声强测量(通用4篇)
声强测量 篇1
摘要:运用声强测量原理对票据打印机进行了声源识别;对打印机进行声强测试,通过对声强分析和频谱分析,确定了打印机主要噪声辐射源来自于打印头,为进一步打印机降噪提供思路。
关键词:声强测量,票据打印机,声源识别
随着现代信息技术的迅猛发展,打印机产品已越来越融入人类社会;打印机在工作时会产生或大或小的声音,特别是打击式打印机会产生巨大的噪音,危害使用者的健康。低噪声打印机将成为未来打印机市场的技术竞争点。要降低打印机噪声,就应利用现代测量工具,找出其主要声源的部位、频率等,然后有针对性地采取必要的降噪措施。
票据打印机是多声源的复杂动力机械,利用噪声源的分析方法发现工作噪声主要来自打印针击打纸张、步进电机及纸张进给机构等运动部件(图1),进一步确定产生噪声的主声源,对打印机降噪具有很重要的意义。
1 声源识别常用方法
1.1 分步运转法[1]
对于某些机器来讲,有些部件是可以分别运转的,若能在开动或者断开这些部件的情况下分别测量所辐射的噪声,就可以把引起的噪声的原因分解开来,从而判断机器的主要噪声源。对于一台复杂的机器设备,其各部分的运转是相互联系的,某一部分停止工作会影响其它部件的运转。因此,只让其中一部分工作而不影响其它部分的运转往往是不容易实现的,因而这种方法的使用局限性很大。
1.2 频谱分析法
根据噪声源的频谱特性确定主要噪声源的方法称为频谱分析法。通过噪声频谱图,一方面,可以了解噪声源的频率分布,如该噪声源是以低频为主,还是以中频或高频为主;另一方面可以确定一些峰值噪声的来源。利用频谱分析法可以粗略地估计噪声评价点的声能来源。
从打印机整体噪声频谱图(图2)中可以看出打印机整体噪声在900 Hz左右有个很大分量,打印头振动频谱图(图3)说明打印头有901.52 Hz的振动频率,步进电机振动频谱图(图4)说明步进电机有905.25 Hz的震动频率,打印头与步进电机频谱对比图(图5)得出步进电机与打印头振动频率非常接近。鉴于以上所述,打印头与步进电机所产生噪声在频率上非常接近,无法判断那部分为主声源。
另外对于票据打印机而言,其各部分的运转是相互联系的,某一部分停止工作会影响其它部件的运转。因此,票据打印机的主声源测试不宜用上述二法进行。
1.3 声强测量法
在实际噪声源的诊断中,由于各声源的频率结构往往十分复杂,声源之间的相互干扰及声源的传递通道千差万别,致使在实际诊断过程中,对各声源之间进行有效地判别很困难,而且传统的声压法和声功率法测量机器声级的大小受测量环境的影响很大。因为它们是标量,难以确定声源的方向和位置。
声强是矢量,其测量不受环境的影响能在现场进行。声强测量也属非接触测量,不受声源类型的限制。通过声强测量,不但可测得声源声强级的高低,同时可识别声源的方位,确定声源的位置,揭示声幅射面声强分布的规律特性。
鉴于此,对票据打印机噪声采用声强测量法,对该打印机声源进行了识别,找出主要噪声源。
2 声强测试原理[2,3,4]
声强I是声场中任意一点的声波强度,等于单位时间内在垂直声波传播方向的单位面积上通过的平均声能,其单位为W/m2。
式中:Ix(f)为x方向上频带的声强;G12(f)为声压信号p1和p2的单边互功率谱;Im为表示取虚部。
由式(1)可知,只要测得声压信号p1和p2后,用信号分析仪求其功率谱,再经过频域代数运算即可得到声强及其频谱。
现代声强测量采用双传声器法,利用相距很近的双传声器测得声场中某处相邻两点的声压,用两处的声压平均值代表该处声压,用两声压之差与传声器间距之比代表该处的声压梯度在测量方向上的分量。
3 测试系统组成
票据打印机工作噪声的声强测量分析采用丹麦Crass声强探头及比利时LMS Test.Lab振动噪声集成试验系统。为了对该打印机噪声源进行精确识别分析,本测试在打印机的顶面划分了测量网格,在网格中心布置测点。打印机顶面划为6×6个网格,在该打印机距离上端15 cm处总共布置了25个测点,测试采取近场测量法(图6)。
4 声强云纹图分析
测量结果经处理后,得到打印机顶面噪声辐射状况。测试选取打印“H”字符作为测试状态,图7为900 Hz处打印机声强图,明显可以看出噪声主要有打印头产生,打印机主声源为打印头。
5 结论
声强测量法具有许多的优点:声强是矢量,测量受环境的影响不大并能在现场进行,测量结果能反映声级的大小、声能的流动方向,准确确定主声源的位置,揭示声辐射面声强分布的规律特性。
本文应用声强测量技术进行了票据打印机噪声源识别,找到了该打印机主要噪声源来自于打印头。提出了围绕打印头进行降噪作为实施降噪的主要措施之一,完成了对该打印机施降噪最关键的一步。实验研究表明,在我国现有条件下,采用声强测量技术能快速、准确找到票据打印机的主噪声源,适合打印机降噪的工程应用。
参考文献
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[3]王继先,冯能莲,蔡曾华.声强测量及其在客车噪声源识别中的应用.安徽农业大学学报,2001;28(2):199—202
[4]莫愁云,安静贤,李文彬.声强法测量机械噪声及其对噪声源的识别.西北林学院学报,2002;17(1):36—38
声强测量 篇2
当前, 医用超声设备已成为一类重要的医用电气设备, 广泛应用于临床诊断、监护、物理治疗等领域。为了评估医用超声设备在使用中的安全性和有效性, 很有必要对超声设备的声场特性的进行检测和分析。
在实践中, 常借助于水听器来测量液体水中超声声场的特性。由NTR公司设计、Onda公司制造和销售的声强测量系统 (AIMS) , 可实现采用水听器法测量诊断和治疗用超声设备的声输出参数。该设备可以通过在声场中进行一维、二维甚至三维的扫描, 获取被扫描各位置点的声学数据。同时, 该系统还具有一定的计算能力, 能通过获得的声学数据计算出机械指数 (MI) 等相关的声学参数。此外, 该设备还可将获得的数据输出保存至一组特定的数据文件中, 利用文本编辑器可以打开数据文件并查看其中的数据信息。尽管AIMS已经具有一定的计算能力, 但这些功能都是固定的, 不能完全满足检测人员根据实际需要计算、研究声场的特定属性的需要。要想充分利用AIMS的扫描数据, 首先需要对AIMS文件进行解析, 提取出其中的测量数据, 将其转化为可被计算机处理的数据结构, 从而通过对这些数据进行相应的分析处理, 获得所需要的声场特性。本文将为此设计相应的数据结构, 并说明如何从AIMS的数据文件中提取出扫描数据, 并将其存入设计好的数据结构中。
1 AIMS数据文件结构介绍
AIMS三维扫描 (X-Y-Z) 是由一系列Z坐标值不同的二维扫描 (X-Y) 组成的。测量人员在测量前设定了本次扫描的X、Y、Z方向首、末点位置以及每个方向上相邻两点的间隔距离, 由此规定了扫描中各测量点的位置。对于每一特定的Z值, 设备进行一次X-Y平面内的二维扫描。AIMS三维扫描文件由一个总描述文件和一组二维扫描文件组成。每个二维扫描文件记录了对应特定的Z坐标值进行二维扫描时的测量数据。总描述文件记录了此次三维扫描的传感器、定位装置、示波器等的设置参数, 还包括了此次扫描数据记录的声学数据类型 (如VRMS, MI等, 可以是多个类型) , 以及X、Y、Z方向扫描的点数和各自首末位置、两次扫描的间隔距离等信息。每个二维扫描 (X-Y) 数据文件的文件名按一定规则编制而成, 由三部分组成, 第一部分与总描述文件的名称相同, 第二部分为该二维扫描对应的Z坐标值的字符串形式, 应为3个字符, 不足时在第一个字符处用’0’补齐, 第三部分为固定形式“00”。第一、二部分之间用’_’相连, 第二、三部分间用‘.’相连。在二维扫描文件中, 也记录了定位装置、示波器等的设置参数, 记录的数据类型, 以及X、Y方向扫描的点数和各自首、末位置、两次扫描的间隔距离等信息。这些信息与总描述文件中的信息是一致的。
在数据文件中, 数据是以“节” (section) 为单元保存的, 每节中包含了相关的特定信息。如“Oscilloscope”节中包含了所用示波器的制造商、型号、各通道设置等信息, “2D Scan Data 0”节则包含了一组二维扫描的测量数据, 其中的“Data 0”表示数据为预先设定的声场特性中的第一个特性的测量值。除测量数据节外, 各“节”中包含的信息的一般包括关键字和相应值, 中间用“” (字符“TAB”) 字符隔开, 如示波器的制造商保存格式为“Manufacturer Agilent”。声学特性测量数据节的基本格式为:所有数据成矩阵状排列。第一行为X方向各点的位置值, 第一列为Y方向各点的位置值, 测量数据分别处于各自对应的 (X, Y) 坐标位置上。同处一行的各数据之间用“” (字符“TAB”) 隔开。
2 数据结构的设计和实现
针对以上文件结构特征, 可用图1所示的数据结构对文件信息进行保存。其数据部分的核心为一个Frame (帧) 队列, 该队列包含了一组Frame, 每个Frame对应一个特定Z值的X-Y二维扫描数据文件, 这个Frame队列最终将保存该三维扫描中所有的声场测量数据。此外, 数据部分还包括了此次三维扫描的帧数、Z坐标首末位置、测量的声场特性类型等信息。
本文中利用C++程序设计语言, 设计了两个数据类 (USData类和CUSFrame类) , 来实现对文件解析, 并将文件中所包含的特定信息通过这两个类保存起来。USData类用来从一组三维扫描的文件中实现文件解析和数据提取, 它包含了一个Frame队列, 用来保存所有Frame的数据信息。Frame队列中的每个单元为一个CUSFrame对象, 对应一个二维扫描文件, 即一帧。CUSFrame类实现了从每个对应的二维扫描文件中提取信息, 并保存在自己的数据成员中。其数据成员主要包括:二维扫描文件中各声场特性的测量数据, 各测量点的X、Y位置等。借助这两个类即可将三维扫描文件中包含的测量数据进行提取和保存, 保存的声场特性数据可根据研究的需要进行进一步的运算、处理。
USData类提供的功能函数, 最主要是BOOL Get USData (CString str File Path, CString str Folder Path, CString str File Title) ;该函数实现了从一组三位扫描文件中提取信息的功能。
USData类的主要成员如下:
CUSFrame类的主要功能函数为:
BOOL CUSFrame::Get Frame Data (CString str File Name, int n Data Type) , 该函数实现了从一个二维扫描文件中, 将各声场特性的测量数据存入数据队列中。
CUSFrame类的主要成员如下:
3 文件解析过程
通过可视化界面, 可以指定一组三维扫描文件的位置, 选中总描述文件, 即可启动对这组文件的解析。此时可以定义一个USData类的对象, 并由其调用相应的功能函数对文件进行解析。在解析过程中, USData首先读取总描述文件的内容, 从中确定此组文件所含帧数 (二维扫描文件数) 、测量的声场特性数目、Z值的首末位置等信息。然后, 按照所含帧数, 逐一生成CUSFrame对象, 由CUS-Frame实现对每一个二维扫描文件的解析和数据保存。CUSFrame对二维扫描文件解析时, 按照声场特性测量的先后顺序, 逐一获取相应的测量数据节, 然后分配保存各点位置数据的内存以及保存测量数据的内存, 接着对测量数据节进行逐行解析, 将位置信息和测量数据信息存入各自的队列中。
4 结论
将一组三维扫描数据中声场均方根声压对应的电压有效值按照本文提出的方法和数据结构提取和保存后, 利用Open GL实现声场特性的可视化 (如图2所示) , 有助于研究声场中均方根声压对应的电压有效值的空间分布情况。此次扫描共包含9帧X-Y二维扫描, 图中各点的位置为测量点的空间位置, 各点的亮度反映出该点测量值的强度。图3为第一帧X-Y二维扫描的正视图。实验证明, 利用以上的数据类, 可以实现对三维扫描数据文件的解析, 获取文件中所含声场特性的测量数据。这些数据将有利于利用计算机技术对声场特性做进一步的分析和评估。
摘要:本文简要介绍了NTR公司的声强测量系统 (AIMS:Acoustic Intensity Measurement System) 及其生成的测量数据文件的结构, 着重阐述了解析该类型数据文件、获取声场测量数据并将其保存为特定的数据结构的方法。这些数据的获得有利于借助计算机技术对声场特性进行研究。
关键词:超声声场,数据文件,数据结构
参考文献
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[4]郑莉, 董渊.C++语言程序设计 (第2版) [M].北京:清华大学出版社, 2001.
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声强测量 篇3
1 道路交通噪声的来源及危害
机动车辆是一类综合噪声源, 有些噪声源和发动机的转速有关, 有些噪声源和车辆行驶的速度有关。按照噪声产生的过程, 可将机动车噪声源大致分为两类:一是与内燃机运转有关的噪声, 另一类是与机动车行驶有关的噪声。与内燃机运转有关的噪声主要包括内燃机运转时所带动的各种附件 (如压气机、发动机等) 发出的噪声。与机动车行驶有关的噪声主要包括:传动机构 (变速器、传动轴、差速器等) 的机械噪声、轮胎出的噪声、车身 (架) 振动及和空气作用所产生的噪声。就机动车辆噪声来说, 发动机是主要的噪声源, 传动系统是次要声源。
公路的修建及交通的运行也给沿线的物理环境及生态环境带来了许多不利的影响, 在一些大、中型城市尤为严峻。道路交通噪声污染现今已逐步成为我国城市环境的一大公害, 严重威胁着人们的正常生活和身心健康。据调查统计, 我国大中城市中, 目前城市环境噪声主要以交通噪声和社会生活噪声为主。但交通噪声的比例有逐年上升的趋势。随着城市规模的不断扩大和交通的日渐繁忙, 道路交通噪声问题会逐渐加剧, 并成为制约居民生活质量提高的重要因素。噪声对人体的影响是全身性、多方面的, 在生产、生活中, 若周围的噪声值长期超过国家明文规定的标准, 就会对人体造成极大的伤害, 主要表现在心理和生理两个方面。
从生理方面来讲, 长期工作和生活在高噪声环境下 (如交通干线两侧噪声严重超标的居民区) 的人们, 由于持续不断的受到噪声的刺激, 耳朵容易发生器质性病变, 导致听力下降。不同强度噪声对听力的影响不同, 噪声强度越高, 危害越大。如果人们长期生活在强烈的噪声环境中, 日积月累, 内耳器官不断受到噪声刺激, 就可能发生器质性病变, 即噪声性耳聋。此外, 噪声还会损害心血管、使紊乱神经系统功能、内分泌失调, 以及损害女性生理机能。
噪声对人体造成心理危害主要表现在:噪声超过85分贝就会使人感到心烦意乱, 噪声还会分散人的注意力, 导致工作效率下降和交通事故的发生;噪声还会影响人的睡眠, 从而影响到工作和学习, 经衰弱症, 表现为失眠、耳鸣、疲劳, 进而导致人的记忆力的减退。
2 声强法是检测道路噪声污染的重要手段
噪声测量是振动噪声控制研究的重要手段。声压、声强和声功率是声学中最常用的基本物理量, 因此, 声压、声强和声功率的测量成为噪声测量的重要组成部分。
声源发出的声波通过对媒质的作用, 使其质点受到挤压而产生压力变化, 这一变化量成为声压, 它常作为噪声评价的一个重要物理量。然而声压的大小与离声源的距离和测量时所处的环境都直接相关, 声压并不能准确地反映一个声源的声辐射能量, 它仅仅只反映空间声场中某点的噪声接受水平。一个声源在单位时间内向外辐射的声能, 我们称之为声功率, 它是一个恒量, 可以用它来衡量一个声源的声辐射能力。单位时间内, 通过单位面积的声能称为声强。
声强是单位面积上的声功率, 所以, 一个声源包络面上的声强之和, 就是声源的声功率。声强是一个矢量。只要将包络面上的声强矢量做积分, 就可以求出声源的声功率, 而测量区域之外的干扰噪声得到抵消。也就是说在普通的声学环境, 甚至是在有干扰噪声的情况下, 通过对声强的测量就可以得到声源的声功率。
采用声强法探查交通道路噪声源的主要优点是:声强法测量对测试环境的要求较低。被测声源周围的背景噪声对声强测量的影响很小, 因此声强测量不需要特殊的声学实验室 (消声室或半消声室) , 就可以得到较高的测量精度, 声强法测量噪声可以直接在工作现场进行;声强测量能反映出噪声的能量及其流动情况, 且由于声强具有方向性, 所以测得的声强可以全面反映从声源发出的噪声能量传播状态, 另外, 在用声强法测量声功率时, 对测量封闭面的形状没有严格要求;声强法的测量结果直观, 可视性强。由于声强法的后处理能力强。可以通过后处理软件绘制声强的矢量图、等高线图、三维图, 由图线分析噪声源的位置直观、可视性强;声强法可以对测量结果进行频谱分析, 特别是声强法可以绘制出指定频率的声强矢量图等图线。也使频率分析变得直观、可视性增强;声强可以在近场和远场进行测量, 可以排除声场不纯的影响。
3 采用声强法进行轮胎/路面噪声测试的方法
目前轮胎/路面噪声测试方法大致可分为七种:远场测试有滑行通过法、控制通过法、统计通过法、拖车滑行法。近场测试有拖车法、随车声强法。转鼓法则用于室内分析。随车声强测试法是近年来一种新兴的测试噪声的方法, 该方法摒弃传统的声压测试, 将声强测量引入到路面噪声测量中来, 对气流噪声, 反射噪声及不在自身传播轴上的背景噪声, 都有很大程度的削弱, 由此, 能较真实地反映轮胎/路面相互作用产生的噪声。
3.1 测试方式随车声强法测试设备主要由六部分组成:
固定装置, 双传声器声强探头, 数据采集仪, 数据分析软件, 测试车测试轮胎和附属装置。
通过以往进行轮胎/路面噪声测试的分析总结, 可以发现不同的变量 (速度、温度、轮胎种类等) 对其影响的程度不同, 速度是影响轮胎/路面噪声的最大变量, 其次是轮胎种类。因此重点测试不同速度对轮胎/路面噪声的影响具有一定的现实意义。
3.2 通过测试得到的结论通过测试得到了不同车速轮胎/路面噪声特性。
测试过程中汽车分别以60、70、80 km/h的恒定速度通过指定测试路段, 每次通过记录时间均为5s, 每种速度重复测量三次。平均声强级和1/3倍频程频谱通过对随车数据采集仪采集数据的分析得到: (1) 声强随车速增加而增加, 但随着车速的提高, 增长趋势有所减缓; (2) 1/3倍频程频谱图显示, 最高值产生在800~1000Hz之间, 车速每增加10km/h, 最高值约增加3d B (A) 。但不同速度下的总体趋势一致, 随着频率的增大, 声强级会出现峰值, 其后随频率增大, 声强级逐渐减小。
通过这个简单的测试可以发现, 随车声强室外测试系统便携、快捷、安全, 可对不同车速、不同路面形式及不同轮胎种类所产生的轮胎/路面噪声进行量测比较, 是一种较为理想的轮胎/路面噪声室外测试方法。
4 结语
随着我国经济及城市建设的迅速发展, 城市车流量急剧增加, 随之而来的城市道路交通噪声污染也日益严重。道路交通噪声具有强度高、覆盖面大、影响范围广的特点, 已逐渐成为污染我国城市环境的一大公害, 深入研究噪声污染的控制变得紧迫进来。由于噪声测量是噪声控制研究的前提和重要手段。声压、声强和声功率是声学中最常用的基本物理量, 因此, 声压、声强和声功率的测量成为噪声测量的重要组成部分, 值得我们不断的深入的探索。
摘要:现代工业、交通运输业的飞速发展和人们对周围生活环境的日加关注, 使得振动噪声控制引起人们的广泛重视。降低交通噪声不仅可以改善人们的工作生活环境, 而且可以减少机器的磨损、节约功耗、延长机器的使用寿命。噪声和振动控制离不开声学测量。通过测量, 可以了解振动噪声的源头, 变化规律和传播特性等, 从而可以找到降低噪声的有效途径。本文对声强法检测轮胎/路面噪声进行了阐述。
关键词:交通噪声,来源与危害,检测,声强法,轮胎/路面噪声测试
参考文献
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[2]蒋伟康, 闫肖杰.《城市轨道交通噪声的声源特性研究进展》[J].环境污染与防治.2009 (12) .
声强测量 篇4
图1为声波在黏砂套管井中传播模型。定义图1中的介质层0、介质层1、介质层2和介质层3分别为泥浆、套管、胶层和砂粒-水泥(窜槽时还包括泥浆或气体)混合介质。泥浆与套管界面为零界面,套管与胶层界面为一界面,胶层与砂粒-水泥混合介质界面为二界面。d1和d2分别表示介质层1、介质层2的厚度。沿x轴传播的各介质层中声波的声强分别为Jt0、Jt1、Jt2和Jt3,逆x轴传播的各介质层中的声波的声强分别为Jr0、Jr1和Jr2。通过分析,首先得到个界面声波声强公式[4]。
一界面回波是经过介质层1而未进入介质层2的声波,表达式为:
undefined
二界面声波是经过介质层1和介质层2而未进入介质层3的声波,表达式为:
undefined
2 相对声强公式的推导
利用声波传播对多层介质进行界面胶结强度检测时,如果介质层2的厚度较大,声波在介质层2中传播需要一段时间,那么一界面声波和二界面声波在时域上将分开。但在黏砂套管中,介质层2为厚度很小的胶层,一界面声波和二界面声波在时域上将无法分开,即一界面声波和二界面声波会作为一个声波总能量被声波接收器所接收。
则由声波接收器接收的一界面声波和二界面声波的总声强表达式为:
undefined
式(3)中:
undefined (4)
则式(3)可简化为:
undefined
因为
undefined。
所以
undefined
将式(6)代入式(5)整理得:
undefined
式(7)即考虑胶层厚度的黏砂套管相对声强表达式。
3 胶层厚度对相对声强的影响
根据公式(7),我们得出黏砂套管中相对声强随不同的胶层厚度变化的关系曲线,如图2所示。从图2的曲线可以看出,随胶层厚度的增加,相对声强逐渐减小。引起这种变化的原因是由于胶层厚度会影响声波能量在胶层中传播的衰减,在一定的声波衰减系数下,胶层的厚度越大,认为声波的传播距离也越大,对应胶层所引起的声波衰减就越大。
得出胶层厚度对相对声强的影响规律后,很明显可以知道胶层的存在会对相对声强的结果产生偏差,而实际声幅测井中这种偏差可能引起固井质量的误判。在固井质量评价中,经常用到的是相对幅度评价标准。而声强与幅度的平方成正比,因此将相对声强开平方即可得到考虑胶层厚度影响的黏砂套管固井质量评价相对声幅的修正公式。或者将相对幅度值转换为相对声强值,带入到相对声强公式中经计算再转换为相对幅度值,这也为提高黏砂套管固井质量评价结果的准确性奠定了理论基础。
4 结论
(1) 建立黏砂套管声波传播模型,并推导出考虑胶层厚度影响的黏砂套管固井质量评价的相对声强公式。
(2) 黏砂套管随胶层厚度的增加,其相对声幅逐渐减小。分析得到引起这种变化的原因是由于胶层厚度会影响声波能量在胶层中传播的衰减。
摘要:根据黏砂套管声波传播模型,推导了考虑胶层厚度影响的黏砂套管固井质量评价的相对声强公式,并分析了黏砂套管相对声强受胶层厚度影响的原因及其变化规律。研究结果表明,黏砂套管的相对声强随胶层厚度的增加而减小,这说明胶层的存在会对相对声强的结果产生偏差,而实际声幅测井中这种偏差可能引起固井质量的误判。为建立考虑胶层厚度影响的黏砂套管固井质量评价修正方法提供理论基础。
关键词:黏砂套管,胶层厚度,相对声强,固井质量
参考文献
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