作用来激活。11111111第二节第二节 声测量传感器与仪器声测量传感器与仪器一、麦克风一、麦克风一、麦克风一、麦克风3.电动力式电动力式麦克风应用的

6、是磁场中运动导体的原理。有动圈式和带式两种不同结构。电动力式麦克风结构示意图如图电动力式麦克风结构示意图如图8-8所示。所示。图图8-812121212第二节第二节 声测量传感器与仪器声测量传感器与仪器一、麦克风一、麦克风一、麦克风一、麦克风4.炭精式炭精式麦克风的二次传感器由一小盒碳粒组成。该碳粒的电阻随着膜片所感应到的声压而变化。13131313第二节第二节 声测量传感器与仪器声测量传感器与仪器二、声级计二、声级计二、声级计二、声级计4.炭精式声级计是噪声测量中最常用的便携式测量仪器。该测量系统由大量的互连部件组成。14141414第二节第二节 声测量传感器与仪器声测量传感器与仪器二、声级

7、计二、声级计二、声级计二、声级计4.炭精式图8-9a的计权网络是对三种不同声响度级人耳响应相近似而设计的电子滤波器，因此仪器的读数将反映所感觉的响度。图图8-915151515第二节第二节 声测量传感器与仪器声测量传感器与仪器二、声级计二、声级计二、声级计二、声级计4.炭精式通常为三种滤波器，它们是A（40phon）、B（70phon）和C（100phon）。利用A、B、C三种声级的读数和图8-10的特性曲线可以粗略估计噪声的频率特性。16161616第三节第三节 声强测量与噪声源辨识声强测量与噪声源辨识声强用双麦克风方法测定，这两个麦克风面对面放置，并且用一个隔离器隔开距离r如图8-11a所

8、示。图8-11b示出生强测量系统的方向特性。图图8-1117171717第四节第四节 声发射测量传感器与仪器声发射测量传感器与仪器材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象：称为声发射（AE:Acoustic Emission）。一、概述一、概述一、概述一、概述18181818第四节第四节 声发射测量传感器与仪器声发射测量传感器与仪器AE含有声音的意思，如图8-12所示，声发射信号的频率达到MHz级，属于超声波范围（20kHz以上）。一、概述一、概述一、概述一、概述图图8-1219191919第四节第四节 声发射测量传感器与仪器声发射测量传感器与仪器1.谐振式传感器二、声发射测量传感器二、声

9、发射测量传感器二、声发射测量传感器二、声发射测量传感器谐振式高灵敏度传感器是声发射检测中使用最多的一种。单端谐振式传感器结构简单，如上所示。单端谐振式传感器结构简单，如上所示。20202020第四节第四节 声发射测量传感器与仪器声发射测量传感器与仪器 2.宽频带传感器二、声发射测量传感器二、声发射测量传感器二、声发射测量传感器二、声发射测量传感器传感器的幅频特性与压电元件的厚度有关，它由多个不同厚度的压电元件组成。21212121第四节第四节 声发射测量传感器与仪器声发射测量传感器与仪器 3.差动传感器二、声发射测量传感器二、声发射测量传感器二、声发射测量传感器二、声发射测量传感器差动传感器由

10、两只正负极差接的压电元件组成。22222222第四节第四节 声发射测量传感器与仪器声发射测量传感器与仪器 4.电容传感器二、声发射测量传感器二、声发射测量传感器二、声发射测量传感器二、声发射测量传感器电容传感器是一种直流偏置的静电式位移传感器。23232323第四节第四节 声发射测量传感器与仪器声发射测量传感器与仪器 5.非接触式光纤声发射传感器二、声发射测量传感器二、声发射测量传感器二、声发射测量传感器二、声发射测量传感器目前常用的AE传感器大都采用：压电陶瓷晶体(PZT)来实现,利用PZT的压电效应把机械量变为电量后进行检测。24242424第四节第四节 声发射测量传感器与仪器声发射测量传

11、感器与仪器三、声发射测量仪器三、声发射测量仪器三、声发射测量仪器三、声发射测量仪器声发射测量常用仪器如图8-14所示，包括以下几个部分。图图8-1425252525第四节第四节 声发射测量传感器与仪器声发射测量传感器与仪器1、传感器2、前置放大器3、主放大器4、门槛值检测器5、振铃计数器6、事件计数器7、能量处理器8、振幅分析器9、频率分析器三、声发射测量仪器三、声发射测量仪器三、声发射测量仪器三、声发射测量仪器26262626第四节第四节 声发射测量传感器与仪器声发射测量传感器与仪器1、滚动轴承声发射信号机理滚动轴承的疲劳故障：是由于经常受到交变载荷作用，使轴承金属件内部产生位错运动和塑性变

12、形。四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用正常轴承的时域波形示意图如上所示。正常轴承的时域波形示意图如上所示。27272727第四节第四节 声发射测量传感器与仪器声发射测量传感器与仪器1、滚动轴承声发射信号机理四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用故障轴承的时域波形示意图如上所示。故障轴承的时域波形示意图如上所示。28282828第四节第四节 声发射测量

13、传感器与仪器声发射测量传感器与仪器2、检测装置的设计四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用为了便于操作和测量，将轴承监测仪安装在轴承的端盖上。用磁铁将传感器吸附在螺钉钉头上，传感器与螺钉头中间用黄油保证密封。29292929第四节第四节 声发射测量传感器与仪器声发射测量传感器与仪器2、检测装置的设计四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用测量时，用液压千斤

14、顶将货车支起，用手或小型工具转动轴承进行检测，如图8-17所示。图图8-1730303030第四节第四节 声发射测量传感器与仪器声发射测量传感器与仪器3、检测仪的工作原理四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用声发射信号处理流程和检测的工作原理如图8-18所示。图图8-1831313131第四节第四节 声发射测量传感器与仪器声发射测量传感器与仪器4、实验分析四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用从图8-19、图8-20中可以看到：故障轴承与正常轴承在时域上的信号有很大差别。故障信号不但有较大的尖峰值，而且还具有较宽的宽度。图图8-19图图8-2032323232第四节第四节 声发射测量传感器与仪器声发射测量传感器与仪器4、实验分析四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用四、声发射技术在滚动轴承状态检测中的应用利用声发射信号进行轴承故障检测：减少了噪声和工况的干扰，使得轴承故障分解检验在低速轻载下也可以完成。33333333