【正文】 5分鐘噪聲監(jiān)測(cè)與診斷 利用聲響判斷物品的質(zhì)量是人們常用的簡(jiǎn)易方法。例如，維修人員用聽(tīng)棒檢查軸承的運(yùn)行狀態(tài)，鐵路工人用手錘檢驗(yàn)車架以判斷其故障等，這些都是敲擊聲檢測(cè)法。在檢測(cè)蜂窩結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料缺陷時(shí)，也常采用這種方法。這些簡(jiǎn)單的方法沿用至今，仍只是一種定性的故障檢測(cè)手段，需依賴于人的經(jīng)驗(yàn)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(cè)量聲音的主要特征量是聲壓、聲強(qiáng)、頻率，質(zhì)點(diǎn)振速和聲功率等，其中聲壓和聲強(qiáng)是兩個(gè)主要參數(shù)，也是測(cè)量的主要對(duì)象。噪聲測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，測(cè)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(jìn)行阻抗變換。在兩放大器之間通常還插入帶通濾波器和計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，前者能夠截取某頻帶信號(hào)，對(duì)噪聲進(jìn)行頻譜分析；后者則可以獲得不同的計(jì)權(quán)聲級(jí)。輸出放大器的輸出信號(hào)必須經(jīng)檢波電路和顯示裝置，以讀出總聲級(jí)，A、B、C、D計(jì)權(quán)聲級(jí)計(jì)或各頻帶聲級(jí)。噪聲測(cè)量用的傳聲器傳聲器包括兩部分，一是將聲能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的聲接收器。聲接收器具有力學(xué)振動(dòng)系統(tǒng)，如振膜。傳聲器置于聲場(chǎng)中，聲膜在聲的作用下產(chǎn)生受迫振動(dòng)。二是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)電轉(zhuǎn)換器。傳聲器依靠這兩部分，可以把聲壓的輸入信號(hào)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(jí)）、頻率特性、噪聲級(jí)及其指向特性等。傳聲器按機(jī)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(jí)計(jì)。另外，傳聲器按膜片受力方式不同可分為壓強(qiáng)式、壓差式和壓強(qiáng)壓差復(fù)合式等類型。其中壓強(qiáng)式用的最多。 圖41 電容式傳聲器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖42 壓電式傳聲器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1—絕緣體 2—?dú)んw 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(xì)管 5—輸出端聲級(jí)計(jì)噪聲測(cè)量主要是測(cè)量聲壓級(jí)。聲級(jí)計(jì)是噪聲測(cè)量中最常用、最簡(jiǎn)單的測(cè)試儀器，聲級(jí)計(jì)由傳感器、放大器、衰減器計(jì)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(hào)輸入傳聲器后，被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。當(dāng)信號(hào)微小時(shí)，經(jīng)過(guò)放大器放大；若信號(hào)較大時(shí)，則對(duì)信號(hào)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(hào)衰減或放大。為提高信噪比，保持小的失真度和大的動(dòng)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(jí)計(jì)中相應(yīng)地設(shè)置了3個(gè)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)可直接讀出聲級(jí)數(shù)值。經(jīng)最后的輸出放大器放大的信號(hào)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(jí)計(jì)工作原理聲強(qiáng)測(cè)量聲強(qiáng)測(cè)量具有許多優(yōu)點(diǎn)，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(jìn)行。聲強(qiáng)測(cè)量?jī)x由聲強(qiáng)探頭、分析處理儀器及顯示儀器等部分組成。聲強(qiáng)探頭由兩個(gè)傳聲器組成，具有明顯的指向特性。聲強(qiáng)測(cè)量?jī)x可以在現(xiàn)場(chǎng)條件下進(jìn)行聲學(xué)測(cè)量和尋找聲源，具有較高的使用價(jià)值。 聲功率測(cè)量單位時(shí)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(qiáng)成反比。由聲功率的定義可知，當(dāng)聲源被測(cè)量表面包圍時(shí)，聲源聲功率等于包圍聲源的面積乘以通過(guò)此表面的聲強(qiáng)通量。因此，可以用測(cè)量聲強(qiáng)的方法計(jì)算聲源聲功率。當(dāng)聲源放在某封閉測(cè)量表面以外時(shí)，通過(guò)此封閉表面的凈聲強(qiáng)通量等于零。所以，凡是在封閉測(cè)量表面以外的聲源，對(duì)封閉表面內(nèi)聲源的聲功率沒(méi)有影響。用聲強(qiáng)測(cè)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(shí)別在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷中，聽(tīng)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(jī)的聲波；另一類是指不希望有的擾動(dòng)或干擾聲音，有時(shí)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(cè)研究某聲源時(shí)，凡與該聲源信號(hào)存在與否無(wú)關(guān)的一切干擾，統(tǒng)稱為背景噪聲。噪聲識(shí)別的方法很多，利用聲音和噪聲的測(cè)量與分析進(jìn)行機(jī)器設(shè)備監(jiān)測(cè)及診斷的主要方法有下列幾種：通過(guò)簡(jiǎn)易診斷技術(shù)的評(píng)估法這種方法可以通過(guò)人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)主觀判斷噪聲源的頻率和位置，估計(jì)機(jī)器運(yùn)行是否正常；或者借助于傳聲器、放大器、聲級(jí)計(jì)對(duì)機(jī)器進(jìn)行近場(chǎng)掃描測(cè)量和表面振速分析，以尋找機(jī)器的噪聲源和主要發(fā)聲部位。這種方法可用于機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)的一般識(shí)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(yàn)，也無(wú)法對(duì)噪聲源作定量的量度。表面振速測(cè)量法對(duì)于無(wú)衰減平面余弦行波來(lái)說(shuō)，從表面質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度可以得到一定面積的振動(dòng)表面輻射的聲功率。為了對(duì)輻射表面采取有效的降噪措施，需要知道輻射表面上各點(diǎn)輻射聲能的情況，以便確定主要輻射點(diǎn)，采取針對(duì)性的措施。這時(shí)可以將振動(dòng)表面分割成許多小塊，測(cè)出表面各點(diǎn)的振動(dòng)速度，然后畫(huà)出等振速線圖，從而可形象地表達(dá)出聲輻射表面各點(diǎn)輻射聲能的情況以及最強(qiáng)的輻射點(diǎn)。頻譜分析法與振動(dòng)診斷方法一樣，頻譜分析是識(shí)別聲源的重要方法，特別是對(duì)噪聲頻譜的結(jié)構(gòu)和峰值進(jìn)行分析，可求得峰值及對(duì)應(yīng)的特征頻率，進(jìn)而尋找發(fā)生故障的零件、部件及故障原因。對(duì)于往復(fù)機(jī)械或旋轉(zhuǎn)機(jī)械，一般都可以在它們的噪聲頻譜信號(hào)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(shí)別主要噪聲源。當(dāng)峰值頻率為好幾個(gè)零件、部件共有時(shí)，就要結(jié)合其他方法，才能識(shí)別和區(qū)別研究哪個(gè)零件、部件是主要噪聲源。聲強(qiáng)法近年來(lái)用聲強(qiáng)來(lái)識(shí)別噪聲源的研究發(fā)展很快，這是因?yàn)槁晱?qiáng)探頭具有明顯的指向特性。聲強(qiáng)法測(cè)量對(duì)聲學(xué)環(huán)境沒(méi)有特殊要求，并可在現(xiàn)場(chǎng)作近場(chǎng)測(cè)量，既方便又迅速，可以為維修管理和改進(jìn)機(jī)器設(shè)計(jì)提供詳細(xì)而有用的信息。三、噪聲監(jiān)測(cè)與診斷實(shí)例電動(dòng)機(jī)噪聲監(jiān)測(cè)：某大型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的噪聲比出廠初期增大了，用一般聲級(jí)計(jì)也可以測(cè)聲壓級(jí)，但無(wú)法查明其原因，而用對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)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(cè)量分析簡(jiǎn)圖。 圖44 電動(dòng)機(jī)噪聲測(cè)量分析系統(tǒng) 圖45 功率譜圖1ch：聲級(jí)計(jì)；2ch：NP300型加速度傳感器；電動(dòng)機(jī)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(dòng)信號(hào)x1(t)的功率譜S1（f）；圖下半部分為電動(dòng)機(jī)噪聲信號(hào)x2(t)的功率譜S2（f）。觀測(cè)噪聲信號(hào)功率譜圖，有三個(gè)明顯的峰值，這三個(gè)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)內(nèi)部間隙引起的噪聲。欲降低電動(dòng)機(jī)的噪聲級(jí)，必須從減少120Hz、490Hz和1370Hz的頻率分量著手，其中490Hz可以通過(guò)調(diào)換軸承來(lái)改善；對(duì)120Hz和1370Hz分量來(lái)說(shuō)，可以用隔音材料制成輕型隔音罩來(lái)降低。《冶金機(jī)械設(shè)備維修》教案學(xué)習(xí)情景1：設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷授課日期授課時(shí)數(shù)4授課形式任務(wù)設(shè)計(jì)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(shí)際設(shè)備油液分析技術(shù)的能力。培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)、職業(yè)責(zé)任感及自學(xué)能力。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：油液分析技術(shù)的原理及方法難點(diǎn)：油液分析技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用課外作業(yè)閱讀專業(yè)雜志及書(shū)籍，多參加實(shí)際鍛煉課后體會(huì)講授方法得當(dāng)，層次分明，重點(diǎn)突出，啟發(fā)思維，互動(dòng)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(shí)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(guò)學(xué)習(xí)，訓(xùn)練學(xué)生針對(duì)冶金機(jī)電設(shè)備相關(guān)零部件進(jìn)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(jiàn)檢測(cè)儀器?！窨偨Y(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(dòng)機(jī)構(gòu)磨損故障診斷?！癫贾米鳂I(yè) 噪聲監(jiān)測(cè)原理及方法。演示文檔（PPT）、機(jī)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(shí)訓(xùn)30分鐘；總結(jié)5分鐘 油液分析技術(shù)人在感覺(jué)自己的身體不適時(shí)，往往會(huì)到醫(yī)院進(jìn)行體檢，體檢項(xiàng)目中有一項(xiàng)驗(yàn)血，就是通過(guò)分析血液的成分，以查驗(yàn)身體情況。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷中其中一個(gè)重要的內(nèi)容——油液分析，就與人體檢時(shí)驗(yàn)血類似。所謂油液分析，是指通過(guò)對(duì)從運(yùn)行設(shè)備中所取得的有代表性的潤(rùn)滑油樣的檢測(cè)和分析，獲得有關(guān)設(shè)備在用潤(rùn)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(píng)判設(shè)備潤(rùn)滑與磨損狀況或診斷相關(guān)故障的技術(shù)過(guò)程。油液分析主要包括對(duì)潤(rùn)滑油狀況（性質(zhì)）的分析和對(duì)油中磨損顆粒的分析。一、油液分析技術(shù)的意義 機(jī)械設(shè)備中的潤(rùn)滑劑在使用過(guò)程中，受設(shè)備工況條件變化、環(huán)境和相關(guān)機(jī)械子系統(tǒng)的影響，難以避免的外來(lái)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(huì)有損耗，而且在組成成分和結(jié)構(gòu)上也會(huì)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(rùn)滑效能，如果不能得到及時(shí)的補(bǔ)充或更換，設(shè)備相關(guān)摩擦副將由于得不到有效的保護(hù)而發(fā)生損傷甚至失效；如果能通過(guò)及時(shí)檢測(cè)設(shè)備在用潤(rùn)滑劑的品質(zhì)和污染物指標(biāo)的變化，適時(shí)掌握設(shè)備潤(rùn)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(hù)措施，可有效防止設(shè)備中關(guān)鍵摩擦副的損傷，延長(zhǎng)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(jī)電設(shè)備向高速、大功率、高度自動(dòng)化、集成化和強(qiáng)適應(yīng)能力方向發(fā)展，設(shè)備工作的可靠性要求也越來(lái)越高，作為制定設(shè)備維護(hù)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(lái)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(diǎn)、凝點(diǎn)、抗氧化穩(wěn)定性、防銹性等。其中黏度和酸值對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行尤為重要。因?yàn)轲ざ仁怯绊懹鸵毫鲃?dòng)的主要物理性質(zhì)，又是決定運(yùn)動(dòng)件表面油膜厚度的主要因素；而酸值反映了油液對(duì)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(dá)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(gè)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(lái)的或生成的，不需要存在于油液中的，對(duì)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(wú)機(jī)物或有機(jī)物（微生物）；污染能量指熱能、靜電荷、磁場(chǎng)、放射線等。其中最經(jīng)常出現(xiàn)、數(shù)量最大、危害最嚴(yán)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(lái)源于液壓設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦磨損、機(jī)械沖擊、表面疲勞、腐蝕、流體動(dòng)力、化學(xué)及電化學(xué)反應(yīng)等。據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)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(cè)、診斷、預(yù)測(cè)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(yùn)行狀態(tài)的、有代表性的油樣；所謂檢測(cè)，就是對(duì)油樣進(jìn)行分析，測(cè)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(cè)，就是估計(jì)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(cè)的情況確定維修方式、時(shí)間和部位。目前已經(jīng)使用或正在研究的油樣分析檢測(cè)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(yán)重程度的方法。該方法對(duì)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(guò)一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)，在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，不同大小的磨屑所能通過(guò)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(lái)判斷設(shè)備元部件的磨損狀況。三、幾種常見(jiàn)油液污染顆粒測(cè)定方法簡(jiǎn)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(cè)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(jī)器零件的磨損狀態(tài)。磁塞分析具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、分析技術(shù)簡(jiǎn)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(diǎn)，因此它是一種簡(jiǎn)便而行之有效的方法。但是它只適用于對(duì)帶磁性的材料進(jìn)行分析，其殘?jiān)叽绱笥?0。淤積指數(shù)法其原理是以污染的油液通過(guò)濾膜，由于污染顆粒滯留于膜上的過(guò)濾微孔被堵塞，這樣就減慢了過(guò)濾速度，以專門(mén)的裝置使油液在一定的壓力下，將規(guī)定了的3個(gè)不同容積的液量通過(guò)濾膜，測(cè)定相應(yīng)的流過(guò)時(shí)間、則淤積指數(shù)S為 （5—1）此法可用來(lái)測(cè)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(jì)數(shù)法該技術(shù)的基本原理是將油樣經(jīng)濾膜過(guò)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(jì)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(diǎn)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(lái)源，而