振動(dòng)與噪音測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)狀與展望

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1、揚(yáng)州大學(xué)《實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)》課程論文振動(dòng)與噪音測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀與展望摘要:振動(dòng)與噪音測(cè)試技術(shù)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，為多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的交叉研究提供了新的方法和手段。本文就振動(dòng)與噪音測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)狀給予了分析和總結(jié)，并提出了關(guān)于振動(dòng)與噪音測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例，展望未來(lái)振動(dòng)與噪音測(cè)試技術(shù)的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:振動(dòng)；噪音；測(cè)試技術(shù)；現(xiàn)狀；展望0引言在日常生活中，許多振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)人類有益或能為人類所利用，如琴弦波動(dòng)產(chǎn)生的音樂(lè)等，但有很多振動(dòng)往往有害的，如振動(dòng)使精密儀器無(wú)法正常工作，使軍事器械無(wú)法瞄準(zhǔn)目標(biāo)；大地震使房屋倒塌、橋梁毀壞、公路癱

2、瘓；飛機(jī)顫振而墜落等。另外振動(dòng)產(chǎn)生的噪音日益形成令人厭惡的公害，不僅危及操作人員的身心健康，還影響環(huán)境安全和社會(huì)穩(wěn)定。根據(jù)生物工程的研究，人體各器官對(duì)1Hz～20Hz的低頻振動(dòng)特別感到不適，而高頻振動(dòng)同樣會(huì)使人感到煩躁、厭倦和疲勞。[1]振動(dòng)與噪聲涉及很多領(lǐng)域，如建筑聲學(xué)、振動(dòng)與噪聲有源控制、聲強(qiáng)度、模態(tài)分析、非線性聲學(xué)與振動(dòng)、水聲、振動(dòng)與狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷技術(shù)、動(dòng)力機(jī)械振動(dòng)與噪聲、航天航空聲學(xué)、醫(yī)療聲學(xué)、管道噪聲等，這些領(lǐng)域的發(fā)展離不開(kāi)對(duì)振動(dòng)與噪聲的測(cè)試，所以有必要對(duì)振動(dòng)與噪音測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行研究。[2]

3、1振動(dòng)與噪音測(cè)試技術(shù)的現(xiàn)狀1.1振動(dòng)測(cè)試及其信號(hào)的分析方法1）動(dòng)運(yùn)動(dòng)量的測(cè)量一般指振動(dòng)位移、振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度這三種量，三者之間存在著確定的微分或積分關(guān)系。然而在實(shí)際測(cè)量工作中，由于位移的、速度的或加速度的傳感器及其后續(xù)儀表、微分或積分電路特性等方面的差別。一般說(shuō)來(lái)，在頻率較低時(shí)，加速度數(shù)值不大，宜測(cè)量位移；而頻率較高時(shí)，加速度度很大，宜測(cè)量加速度；在中等頻率時(shí)，則宜測(cè)量速度。振動(dòng)運(yùn)動(dòng)量的測(cè)量系統(tǒng)有正弦測(cè)量系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)量及頻譜分析系統(tǒng)。[1]振動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的測(cè)試包括固有頻率的測(cè)定、阻尼比

4、（或阻尼系數(shù)）的測(cè)定、動(dòng)剛度的測(cè)定和等效靜剛度的測(cè)定。2）固有頻率的測(cè)定，總是近似的撤出共振狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)共振頻率，判別共振的方法有振幅法、相位法、時(shí)域法。[3]3）阻尼比（或阻尼系數(shù)）的測(cè)定的方法有自由衰減法、辦功率法、福相曲線法。動(dòng)剛度的測(cè)定，測(cè)知力幅及位移（或速度、或加速度）的峰值振幅，即可算出位移（或速度、或加速度）動(dòng)剛度。[4]4）振型的測(cè)定，在很多場(chǎng)合，振型是分析判斷工作是否正常的依據(jù)。通過(guò)振型測(cè)知結(jié)構(gòu)承受彎曲還是扭轉(zhuǎn)，有助于預(yù)見(jiàn)振動(dòng)的后果。因此，振型是振動(dòng)系統(tǒng)重要的動(dòng)態(tài)特性。振型測(cè)定的方法有李沙育

5、圖形法、正交分量法、多點(diǎn)激振法、頻閃攝影法、激光全息攝影法。[5]李沙育圖形法反映在圖形上長(zhǎng)軸方向上有變化，依長(zhǎng)軸方向的變化即可確定節(jié)點(diǎn)兩旁相位的正負(fù)。各測(cè)點(diǎn)測(cè)出的幅值都是峰值，難以確定結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)振幅的變化過(guò)程，測(cè)出的振型是非常不純的。揚(yáng)州大學(xué)《實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)》課程論文正交分量法比李沙育圖形法精確，介入了個(gè)點(diǎn)的相對(duì)相位信息，但所激出的各點(diǎn)響應(yīng)，實(shí)際仍是多階振型在此點(diǎn)響應(yīng)量的疊加。當(dāng)模態(tài)頻率分布較密集時(shí)或阻尼較大時(shí)，其它階共振對(duì)此點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生很大影響。多點(diǎn)激振法基于相位共振原理，合理調(diào)節(jié)多個(gè)激振力的分布和大小來(lái)補(bǔ)償結(jié)

6、構(gòu)內(nèi)部阻尼，從而激出結(jié)構(gòu)的等效無(wú)阻尼模態(tài)，即固有模態(tài)。多點(diǎn)激振法克服了單點(diǎn)激振法測(cè)知系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)存在的許多缺點(diǎn)，例如信噪比不高、能量小時(shí)系統(tǒng)不呈現(xiàn)模態(tài)振動(dòng)、能量大時(shí)結(jié)構(gòu)局部變形過(guò)大、無(wú)法測(cè)知振型等。[6]頻閃攝影法通過(guò)測(cè)振儀使一閃光燈的閃光頻率與振動(dòng)儀的振動(dòng)頻率一致，閃光就總是照射到振動(dòng)體各部在同一時(shí)刻的空間位置，這樣便可以對(duì)其攝影來(lái)記錄振型。如改變閃光與振動(dòng)的相位差，即可攝得不同時(shí)刻的振動(dòng)形態(tài)。該方法簡(jiǎn)單、方便、直觀，但分辨率不高，只能在較大振幅時(shí)采用。[7]激光全息攝影法，是以激光為光源，將振動(dòng)系統(tǒng)的振

7、型信息記錄在全息干板上，然后根據(jù)取得的干涉圖像來(lái)分析判斷振型，測(cè)振型的全息方法有時(shí)間平均法、頻閃法、實(shí)時(shí)法。[1]5）振動(dòng)信號(hào)的數(shù)字分析法，是利用計(jì)算機(jī)和應(yīng)用信號(hào)分析的方法來(lái)加以處理，是近30余年發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)技術(shù)，對(duì)振動(dòng)的研究與試驗(yàn)起了極大的推動(dòng)作用。振動(dòng)信號(hào)的數(shù)字處理的優(yōu)點(diǎn)有運(yùn)算方便、運(yùn)算速度快、分辨能力強(qiáng)以及方便操作、顯示、復(fù)制、存儲(chǔ)、擴(kuò)展、在處理等。由于信號(hào)數(shù)字處理系統(tǒng)的發(fā)展，促進(jìn)了振動(dòng)領(lǐng)域的一些新技術(shù)和性科學(xué)的誕生與發(fā)展，如機(jī)械阻抗與導(dǎo)納，模態(tài)分析與參數(shù)識(shí)別，振動(dòng)診斷，故障預(yù)報(bào)等。[8]1.2噪音的

8、主要測(cè)試內(nèi)容1）噪音聲壓測(cè)量系統(tǒng)由傳聲器、放大器、濾波或計(jì)權(quán)器、記錄儀、分析儀、檢波器和顯示器或表頭組成。當(dāng)振源對(duì)鄰近空氣媒質(zhì)有擾動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生壓強(qiáng)波動(dòng)，即聲壓信號(hào)，通過(guò)傳聲器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大成為一定功率的電信號(hào)。電信號(hào)記錄后直接用分析儀進(jìn)行分析，也可以通過(guò)具有一定頻率響應(yīng)的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)檢波獲得以分貝定標(biāo)的聲壓級(jí)。由于聲壓級(jí)依賴于測(cè)點(diǎn)離生源的距離以及周圍的環(huán)境，因此，聲壓測(cè)量結(jié)果受許多因素的影