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文檔簡介

1、第三章第三章 設(shè)備動態(tài)信號檢測設(shè)備動態(tài)信號檢測 特征信號的選擇 傳感器及其選擇原則 振動測試儀器與儀表 噪聲的測量 動態(tài)信號采集原理與方法 信號 - 反映設(shè)備運行狀態(tài)正常或異常的信息載體,適當?shù)臋z測方法是發(fā)現(xiàn)故障信息的重要條件,也是故障診斷技術(shù)中不可缺少的環(huán)節(jié)。能否真實、充分地檢測到足夠數(shù)量并能客觀地反映設(shè)備運行情況的狀態(tài)信號,是診斷能否成功的前提。信號檢測裝置為傳感器,傳感器是人類器官的延伸。動態(tài)信號檢測 信號處理技術(shù)交叉學科 信號處理方法:FFT,小波變換等 硬件 軟件 計算機技術(shù)動態(tài)信號檢測 檢測的物理原理(傳感原理)-物理,化學原理 傳感器技術(shù)-被測量轉(zhuǎn)換為電信號 材料 半導體 微納米

2、等技術(shù)1、特征信號的選擇 信號的敏感性 在線與實時性并不是每一種信息都對工況監(jiān)測有用有些信息相關(guān)性大 取舍問題經(jīng)費問題實時對傳感器類型選擇的要求實際安裝使用的可行性動態(tài)信號檢測2、傳感器及其選擇原則分類 按測振參數(shù)分 位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器 按參考坐標分 相對式傳感器、絕對式傳感器 按變分原理分 磁電式、壓電式、電阻應變式、電感式、電容式、光學式 按傳感器與被測物關(guān)系分 接觸式傳感器、非接觸式傳感器動態(tài)信號檢測機械振動測試方法機械振動測試方法動態(tài)信號檢測名稱原理優(yōu)缺點電測法將被測件的振動量轉(zhuǎn)化成電量,而后用電量測試儀測量靈敏度高,頻率范圍、動態(tài)范圍、和線形范圍寬。便于分析。易受電

3、磁干擾。目前應用最廣目前應用最廣。機械法利用杠桿原理測量抗干擾能力強,頻率范圍、動態(tài)范圍、和線形范圍窄。測試時會給試件產(chǎn)生一定的負載效應,影響測試結(jié)果。主要用于低頻大振幅振動及低頻大振幅振動及扭振的測量扭振的測量。光學法利用光杠桿原理、讀數(shù)顯微鏡、光波干涉原理、激光多普效應和光纖等測量不受電磁干擾,測量精度高,適用于對質(zhì)量和體積小、不易安裝傳感器的試件作非接觸測量。在精密測精密測量和傳感器、測振儀的校準量和傳感器、測振儀的校準、定度中用的較多。位移、速度和加速度動態(tài)信號檢測加速度反映故障引起的沖擊振動。加速度反映故障引起的沖擊振動。動態(tài)信號檢測加速度22cos()cos()dvaAtAtdt

4、速度sin()cos()2dxvAtAtdt 位移cos()xAt動態(tài)信號檢測動態(tài)信號檢測動態(tài)信號檢測2.1 渦流式位移傳感器動態(tài)信號檢測電渦流傳感器能靜態(tài)和動態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力地測量被測金屬導體距探頭表面的距離。它是一種非接觸的線性化測量傳感器。用于高速旋轉(zhuǎn)機械和往復式運動機械的狀態(tài)分析,電渦流傳感器以其長期工作可靠性好、測量范圍寬、靈敏度高、分辨率高、響應速度快、抗干擾力強、不受油污等介質(zhì)的影響、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點,在大型旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)的在線監(jiān)測與故障診斷中得到廣泛應用。動態(tài)信號檢測電渦流傳感器是通過傳感器端部線圈與被測物體(導電體)間的間隙變化來測量物體的振動和靜位移。 特點 頻帶

5、寬(DC-10KHz ) 線性范圍寬(一般是端部線圈直徑的一半) 在線性范圍內(nèi)靈敏度不隨初始間隙而變 工作原理動態(tài)信號檢測利用導體在交變磁場作用下的電渦流效應。將位移轉(zhuǎn)化為阻抗、電感等電磁參量的變化。202AwLw : 線圈匝數(shù) :空氣的磁導率 0動態(tài)信號檢測00.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.21.31.41.51.600.0250.050.0750.10.1250.150.1750.20.2250.25, mmL傳感器的自感量L與距離關(guān)系 動態(tài)信號檢測傳感器的幅頻特性和相頻特性 動態(tài)信號檢測動態(tài)信號檢測振蕩器檢波電路放大器渦電流探頭線圈前置放大器電纜圖39

6、渦流傳感器工作原理圖殼體羅紋六角螺母探頭同軸電纜傳感器本體動態(tài)信號檢測d動態(tài)信號檢測為了避免電磁干擾,在測量XY 圖時,應使兩傳感器探頭錯開一定距離。動態(tài)信號檢測 渦流傳感器與前置放大器 集成一體化渦流傳感器 左圖是目前工業(yè)上常見的渦流傳感器與前置放大器。由于前置放大器與探頭線圈分離,連接兩者之間的電纜構(gòu)成振蕩電路的電容元件,電纜長度變化導致電氣參數(shù)的變化。因此,探頭電纜與前置放大器是配套的,沒有互換性。一旦電纜損壞,全套報廢,而電纜又是最易損壞的部件。右圖是新型的集成一體化渦流傳感器,它將前置放大電路集成到探頭內(nèi)部,這樣電纜的作用就僅僅是傳輸信號,損壞后可以重新接起來,繼續(xù)使用。所以這種新型

7、的渦流傳感器是應用的方向。動態(tài)信號檢測動態(tài)信號檢測2.2 磁電式速度傳感器動態(tài)信號檢測 振動速度振動速度與與振動能量振動能量直接對應,而振動能直接對應,而振動能量常常是造成振動體破壞的根本原因量常常是造成振動體破壞的根本原因 運動線圈切割磁力線,從而產(chǎn)生感應電勢。 動態(tài)信號檢測動態(tài)信號檢測動態(tài)信號檢測絕對式磁電式速度傳感器:測量被測對象的絕對振動速度。相對式磁電式速度傳感器:測量兩個運動部件之間的相對振動速度。2.3 壓電式加速度傳感器利用某些晶體材料(如壓電陶瓷鋯鈦酸鉛等)的壓電效應作為機電變換器而制成的加速度傳感器F maF金屬膜F動態(tài)信號檢測 石英晶體、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等當受到外力作用后

8、,不僅幾何尺寸發(fā)生變化,其內(nèi)部還產(chǎn)生極化,表面出現(xiàn)電荷,形成電場,當外力失去后,又恢復原狀。這種現(xiàn)象叫做壓電效應。 如將這種物質(zhì)置于電場中,其幾何尺寸也會變化。這種由外電場的作用而導致物質(zhì)變形現(xiàn)象稱為逆壓電效應,或稱之為電致伸縮效應。動態(tài)信號檢測動態(tài)信號檢測 膜片 壓電轉(zhuǎn) 換元件 支撐螺桿 本體 電極 m tastqq 電荷靈敏度 qs傳感器力學模型 慣性式傳感器1x01x0 x0)(1010202xxkdtdxdtdxcdtxdm21201102012dtxdmkxdtdxcdtxdm1001xxx11sinXxttXmkxdtdxcdtxdmsin1201102012令:設(shè)基礎(chǔ)振動輸入:2

9、2211/sinadtXd xt 動態(tài)信號檢測相對振動位移動態(tài)信號檢測位移傳感器位移傳感器的正確響應條件的正確響應條件 :慣性式位移傳感器質(zhì)量塊的相對位移 與被測振動的位移X1成正比,因而可用質(zhì)量塊的位移量來反映被測振動位移的大小。加速度傳感器幅頻特性的表達式為:01X011XX( )xA22 22()1 () (2)nnn動態(tài)信號檢測慣性式位移傳感器的幅頻曲線慣性式位移傳感器的幅頻曲線 動態(tài)信號檢測例:例:動態(tài)信號檢測解法解法1 1:1n2nn動態(tài)信號檢測解法解法2 2:例 某振動傳感器固有頻率為1Hz。且其阻尼為臨界阻尼值的55,當用它測量頻率為4Hz的振動時,儀表讀出l.25mm幅值,試

10、問該振動的真實幅值和誤差百分率為多少? ( )A00=1=0.55=0.55臨界阻尼:,則動態(tài)信號檢測( )A設(shè)輸入振動幅值為A,則1.25( )=1.024AA輸出幅值輸入幅值動態(tài)信號檢測慣性式慣性式速度傳感器速度傳感器的正確響應條件的正確響應條件 :慣性式速度傳感器質(zhì)量塊的相對位移 與被測振動的速度 成正比,因而可用質(zhì)量塊的位移量來反映被測振動速度的大小。速度傳感器幅頻特性的表達式為:要使慣性式速度傳感器的輸出量能正確地反應被測振動的速度,則必須滿足如下條件:慣性式速度傳感器的使用頻率范圍很小,實際很少采用。1/dxdt01X22 221 () 2 ()nnn 010111XXdxXdt(

11、 )vAvv A ( )1/2nn常數(shù)動態(tài)信號檢測動態(tài)信號檢測加速度傳感器加速度傳感器的正確響應條件的正確響應條件 :慣性式加速度傳感器質(zhì)量塊的相對位移 與被測振動的加速度 成正比,因而可用質(zhì)量塊的位移量來反映被測振動加速度的大小。加速度傳感器幅頻特性的表達式為:212/dtxd01X2222)(2)(1 1nnn210121201XXdtxdX)(aAa動態(tài)信號檢測慣性式加速度傳感器的幅頻曲線慣性式加速度傳感器的幅頻曲線 動態(tài)信號檢測 要使慣性式加速度傳感器的輸出量能正確地反應被測振動的加速度,則必須滿足如下條件:大于-200.010.1110100100010000Hz振幅下限 相位下限相

12、位上限 振幅上限動態(tài)信號檢測S dB20100-10 幅頻特性曲線反映了信號的頻率在1Hz到3KHz這一段,加速度計能比較好的復現(xiàn)信號的波形。為了測得的電信號波形能真實地復現(xiàn)振動波形,就必需使所測信號中最高的頻率位于幅頻特性曲線上的水平段。為此,要使安裝后的加速度計特性具有足夠高的共振頻率。3000型號量程靈敏度分辨率重量應用及特點350B045000g0.5mV/g0.02g4.5g適用于爆破、撞擊等350B21100000g0.05mV/g0.3g4.4g適用于爆破、撞擊、爆炸分離等351B03150g10mV/g0.003g10.5g可在-196的低溫環(huán)境下工作352A5g1000mV/

13、g0.00004g35g高分辨率型352C22500g10mV/g0.0015g0.5g微型,適用于小型結(jié)構(gòu)352C6550g100mV/g0.00016g2g小型、高靈敏度、高分辨率,各種用途353B18500g10mV/g0.005g2g高頻、小型、石英剪切,各種用途353B3350g100mV/g0.0005g27g三角剪切結(jié)構(gòu),石英通用加速度傳感器353M2552000g2.5mV/g0.04g17.9g沖擊傳感器、內(nèi)置濾波器,樁基檢測355B03500g10mV/g0.0005g10g環(huán)型356B0850g100mV/g0.0002g20g3軸、結(jié)構(gòu)實驗356A185g1000mV/

14、g0.00006g24g3軸、高靈敏度356A4010g100mV/g0.0002g180g/片狀3軸坐墊傳感器,汽車實驗356M41500g10mV/g0.001g4g/方形3軸、小型,模態(tài)、振動、噪聲實驗393C5g1V/g0.0001g1000g超低頻地震傳感器,長期穩(wěn)定性良好393B310.5g10V/g0.000001g635g超低頻地震傳感器,高靈敏度28kHz31kHz7kHz2kHz壓電式加速度傳感器的安裝動態(tài)信號檢測加速度傳感器加速度傳感器的標定的標定 傳感器生產(chǎn)廠對于每只拾振器在出廠前都進行了檢測,并給出其靈敏度等參數(shù)和頻率響應特性曲線;傳感器使用一定時間后,其靈敏度會發(fā)生

15、變化。如壓電材料的老化會使靈敏度每年降低2%5%。 對傳感器進行標定,是根據(jù)試驗數(shù)據(jù)確定傳感器的各項性能指標,實際上也是確定傳感器的測量精度。 標定傳感器時,所用的測量儀器的精度至少要比被標定的傳感器的精度高一個等級。這樣,通過標定確定的傳感器的靜態(tài)性能指標才是可靠的,所確定的精度才是可信的。動態(tài)信號檢測 絕對法將拾振器固定在校準振動臺上,由正弦信號發(fā)生器經(jīng)功率放大器推動振動臺,用激光干涉振動儀直接測量振動臺的振幅,再和被校準拾振器的輸出比較,以確定被校準拾振器的靈敏度,這便是用激光干涉儀的絕對校準法。 采用激光干涉儀的絕對校準法設(shè)備復雜,操作和環(huán)境要求高,只適合計量單位和測振儀器制造廠使用,

16、一般在工程上少用。動態(tài)信號檢測 相對法又稱為背靠背比較校準法。此法是將待校準的傳感器和經(jīng)過國家計量等部門嚴格校準過的傳感器背靠背地(或仔細地并排地)安裝在振動試驗臺上承受相同的振動。將兩個傳感器的輸出進行比較,就可以計算出在該頻率點待校準傳感器的靈敏度。v設(shè)標準測振傳感器和被標測振傳感器在受到同一振動量時輸出分別為E0和E已知標準測振傳感器的加速度靈敏度為S0,則被標測振傳感器的加速度靈敏系數(shù)S為: E/S=E0/S0 S=S0(E/E0) 動態(tài)信號檢測注意:兩個傳感器單位不一致。速度傳感器:cm/s加速度傳感器:m/s2動態(tài)信號檢測動態(tài)信號檢測2.4 測振傳感器的選擇與安裝動態(tài)信號檢測 在實

17、際測試中,選用振動傳感器應本著在實際測試中,選用振動傳感器應本著可用可用和和優(yōu)化優(yōu)化的的原則。原則。 可用可用就是要使所選的傳感器滿足最基本的測試要就是要使所選的傳感器滿足最基本的測試要求;求; 優(yōu)化優(yōu)化就是在滿足基本測試要求的前提下,盡量降就是在滿足基本測試要求的前提下,盡量降低傳感器的費用,即取得最佳的性能價格比。低傳感器的費用,即取得最佳的性能價格比。振動傳感器的選用原則 動態(tài)信號檢測1測量范圍測量范圍又稱量程,必須保證不超過傳感器的測量量程。 2. 頻響范圍振動參量的最顯著特性就是其頻率構(gòu)成特性,機械振動信號往往是由許多頻率不同的信號疊加而成。頻率下限盡可能地低,頻率上限盡可能地高。

18、具體要考慮以下問題具體要考慮以下問題動態(tài)信號檢測3. 3. 靈敏度靈敏度一般而言,總是希望傳感器的靈敏度盡量高,以便一般而言,總是希望傳感器的靈敏度盡量高,以便檢測微小信號。檢測微小信號。 5. 5. 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 時間穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性時間穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性 此外,傳感器的此外,傳感器的工作方式工作方式、外形尺寸外形尺寸、重量重量等也等也是需要考慮的因素。是需要考慮的因素。4. 4. 精度精度 直接測量參數(shù)的選擇 低頻,用位移拾振器。動態(tài)信號檢測 中頻,用速度拾振器。 高頻,用加速度拾振器。 最重要的參數(shù)能以最直接、最合理的方式測得 考察慣性力可能導致的破壞或故障時,宜作加速度測量 考察振動

19、環(huán)境(振動烈度以振動速度的均方值來描述)時,宜作振動速度測量 要監(jiān)測機件的位置變化時,宜選用電渦流或電容傳感器作位移的測量 選擇時還需要注意能在實際機器設(shè)備安裝的可行性動態(tài)信號檢測 傳感器的頻率范圍、量程、靈敏度等指標各種傳感器受其結(jié)構(gòu)的限制而有其自身適用的范圍 對于慣性式拾振器,一般質(zhì)量大的拾振器上限頻率低、靈敏度高。 質(zhì)量輕的拾振器上限頻率高、靈敏度低。動態(tài)信號檢測393B310.5g10V/g0.000001g635g超低頻地震傳感器,高靈敏度350B045000g0.5mV/g0.02g4.5g適用于爆破、撞擊等靈敏度靈敏度分辨率分辨率量程量程質(zhì)量質(zhì)量 使用環(huán)境、價格、壽命、可靠性、維

20、修、校準 激光測振價格偏高 電渦流和電容傳感器(金屬材質(zhì)和寄生電容問題) 相位有要求的振動測試(鍵相信號,如動平衡實驗)動態(tài)信號檢測動態(tài)信號檢測 鍵相器是由探頭(如渦流式、光電式等)與軸上固定標志(如鍵槽、凹孔、反光板等)所組成的相位測量儀表。 當軸上固定標志經(jīng)過探頭時,鍵相器便會觸發(fā)一個脈沖信號,脈沖信號是確定振動相位的基準,脈沖頻率與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率完全同步。 傳感器安裝角度引起的誤差 傳感器的感振方向,應該與待測方向一致,否則會造成測試誤差。 測量小加速度時,傳感器更應該精確安裝,使慣性質(zhì)量運動的方向和待測振動方向重合。 其它問題 導線連接 :接頭不良,會產(chǎn)生寄生的振動波形,有時使得測試數(shù)據(jù)

21、忽大忽小。 接地:不良的接地或不合適的接地地點,使測試中會產(chǎn)生較大的電氣干擾,同樣會使測試受到嚴重的影響。 電纜的噪聲 :這些噪聲既可由電纜的機械運動引起,也可由接地回路效應的電感應和噪聲引起。動態(tài)信號檢測錯誤的正確的電纜應在振動最小點離開試件C固定電纜避免“顫動噪聲”示意密封劑加速度計電纜接頭的密封動態(tài)信號檢測 防潮問題 :傳感器本身到接頭的絕緣電阻,會因受潮氣和進水而大為降低,從而嚴重地影響測試。被測試件3、振動測試儀表與儀器以傳感器將機械振動的物理量(位移、速度、加速度)轉(zhuǎn)換為電壓、電荷、電流信號,經(jīng)信號放大器再傳至振動信號量測儀,以讀得振動量。振動計(Vibration Meter)頻

22、譜分析儀(Dynamic Signal Analyzer/FFT Analyzer)振動平衡設(shè)備(Balance Instrument)動態(tài)信號檢測振動計振動計(Vibration Meter/ Analyzer)動態(tài)信號檢測傳感器加速度信號放大HPFLPF振動加速度顯示振動速度顯示振動位移顯示RMSRMSRMS動態(tài)信號檢測振動計(Vibration Meter/ Analyzer)動態(tài)信號檢測北京航天智控監(jiān)測技術(shù)研究院動態(tài)信號檢測輸入電壓采樣FFT 處理顯示動態(tài)信號檢測頻譜分析儀頻譜分析儀工作流程振動基本原理clc;clear;fs=12000;N=2048;nfft=2048;n=0:N-

23、1;t=n/fs;fid=load(B007_2);% B007_2滾動體信號s=fieldnames(fid);fid=fid.(s2); %取FE端數(shù)據(jù)x=fid(2001:4048);%去頭截尾subplot(211);plot(t,x);xlabel(Time ittrm/s;(a)Primary signal,FontSize,9);ylabel(Acceleration;itarm/m.s-2,FontSize,9);%上標用,下標用_y=fft(x,nfft); % 對x進行頻譜分析mag=abs(y); %求幅值f=(0:length(y)-1)*fs/length(y); s

24、ubplot(212);plot(f(1:length(f)/2),mag(1:length(y)/2); xlabel(Frequency itfrm/Hz;(b)Spectrum of primary signal,FontSize,9);ylabel(Acceleration;itarm/m.s-2,FontSize,9);00. 020. 040. 060. 080. 10. 120. 140. 160. 18- 0. 6- 0. 4- 0. 200. 20. 4Ti m e t / s( a) Pr i m ar y si gnalAccel er at i ona/ m . s-2

25、010002000300040005000600001020304050Fr equency f / Hz( b) Spect r um of pr i m ar y si gnalAccel er at i ona/ m . s-200.050.10.150.2-101時間(s)(a)原始信號時域波形加速度(v)0200040006000050頻率(Hz)(b)原始信號頻譜圖加速度(v)00.050.10.150.2-0.100.1時間(s)(c)小波包提取的共振調(diào)制信號加速度(v)IMF1IMF2 IMF3IMF4 IMF5IMF620%60%100%時間(s)(d)EMD分解各IMF能量

26、分布能量百分比00.050.10.150.2-0.100.1時間(s)(e)IMF1分量時域波形加速度(v)020040060001020頻率(Hz)(f)IMF1包絡(luò)譜(細化譜)幅值(v)動態(tài)信號檢測振動平衡設(shè)備振動平衡設(shè)備動態(tài)信號檢測4 噪聲的測量噪聲的危害噪聲的危害(1)噪聲對聽力的損傷(2)噪聲對健康的影響(3)噪聲對正常生活和工作的干擾(4)特強噪聲能損害儀器設(shè)備和建筑物。 噪聲引起儀器設(shè)備振動,高噪聲超過135dB時,會使電子儀器發(fā)生故障;超過150dB時,元器件可能損壞。在特強噪聲作用下,會使材料或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞而斷裂聲疲勞現(xiàn)象。 高噪聲超過140dB,如超音速飛機低空掠過時,引起

27、轟聲會使建筑物門窗損壞,墻面開裂,屋頂掀起,煙囪倒塌等。動態(tài)信號檢測動態(tài)信號檢測(1)機械噪聲)機械噪聲:主要是由于固體振動而產(chǎn)生的。在機械運轉(zhuǎn)中,由于機械撞擊、磨擦、交變的機械應力以及運轉(zhuǎn)中因動力不平均等原因,使機械的金屬板、齒輪、軸承等發(fā)生振動,從而輻射機械噪聲,如機床、織布機、球磨機等產(chǎn)生的噪聲。(2)空氣動力性噪聲)空氣動力性噪聲:當氣體與氣體、氣體與其它物體(固體或液體)之間做高速相對運動時,由于粘滯作用引起了氣體擾動,就產(chǎn)生空氣動力性噪聲,如各類風機進排氣噪聲、噴氣式飛機的轟聲、內(nèi)燃機排氣、儲氣罐排氣所產(chǎn)生的噪聲,爆炸引起周圍空氣急速膨脹亦是一種空氣動力性噪聲。(3)電磁性噪聲)電

28、磁性噪聲:是由于磁場脈動、磁致伸縮引起電磁部件振動而發(fā)生的噪聲,如變壓器產(chǎn)生的噪聲。動態(tài)信號檢測 利用手機MIC進行聲級測量,頻譜分析,可以客觀的反應所處環(huán)境的噪聲情況。動態(tài)信號檢測動態(tài)信號檢測噪聲的測量:聲壓級、噪聲頻譜分析噪聲的測量:聲壓級、噪聲頻譜分析聲壓某點上各瞬間的壓力與大氣壓力之差值,單位為N/m2,即帕(Pa)??諝庵姓H硕鷦偰苈牭降?000Hz聲音的聲壓為 210-5Pa,稱為聽閾聲壓,并規(guī)定為基準參考聲壓P0。當聲壓為20Pa時,能使人耳開始產(chǎn)生疼痛,稱之為痛閾聲壓。聲壓級定義:PP0LP 20 lg(dB)P0= 210-5Pa 當兩個以上的噪聲同時存在時,若聲壓和聲壓級

29、分別為P1, P2, Pn和LP1, LP2, LPn,則: 從若干聲源發(fā)出噪聲(或是由同一聲源發(fā)出的噪聲頻譜中含若干頻率成分),且互不相關(guān),則合成噪聲的總聲壓級為:niLPi110/10lg10動態(tài)信號檢測聲壓級的疊加聲壓級的疊加 兩個不同的噪聲級合成時,合成后的總噪聲級 L 應是兩噪聲中噪聲級較大的 L1 再加上一個附加值L:動態(tài)信號檢測噪聲合成時聲級的附加值曲線噪聲合成時聲級的附加值曲線動態(tài)信號檢測動態(tài)信號檢測動態(tài)信號檢測傳聲器是將聲波信號轉(zhuǎn)換為相應的電信號的傳感器常用傳聲器有電容式、動圈式、壓電式。te0ete 電容式傳聲器適用于精密測量。目前,這種傳聲器的穩(wěn)定性、可靠性、耐震性以及頻

30、率特性均最好。 動態(tài)信號檢測 電容式傳聲器的電路原理如上圖所示,傳聲器的可變電容器和一個高阻值電阻(R)與極化電壓(e0)串聯(lián)。e0為電壓源,et為輸出電壓。當振膜受到聲壓作用而發(fā)生變形時,傳聲器的電容量發(fā)生變化,從而使輸出電壓et也隨之變化。根據(jù)需要可對 et再進行必要的傳輸與變換。 由駐極體提供正常工作所需恒定電壓。這樣省去了提供給話筒極頭工作所需電源電壓的部分,結(jié)構(gòu)簡單,體積也小。 駐極體:駐極體材料在加上電荷后可以基本上永久性的保存住這些電荷,使用這些材料的話筒就是所謂的駐極體電容話筒。動態(tài)信號檢測 動圈式傳聲器的結(jié)構(gòu)如圖所示,一個輕質(zhì)振膜的中部有一個線圈,線圈放在永久磁場的氣隙中,在

31、聲壓的作用下,振膜和線圈移動并切割磁力線,產(chǎn)生與線圈移動速度成正比的感應電勢。 動圈式傳聲器的精度和靈敏度較低,體積大。其突出特點是輸出阻抗小,所以接較長的電纜也不降低其靈敏度。溫度和濕度的變化對其靈敏度也無大的影響。動態(tài)信號檢測 壓電式傳聲器的膜片較厚,其固有頻率較底,靈敏度較高,頻響曲線平坦,結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜,廣泛用于普通聲級計中。原理:圖中金屬膜片與雙壓電晶體彎曲梁相連,膜片受到聲壓作用而變形時,雙壓電元件也產(chǎn)生變形,在壓電元件梁端面產(chǎn)生電荷。通過變換電路可以輸出電信號。 動態(tài)信號檢測前置放大器:由于電容傳聲器電容量很小,內(nèi)阻很高,而后級衰減器和放大器阻抗不可能很高,因此中間需要加前置

32、放大器進行阻抗變換。衰減器:將大的信號衰減,提高測量范圍。動態(tài)信號檢測計權(quán)放大器:將微弱信號放大,按要求進行頻率計權(quán)(頻率濾波),普通聲級計(二級) 具有A,B,C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。有效值檢波器:將交流信號檢波整流成直流信號,直流信號大小與交流信號有效值成比例。A/D:將模擬信號變換成數(shù)字信號,以便進行數(shù)字指示或送CPU進行計算、處理。外接濾波器插口:可進行倍頻程或倍頻程或1/3倍頻程濾波倍頻程濾波分析。動態(tài)信號檢測A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)較好地模仿了人耳對低頻段(500Hz以下)不敏感,而對于10005000Hz聲敏感的特點,用A計權(quán)測量的聲級來代表噪聲的大小,叫做A聲級。記作dB(A)B計權(quán)網(wǎng)絡(luò)對低頻有衰減。C

33、計權(quán)網(wǎng)絡(luò)在整個可聽頻率范圍內(nèi)近于平直的特點,它讓所用頻率的聲音近于一樣程度的通過,基本上不衰減。因此C計權(quán)網(wǎng)絡(luò)表示總聲壓級。計權(quán)網(wǎng)絡(luò)采用濾波器對不同頻率的聲音信號實行不同程度的衰減,儀器的讀數(shù)能近似地表達人對聲音的響應。動態(tài)信號檢測演示:vsi當 LA=LB=LC時,表明噪聲的高頻成分突出;當 LC=LBLA時,表明噪聲的中頻成分突出;當 LCLBLA時,表明噪聲的低頻成分突出。 經(jīng)A計權(quán)修正后的測量結(jié)果稱為A聲級,記作分貝(A),或dB(A)。 A計權(quán)修正是在1/3倍頻程的基礎(chǔ)上進行的,對此,A計權(quán)修正的國際標準(IEC標準)如下表所示。 A計權(quán)修正方法是在實測的1/3倍頻程聲壓級譜上疊加疊

34、加下表中的A計權(quán)修正譜,獲得1/3倍頻程譜,然后再根據(jù)1/3倍頻程聲壓級譜合成總的A計權(quán)聲壓級。動態(tài)信號檢測動態(tài)信號檢測 噪聲的頻譜分析,是按一定寬度的頻帶來進行的,即分析各個頻帶對應的聲壓級,因此,討論頻帶聲壓級時,除了指出參考聲壓外,還必須指明帶寬即頻帶的寬度。在噪聲研究中,把倍頻程作為帶寬的單位。n 是任意正實數(shù),其值越小,頻帶分的越細。動態(tài)信號檢測倍頻程倍頻程 噪聲測量中,常用的帶寬有n =1 時的1 倍頻程,簡稱為倍頻程;有n =1/3 時的1/3 倍頻程等,其帶寬、頻率范圍和中心頻率分別見表1和表2。表1:倍頻程的中心頻率與頻率范圍 動態(tài)信號檢測在音樂樂譜中1與1,2與2之間均差一個倍頻程。所以倍頻程又叫音程,在音樂中又叫高八度。表2 :1/3倍頻程的

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