動(dòng)力機(jī)械測試技術(shù)(作業(yè)).docx

結(jié)課論文 姓名：李志豪學(xué)號(hào)：2013130701課程名稱：動(dòng)力機(jī)械測試技術(shù)指導(dǎo)老師：張壽珍噪聲測試技術(shù)概述隨著現(xiàn)代工業(yè)、交通運(yùn)輸和城市建設(shè)的迅速發(fā)展，噪聲對環(huán)境的污染日益嚴(yán)重，已成為當(dāng)今世界的一大公害。為此，國際標(biāo)準(zhǔn)組織以及許多國家都紛紛制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，用于環(huán)境噪聲的監(jiān)測和各類噪聲的控制。國外已經(jīng)進(jìn)行了很多噪聲測試技術(shù)方面的研究，包括在傳感器外施加冷卻裝置的水套冷卻技術(shù)、利用激光測振原理的光纖傳聲器技術(shù)、利用輝光放電原理的等離子體傳聲器技術(shù)等等。1 基于施加冷卻裝置的高溫噪聲測量技術(shù)噪聲測量中，一般選用電容式或壓電式的噪聲傳感器，典型的電容式傳感器能承受的溫度在260以下，壓電式傳感器容許范圍稍高，但一般不超過427。基于施加冷卻裝置的高溫噪聲測量技術(shù)，采用專門設(shè)計(jì)的冷卻裝置對普通聲學(xué)傳感器進(jìn)行冷卻降溫，使其能在更高的溫度下適用。其基本原理圖如圖1所示。在測量表面位置與傳感器之間敷設(shè)隔熱層，通過開孔將聲信號(hào)傳導(dǎo)至傳感器，在傳感器周圍安裝專門設(shè)計(jì)的冷卻水套，通過冷卻水對傳感器進(jìn)行冷卻降溫，從而保證傳感器的工作環(huán)境溫度。典型應(yīng)用案例參見美國專利METHOD AND APPARATUS FOR COOLING SENSORS IN HIGH TEMPERATURE ENVIROMENTS（專利號(hào)：5450753）。圖2給出了單個(gè)傳感器安裝實(shí)物示意圖。安裝裝置上表面是復(fù)合材料層，以便保護(hù)基片，其中基片固定在墊圈上，表層和基片的厚度同為0.16英寸，墊圈厚度為0.26英寸。該傳感器系統(tǒng)的核心部件選用Kulite生產(chǎn)的X CE-093型耐高溫型傳感器（能承受高溫427），以便適應(yīng)中心開孔引入殘余空氣的溫度。傳感器的上表面大約比復(fù)合材料層上表面低0.58英寸，這些尺寸關(guān)系和相應(yīng)結(jié)構(gòu)將在某種程度上影響傳感器的響應(yīng)特性。該傳感器系統(tǒng)的冷卻水套采用空心圓柱形套管，其上安裝冷卻水進(jìn)口和冷卻水出口。為滿足實(shí)際測試需要，工程中可對上述冷卻裝置進(jìn)行合理調(diào)整。一般可采用兩種冷卻方式，一種為水冷方式，因?yàn)樗渚哂懈邿崛萘浚蠖鄶?shù)試驗(yàn)采用這種方式；其二為氣冷方式，以避免水冷時(shí)管道內(nèi)液體駐留問題。采用水冷方式的傳感器系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)1097條件下的溫度測量，采用氣冷方式的傳感器系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)797條件下的噪聲測量。2 基于光纖傳聲器的高溫噪聲測量技術(shù)在惡劣環(huán)境下進(jìn)行噪聲測量時(shí)，傳統(tǒng)傳感器日益暴露出其局限性，近年來，基于干涉測量法的光纖傳聲器（Fiber-Optical M icrophone），即FOM 技術(shù)在噪聲測量中逐漸應(yīng)用，其不需要特殊的冷卻裝置也不需要增加空間。FOM 具有兩種設(shè)計(jì)方案，一種是多用于商業(yè)的Mach-Zehnder（MZ）干涉儀裝置，其具有較寬的溫度適用范圍，在一般的高溫低溫均可使用，但其不足之處是對高振動(dòng)敏感以及該裝置的光纖適宜溫度上限為300，因此在惡劣的測量環(huán)境中不提倡使用該型傳感器。另一種是由德國宇航中心（Germ an Aerospace Center）設(shè)計(jì)的基于Fabry-Perot（FP）干涉裝置的光纖傳聲器，該傳聲器已經(jīng)在低溫和高溫條件下?lián)碛谐晒Φ膽?yīng)用案例，目前測量最高溫度可達(dá)726. 85（1000K ），聲壓級(jí)為154dB，并呈現(xiàn)良好的靜動(dòng)態(tài)特性。光纖傳聲器基于由聲誘發(fā)膜片運(yùn)動(dòng)的干涉測量原理, 一束激光通過玻璃光纖傳導(dǎo)到一個(gè)對噪聲敏感的膜片后端面，光束通過透鏡聚焦，并在膜片上產(chǎn)生反射，反射的光束通過相同的透鏡收集并且耦合回光纖，由噪聲誘發(fā)的膜片的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致反射光束發(fā)生多普勒效應(yīng)，通過測量入射和反射光束的干涉信號(hào)，確定聲場信號(hào)。FP干涉裝置在滿足FOM 基本原理之外，還具備了耐高溫特性和光纖對振動(dòng)的非敏感性。該裝置采用具有特殊金屬涂層的非極化維持單模光纖，其使用溫度可達(dá)800-1000K；同時(shí)采用兩根光纖，一根光纖用于傳導(dǎo)激光到反射膜片后面，另一根光纖用于引導(dǎo)反射光和聚焦光回到二極管中，兩個(gè)干涉光束都在光纖內(nèi)傳播，光纖的振動(dòng)對于干涉光束的相對相位沒有影響。3 基于等離子體傳聲器的高溫噪聲測量技術(shù)等離子傳聲器是利用輝光放電壓力傳感器的原理，通過電離中性氣體分子（等離子體）將能量轉(zhuǎn)移到電子或離子的機(jī)制實(shí)現(xiàn)對聲波的感知。通過專門的放大調(diào)制原理和裝置，實(shí)現(xiàn)聲信號(hào)的傳遞、放大和轉(zhuǎn)換。該技術(shù)的優(yōu)勢是可以將表面壓力（動(dòng)態(tài)壓力、噪聲）、剪切應(yīng)力、溫度和熱流等測量傳感器集成為一套傳感器系統(tǒng)，可用與高溫高速高焓值氣流中的噪聲、熱流等多參數(shù)的同步測試。該傳感器系統(tǒng)具有很寬的動(dòng)態(tài)范圍，一般不需要頻率補(bǔ)償，具有良好幅值調(diào)制的幅值輸出。采用MEMS技術(shù)可以制成微米級(jí)尺寸的單個(gè)傳感器單元，或根據(jù)需要排列成多個(gè)傳感器陣列，因此該項(xiàng)技術(shù)是目前正在發(fā)展的用于高溫試驗(yàn)環(huán)境下噪聲測量的前沿技術(shù)之一。等離子體傳聲器基本原理，即直流輝光放電原理如圖3所示，在兩電極狹縫之間電離空氣，正電極與負(fù)電極對應(yīng)直流電的陽極和陰極，X方向?qū)?yīng)狹縫的方向，Y方向?qū)?yīng)氣流的方向。圖3 直流輝光放電原理圖一旦輝光放電裝置建立，產(chǎn)生的電子數(shù)和正離子沖擊有關(guān)，如果輝光放電的強(qiáng)度不變，留在陰極的大量電子就會(huì)引起連鎖效應(yīng)，這就是電子的連續(xù)性，如下式所示：其中，為每秒每平方厘米離開陰極的電子數(shù)；為每秒每平方厘米沖擊陰極板的正離子數(shù)；為比例常數(shù)，與正離子能量有關(guān)；h為電極寬度。擴(kuò)展這個(gè)方程，如下式所示：其中，為每秒到達(dá)陽極的電子數(shù)；為每秒離開陰極的電子數(shù)；為每秒由速度為u的空氣電離的離子數(shù)，是與陰極釋放的電子數(shù)和沖擊陰極的離子數(shù)相關(guān)的常數(shù)。4 結(jié)論噪聲