【正文】 5分鐘噪聲監(jiān)測與診斷 利用聲響判斷物品的質(zhì)量是人們常用的簡易方法。例如，維修人員用聽棒檢查軸承的運行狀態(tài)，鐵路工人用手錘檢驗車架以判斷其故障等，這些都是敲擊聲檢測法。在檢測蜂窩結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料缺陷時，也常采用這種方法。這些簡單的方法沿用至今，仍只是一種定性的故障檢測手段，需依賴于人的經(jīng)驗和技巧，而現(xiàn)代的聲診斷技術(shù)已有了很大的發(fā)展。一、 噪聲測量聲音的主要特征量是聲壓、聲強、頻率，質(zhì)點振速和聲功率等，其中聲壓和聲強是兩個主要參數(shù)，也是測量的主要對象。噪聲測量系統(tǒng)有傳聲器、放大器、記錄器和分析裝置等。傳聲器的作用是將聲壓信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，測量中常用電容傳聲器或壓電陶瓷傳聲器。由于傳聲器的輸出阻抗很高，所以需加前置放大器進行阻抗變換。在兩放大器之間通常還插入帶通濾波器和計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，前者能夠截取某頻帶信號，對噪聲進行頻譜分析；后者則可以獲得不同的計權(quán)聲級。輸出放大器的輸出信號必須經(jīng)檢波電路和顯示裝置，以讀出總聲級，A、B、C、D計權(quán)聲級計或各頻帶聲級。噪聲測量用的傳聲器傳聲器包括兩部分，一是將聲能轉(zhuǎn)換成機械能的聲接收器。聲接收器具有力學(xué)振動系統(tǒng)，如振膜。傳聲器置于聲場中，聲膜在聲的作用下產(chǎn)生受迫振動。二是將機械能轉(zhuǎn)換成電能的機電轉(zhuǎn)換器。傳聲器依靠這兩部分，可以把聲壓的輸入信號轉(zhuǎn)換成電能輸出。傳聲器的主要技術(shù)指標(biāo)包括靈敏度（靈敏度級）、頻率特性、噪聲級及其指向特性等。傳聲器按機械能轉(zhuǎn)換成電能的方式不同，分為電容式傳聲器（其結(jié)構(gòu)如圖4—1所示）、壓電式傳聲器（其結(jié)構(gòu)如圖4—2所示）和駐極體式傳聲器。電容式傳聲器一般配有精密聲級計。另外，傳聲器按膜片受力方式不同可分為壓強式、壓差式和壓強壓差復(fù)合式等類型。其中壓強式用的最多。 圖41 電容式傳聲器結(jié)構(gòu)簡圖 圖42 壓電式傳聲器結(jié)構(gòu)簡圖 1—絕緣體 2—殼體 3—靜壓力 1—金屬薄膜 2—后極板 3—壓電晶體 平衡孔 4—后極板 5—膜片 4—壓力平衡毛細管 5—輸出端聲級計噪聲測量主要是測量聲壓級。聲級計是噪聲測量中最常用、最簡單的測試儀器，聲級計由傳感器、放大器、衰減器計權(quán)網(wǎng)絡(luò)、均方根檢波電路和電表組成。如圖43 所示為其工作原理方框圖。聲壓信號輸入傳聲器后，被轉(zhuǎn)換為電信號。當(dāng)信號微小時，經(jīng)過放大器放大；若信號較大時，則對信號加以衰減。輸出衰減器和輸出放大其的作用與輸入衰減器和輸入放大器相同，都是將信號衰減或放大。為提高信噪比，保持小的失真度和大的動態(tài)范圍，將衰減器和放大器分成兩組，輸入/出衰減器和輸入/出放大器，并將輸出衰減器再分成兩部分，以便匹配。為使所接受的聲音按不同頻率分別有不同程度的衰減，在聲級計中相應(yīng)地設(shè)置了3個計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。通過計權(quán)網(wǎng)絡(luò)可直接讀出聲級數(shù)值。經(jīng)最后的輸出放大器放大的信號輸入到檢波器中檢波，并由表頭以分貝指示出有效值。 圖43 聲級計工作原理聲強測量聲強測量具有許多優(yōu)點，用它可判斷噪聲源的位置，求出噪聲發(fā)射功率，可以不需要在聲室、混響室等特殊聲學(xué)環(huán)境中進行。聲強測量儀由聲強探頭、分析處理儀器及顯示儀器等部分組成。聲強探頭由兩個傳聲器組成，具有明顯的指向特性。聲強測量儀可以在現(xiàn)場條件下進行聲學(xué)測量和尋找聲源，具有較高的使用價值。 聲功率測量單位時間內(nèi)聲源向周圍發(fā)出的總能量稱之為聲功率，它與聲強成反比。由聲功率的定義可知，當(dāng)聲源被測量表面包圍時，聲源聲功率等于包圍聲源的面積乘以通過此表面的聲強通量。因此，可以用測量聲強的方法計算聲源聲功率。當(dāng)聲源放在某封閉測量表面以外時，通過此封閉表面的凈聲強通量等于零。所以，凡是在封閉測量表面以外的聲源，對封閉表面內(nèi)聲源的聲功率沒有影響。用聲強測聲源聲功率的精度能滿足要求，但頻率要在探頭所推薦的使用范圍內(nèi)。二、噪聲源與故障源識別在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中，聽到的聲音一般為噪聲，噪聲有兩類：一類是指一些不規(guī)則的、間歇的或隨機的聲波；另一類是指不希望有的擾動或干擾聲音，有時也包括那些在有用頻帶內(nèi)任何不需要的干擾。在人們所處的某一環(huán)境中所有噪聲的總和稱為環(huán)境噪聲。當(dāng)觀測研究某聲源時，凡與該聲源信號存在與否無關(guān)的一切干擾，統(tǒng)稱為背景噪聲。噪聲識別的方法很多，利用聲音和噪聲的測量與分析進行機器設(shè)備監(jiān)測及診斷的主要方法有下列幾種：通過簡易診斷技術(shù)的評估法這種方法可以通過人的聽覺系統(tǒng)主觀判斷噪聲源的頻率和位置，估計機器運行是否正常；或者借助于傳聲器、放大器、聲級計對機器進行近場掃描測量和表面振速分析，以尋找機器的噪聲源和主要發(fā)聲部位。這種方法可用于機器運行狀態(tài)的一般識別和精密診斷的粗定位。它的不足之處在于鑒別能力因人而異，需要有較豐富的經(jīng)驗，也無法對噪聲源作定量的量度。表面振速測量法對于無衰減平面余弦行波來說，從表面質(zhì)點的振動速度可以得到一定面積的振動表面輻射的聲功率。為了對輻射表面采取有效的降噪措施，需要知道輻射表面上各點輻射聲能的情況，以便確定主要輻射點，采取針對性的措施。這時可以將振動表面分割成許多小塊，測出表面各點的振動速度，然后畫出等振速線圖，從而可形象地表達出聲輻射表面各點輻射聲能的情況以及最強的輻射點。頻譜分析法與振動診斷方法一樣，頻譜分析是識別聲源的重要方法，特別是對噪聲頻譜的結(jié)構(gòu)和峰值進行分析，可求得峰值及對應(yīng)的特征頻率，進而尋找發(fā)生故障的零件、部件及故障原因。對于往復(fù)機械或旋轉(zhuǎn)機械，一般都可以在它們的噪聲頻譜信號中找到與轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性有關(guān)的基波和諧波峰值及其頻率值，以識別主要噪聲源。當(dāng)峰值頻率為好幾個零件、部件共有時，就要結(jié)合其他方法，才能識別和區(qū)別研究哪個零件、部件是主要噪聲源。聲強法近年來用聲強來識別噪聲源的研究發(fā)展很快，這是因為聲強探頭具有明顯的指向特性。聲強法測量對聲學(xué)環(huán)境沒有特殊要求，并可在現(xiàn)場作近場測量，既方便又迅速，可以為維修管理和改進機器設(shè)計提供詳細而有用的信息。三、噪聲監(jiān)測與診斷實例電動機噪聲監(jiān)測：某大型感應(yīng)電動機的噪聲比出廠初期增大了，用一般聲級計也可以測聲壓級，但無法查明其原因，而用對噪聲信號進行功率譜分析可明確噪聲增加的原因和故障部位。圖44為噪聲測量分析簡圖。 圖44 電動機噪聲測量分析系統(tǒng) 圖45 功率譜圖1ch：聲級計；2ch：NP300型加速度傳感器；電動機轉(zhuǎn)速：512轉(zhuǎn)/min；電源頻率：600HZ。圖45是功率譜分析的結(jié)果：圖上半部分為結(jié)構(gòu)振動信號x1(t)的功率譜S1（f）；圖下半部分為電動機噪聲信號x2(t)的功率譜S2（f）。觀測噪聲信號功率譜圖，有三個明顯的峰值，這三個分量分別為120Hz、490Hz和1370Hz，其中120Hz正好是電源頻率60Hz的二倍，顯然這是電磁噪聲；490Hz是電動機軸承的特征頻率，這部分是軸承的沖擊噪聲；1370Hz分量是另一種電磁音，它是由電動機內(nèi)部間隙引起的噪聲。欲降低電動機的噪聲級，必須從減少120Hz、490Hz和1370Hz的頻率分量著手，其中490Hz可以通過調(diào)換軸承來改善；對120Hz和1370Hz分量來說，可以用隔音材料制成輕型隔音罩來降低。《冶金機械設(shè)備維修》教案學(xué)習(xí)情景1：設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷授課日期授課時數(shù)4授課形式任務(wù)設(shè)計法模塊四油液分析技術(shù)教學(xué)目的了解油液分析技術(shù)的意義。掌握鐵譜分析技術(shù)和光譜分析技術(shù)。訓(xùn)練學(xué)生處理實際設(shè)備油液分析技術(shù)的能力。培養(yǎng)團隊意識、職業(yè)責(zé)任感及自學(xué)能力。教學(xué)重點、難點重點：油液分析技術(shù)的原理及方法難點：油液分析技術(shù)的實際運用課外作業(yè)閱讀專業(yè)雜志及書籍，多參加實際鍛煉課后體會講授方法得當(dāng)，層次分明，重點突出，啟發(fā)思維，互動良好授課主要內(nèi)容或綱要使用教具、掛圖或其它教學(xué)手段時間分配●課程介紹、學(xué)習(xí)要求： 油液分析技術(shù)是常用的故障診斷技術(shù)之一。通過學(xué)習(xí)，訓(xùn)練學(xué)生針對冶金機電設(shè)備相關(guān)零部件進行油液分析，能合理確定診斷策略，選取恰當(dāng)?shù)脑\斷方法，并能熟練使用各種常見檢測儀器。●總結(jié)講解了油液分析技術(shù)的原理及方法。20噸煉鋼轉(zhuǎn)爐傾動機構(gòu)磨損故障診斷?！癫贾米鳂I(yè) 噪聲監(jiān)測原理及方法。演示文檔（PPT）、機電設(shè)備載體、各類維修技術(shù)工器具和材料、技術(shù)資料引題5分鐘；授課40分鐘；實訓(xùn)30分鐘；總結(jié)5分鐘 油液分析技術(shù)人在感覺自己的身體不適時，往往會到醫(yī)院進行體檢，體檢項目中有一項驗血，就是通過分析血液的成分，以查驗身體情況。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中其中一個重要的內(nèi)容——油液分析，就與人體檢時驗血類似。所謂油液分析，是指通過對從運行設(shè)備中所取得的有代表性的潤滑油樣的檢測和分析，獲得有關(guān)設(shè)備在用潤滑油性能指標(biāo)變化、油中磨損產(chǎn)物、污染和變質(zhì)產(chǎn)物的宏觀或微觀物態(tài)特征信息，并由此評判設(shè)備潤滑與磨損狀況或診斷相關(guān)故障的技術(shù)過程。油液分析主要包括對潤滑油狀況（性質(zhì)）的分析和對油中磨損顆粒的分析。一、油液分析技術(shù)的意義 機械設(shè)備中的潤滑劑在使用過程中，受設(shè)備工況條件變化、環(huán)境和相關(guān)機械子系統(tǒng)的影響，難以避免的外來物質(zhì)污染和系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)在微觀或宏觀上變化等諸多因素的影響，不但在數(shù)量上會有損耗，而且在組成成分和結(jié)構(gòu)上也會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致品質(zhì)下降，直至最終喪失應(yīng)有的潤滑效能，如果不能得到及時的補充或更換，設(shè)備相關(guān)摩擦副將由于得不到有效的保護而發(fā)生損傷甚至失效；如果能通過及時檢測設(shè)備在用潤滑劑的品質(zhì)和污染物指標(biāo)的變化，適時掌握設(shè)備潤滑劑的劣化、污染程度以及設(shè)備中關(guān)鍵摩擦副的磨損情況，確定合理的換油周期及維護措施，可有效防止設(shè)備中關(guān)鍵摩擦副的損傷，延長設(shè)備的使用壽命，提高設(shè)備工作的可靠性。隨著現(xiàn)代機電設(shè)備向高速、大功率、高度自動化、集成化和強適應(yīng)能力方向發(fā)展，設(shè)備工作的可靠性要求也越來越高，作為制定設(shè)備維護策略的有效工具，油液分析技術(shù)，在世界各相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域，正在受到越來越廣泛的重視。二、油液分析方法概述油液分析包括兩大內(nèi)容：一是油液本身的物理化學(xué)性能分析。例如，油的黏度、酸值、油性、閃點、凝點、抗氧化穩(wěn)定性、防銹性等。其中黏度和酸值對設(shè)備的正常運行尤為重要。因為黏度是影響油液流動的主要物理性質(zhì)，又是決定運動件表面油膜厚度的主要因素；而酸值反映了油液對設(shè)備的腐蝕程度，也是油液變質(zhì)的主要標(biāo)志。二是油液的污染分析。油液中的污染物很多，有固體的、氣體的、液體的，有磨粒、灰塵、水氣、空氣、微生物等。特別是固體磨粒其數(shù)量在每100ml油液中可高達108顆以上；其數(shù)量、成分、尺寸、形狀、分布反映了不同磨損失效類型和故障特征。小小的磨粒（從幾個微米到幾百微米）是液壓設(shè)備故障診斷的重要信息源。液壓系統(tǒng)油液污染物的種類很多，一般定義為：外來的或生成的，不需要存在于油液中的，對液壓系統(tǒng)工作性能、壽命和可靠性有害的物質(zhì)或能量。污染物質(zhì)指固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)的無機物或有機物（微生物）；污染能量指熱能、靜電荷、磁場、放射線等。其中最經(jīng)常出現(xiàn)、數(shù)量最大、危害最嚴重的是固體顆粒污染物。液壓油液中的固體顆粒主要是指磨粒，除了部分屬于外界侵入外（如灰塵、鑄件砂粒），主要來源于液壓設(shè)備運轉(zhuǎn)時的摩擦磨損、機械沖擊、表面疲勞、腐蝕、流體動力、化學(xué)及電化學(xué)反應(yīng)等。據(jù)相關(guān)實驗、統(tǒng)計顯示，油液中固體顆粒的數(shù)量反映了液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)。油液診斷方法的基本步驟為采樣、檢測、診斷、預(yù)測和處理。所謂采樣，就是采集能正確反映當(dāng)前液壓設(shè)備中元部件運行狀態(tài)的、有代表性的油樣；所謂檢測，就是對油樣進行分析，測定油樣中磨屑的數(shù)量、大小及成分等；所謂診斷，就是初步回答設(shè)備的磨損狀態(tài)屬于正常還是異常，如果是異常磨損還要確定屬于哪些元部件磨損和何種磨損類型；所謂預(yù)測，就是估計處于異常磨損狀態(tài)的元部件的剩余壽命和今后可能發(fā)生的磨損類型；所謂處理，就是根據(jù)預(yù)測的情況確定維修方式、時間和部位。目前已經(jīng)使用或正在研究的油樣分析檢測方法，主要有光譜分析與鐵譜分析兩大類，其中常用的有油液光譜分析法、油液鐵譜分析法和磁塞檢查法等。油液光譜分析法是指用原子吸收或原子發(fā)散光譜分析油液中磨屑的成分和含量，判斷磨損的零件和磨損的嚴重程度的方法。該方法對有色金屬比較適用。油液鐵譜分析法是指將油液按一定的操作步驟稀釋在玻璃試管或玻璃片上，使之通過一個強磁場，在強磁場的作用下，不同大小的磨屑所能通過的距離不一樣，根據(jù)油樣中磨屑沉淀情況便可判斷設(shè)備元部件磨損和程度。磁塞檢查法是指用帶有磁性的塞頭插入液壓設(shè)備的管道內(nèi)收集油液中的磨屑，用肉眼直接觀察磨屑的含量、大小及形狀，以此來判斷設(shè)備元部件的磨損狀況。三、幾種常見油液污染顆粒測定方法簡介磁塞分析法磁塞分析法是最早的油樣分析法，將磁塞插入被檢測油路中，收集分離出的鐵磁性磨粒，然后將磁塞芯子取下洗去油液，置于讀數(shù)顯微鏡下觀察磨損顆粒的大小、數(shù)量和形狀，從而判斷機器零件的磨損狀態(tài)。磁塞分析具有設(shè)備簡單、成本低廉、分析技術(shù)簡便，一般維修人員都能很快掌握，能比較準(zhǔn)確獲得零件磨損和故障信息等優(yōu)點，因此它是一種簡便而行之有效的方法。但是它只適用于對帶磁性的材料進行分析，其殘渣尺寸大于50。淤積指數(shù)法其原理是以污染的油液通過濾膜，由于污染顆粒滯留于膜上的過濾微孔被堵塞，這樣就減慢了過濾速度，以專門的裝置使油液在一定的壓力下，將規(guī)定了的3個不同容積的液量通過濾膜，測定相應(yīng)的流過時間、則淤積指數(shù)S為 （5—1）此法可用來測定5以下的顆粒數(shù)量或膠質(zhì)狀態(tài)物質(zhì)。顯微鏡顆粒計數(shù)法該技術(shù)的基本原理是將油樣經(jīng)濾膜過濾，然后將帶污染顆粒的濾膜烘干，放在普通顯微鏡下統(tǒng)計不同尺寸范圍的污染顆粒數(shù)目和尺寸。該技術(shù)的優(yōu)點是能直接觀察和拍攝磨損微粒的形狀、尺寸和分布情況，從而定性了解磨損類型和磨損微粒來源，而