常見(jiàn)機(jī)械信號(hào)的測(cè)量

《現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)》

3常見(jiàn)機(jī)械信號(hào)的測(cè)量

掌握常見(jiàn)位移測(cè)量傳感器的原理、應(yīng)用了解電動(dòng)式速度測(cè)量技術(shù)了解壓電加速度測(cè)量技術(shù)掌握噪聲測(cè)量技術(shù)本章的學(xué)習(xí)要求：

3.1概述機(jī)械信號(hào):位移,速度,加速度,噪聲等強(qiáng)烈的振動(dòng)→機(jī)器失效或破壞→檢測(cè)→產(chǎn)品質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)與預(yù)警刀具的運(yùn)動(dòng)量加工精度控制的保證閥的開(kāi)度機(jī)器工作控制的保證機(jī)器的熱態(tài)和冷態(tài)脹差設(shè)備調(diào)整的原始依據(jù)齒輪箱的振動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的依據(jù)

▲位移：物體上某點(diǎn)在兩個(gè)不同瞬間的位置變化量測(cè)量意義：零部件的位移，許多參數(shù)（力、壓力、扭矩、溫度、流量、物位等）轉(zhuǎn)換為位移來(lái)測(cè)試分類(lèi)：線(xiàn)位移和角位移測(cè)量要素：大小，方向測(cè)量系統(tǒng)組成：位移傳感器、測(cè)試電路、終端顯示測(cè)量方法：電感式、電容式、渦流式、應(yīng)變式、霍爾式、壓電式、光柵式、感應(yīng)同步器和磁柵等3.2位移的測(cè)量3.2.1電位器式位移傳感器電位計(jì)式傳感器通常用電阻絲繞在框架上，改變電阻絲的接入長(zhǎng)度，引起輸出電阻的改變。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、可靠，但精度低，動(dòng)態(tài)響應(yīng)差。且由于磨損與塵埃等，引起接觸電阻變化，引入噪聲。靈敏度：

應(yīng)用：可用來(lái)測(cè)位移及可變成位移的物理量。

為常數(shù)，因此，具有良好的線(xiàn)性。

電阻式傳感器可分為電位計(jì)式和應(yīng)變式。參量型傳感器3.2.2電阻應(yīng)變式位移傳感器組合式位移傳感器（見(jiàn)教材58頁(yè)）3.2.3電容式傳感器

1.變換原理

將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)化為電容量變化。兩平行極板組成的電容器,它的電容量為:+++A

當(dāng)被測(cè)量δ、A或ε發(fā)生變化時(shí)，都會(huì)引起電容的變化。如果保持其中的兩個(gè)參數(shù)不變，而僅改變另一個(gè)參數(shù)，就可把該參數(shù)的變化變換為單一電容量的變化。2.分類(lèi)

a)極距變化型+++c)介質(zhì)變化型b)面積變化型:平面線(xiàn)位移型,角位移型,柱面線(xiàn)位移型3.靈敏度

a)極距變化型傳感器的靈敏度近似為：變極距電容傳感器

平板電容器傳感器靈敏度b)面積變化型a)直線(xiàn)位移型

直線(xiàn)位移型b)角位移型

傳感器靈敏度角位移型c)介質(zhì)變化型介質(zhì)常數(shù)變化型電容式傳感器大多用于測(cè)量電介質(zhì)的厚度(圖a)、位移(圖b)、液位(圖c)根據(jù)極板介質(zhì)的介電常數(shù)隨溫度、濕度、容量改變而改變來(lái)測(cè)量溫度、濕度、容量(圖d)等。4.電容式傳感器的應(yīng)用振動(dòng)測(cè)量

旋轉(zhuǎn)軸的偏心量的測(cè)量

電感式傳感器是基于電磁感應(yīng)原理，它是把被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電感量的一種裝置。分類(lèi):電感式傳感器自感型可變磁阻型渦流式互感型3.2.4.電感式傳感器1.可變磁阻式(自感型)原理:電磁感應(yīng)

W:線(xiàn)圈匝數(shù)；

L1:軟鐵長(zhǎng)度；μ1：軟鐵磁導(dǎo)率；μ0：空氣磁導(dǎo)率A1：鐵芯導(dǎo)磁截面A0：空氣導(dǎo)磁截面可變磁阻式傳感器基本原理1．線(xiàn)圈2.鐵芯3.銜鐵(1).間隙變化型間隙變化型可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu)

當(dāng)μ0

、A0固定不變，改變?chǔ)臅r(shí)，L與δ呈非線(xiàn)形（雙曲線(xiàn)）關(guān)系，L與δ的雙曲線(xiàn)關(guān)系

傳感器靈敏度：(2).面積變化型面積變化型可變磁阻式傳感器結(jié)構(gòu)當(dāng)μ0

、δ

固定不變，改變A0時(shí)，L與A0呈線(xiàn)形關(guān)系，傳感器靈敏度L與A0的線(xiàn)形關(guān)系=常數(shù)(3).螺線(xiàn)管型當(dāng)其它參數(shù)不變，僅改變L1，使Rm變化，從而產(chǎn)生電感的變化。(4).差動(dòng)型變間隙型差動(dòng)變壓器輸出特性傳感器靈敏度1）工作原理：利用被測(cè)量改變兩個(gè)線(xiàn)圈的互感，變壓器輸出端（次級(jí)線(xiàn)圈）的耦合電壓跟隨被測(cè)量變化。2）輸出特性：在初級(jí)線(xiàn)圈加一激勵(lì)電壓ei，次級(jí)由兩個(gè)獨(dú)立的線(xiàn)圈組成，并將兩個(gè)線(xiàn)圈反串串接，這時(shí)次級(jí)輸出：（5）差動(dòng)變壓器工作原理:互感現(xiàn)象.應(yīng)用:厚度,角度,表面粗糙度;拉伸,壓縮,垂直度;

壓力,流量,液位;張力,重力,負(fù)荷量;扭矩,

應(yīng)力,動(dòng)力;氣壓,溫度;振動(dòng),速度,加速度;等.案例：板的厚度測(cè)量

~案例：張力測(cè)量▲當(dāng)金屬板置于變化磁場(chǎng)中或者在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在金屬板中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，稱(chēng)為渦流。渦流的大小與金屬板的電阻率ρ、磁導(dǎo)率μ、厚度t，以及金屬板與線(xiàn)圈距離、激勵(lì)電流、角頻率等參數(shù)有關(guān)。渦流式電感傳感器可分為1）高頻反射式2）低頻投射式3.2.5電渦流式傳感器

1.工作原理：通常交變磁通借助于通過(guò)交變電流的線(xiàn)圈來(lái)產(chǎn)生，設(shè)線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁通為Φ1，Φ1作用在導(dǎo)體中產(chǎn)生的電渦流同樣產(chǎn)生磁通Φ2，且與Φ1方向相反。由于Φ2對(duì)線(xiàn)圈的反作用，導(dǎo)致線(xiàn)圈的阻抗發(fā)生變化。參量型傳感器

Z=f（δ，μ，ρ，f以及表面狀況……）

δ-距離，μ-磁導(dǎo)率，ρ-電導(dǎo)率，f-頻率,……

如果這些參數(shù)中有某個(gè)發(fā)生變化，線(xiàn)圈阻抗便會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)線(xiàn)圈的阻抗，便能測(cè)定相應(yīng)的物理量。

②線(xiàn)圈的等效阻抗將產(chǎn)生電渦流的導(dǎo)體看作是一個(gè)封閉回路，根據(jù)等效電路可列出回路方程：

參量型傳感器由上式可看出：原線(xiàn)圈阻抗Z0=R1+jωL1由于電渦流的影響,Z1變成Z1=(R1+kR2)+jω(L1-kL2)式中：kR2:渦流反射電阻，

kL2:反射電感參量型傳感器原線(xiàn)圈的等效阻抗Z變化：例1.高頻反射式（集膚效應(yīng)）高頻反射式渦流傳感器δ例2.低頻透射式（互感原理）低頻透射式渦流傳感器e2隨材料厚度增加變化的規(guī)律③諧振回路法測(cè)量原理

諧振法電路就是利用線(xiàn)圈電感與一個(gè)電容器相并聯(lián)，組成一個(gè)并聯(lián)諧振回路，這時(shí)，諧振回路的復(fù)阻抗為：參量型傳感器Z的幅頻特性當(dāng)線(xiàn)圈靠近導(dǎo)體時(shí)，由于渦流反射電感的作用，使線(xiàn)圈的等效電感發(fā)生變化，其變化情況分兩種：a.被測(cè)導(dǎo)體為非導(dǎo)磁體：

參量型傳感器諧振頻率ω0，即輸入電流頻率為ω0時(shí)，諧振回路阻抗值為最大。b.被測(cè)導(dǎo)體為導(dǎo)磁體：δ↓M↑

L↓Z↓δ↓M↑

L↓Rm↓L↑↑Z↓參量型傳感器↑電渦流傳感器在使用時(shí)應(yīng)保證被測(cè)導(dǎo)體的面積要比線(xiàn)圈的面積大，否則靈敏度下降。另外，對(duì)于不同的材料，由于磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率不同，也會(huì)導(dǎo)致靈敏度不同，因此，在使用前應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。電渦流傳感器通?？捎脕?lái)測(cè)量：①位移、振幅；②轉(zhuǎn)速；③表面裂紋、厚度；④材料分選、表面不平度等，還可以進(jìn)行零件計(jì)數(shù)。2.應(yīng)用3.應(yīng)用特點(diǎn)線(xiàn)圈厚度小，靈敏度高；外徑大，測(cè)量范圍大，但靈敏度低；被測(cè)對(duì)象的材質(zhì)對(duì)靈敏度的影響：電導(dǎo)率高，靈敏度高；磁導(dǎo)率高，靈敏度小，因而必須先進(jìn)行消磁處理。被測(cè)體形狀對(duì)靈敏度的影響：被測(cè)體的表面積應(yīng)大于線(xiàn)圈的表面積。

參量型傳感器4.渦流式傳感器的應(yīng)用舉例案例：位移、振幅、軸心軌跡的測(cè)量徑向振動(dòng)的測(cè)量構(gòu)件振幅的測(cè)量構(gòu)件振型的測(cè)量軸心軌跡的測(cè)量其中，n為轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速；f為脈沖頻率；z為轉(zhuǎn)軸上的槽數(shù)或齒數(shù)。案例:轉(zhuǎn)速的測(cè)量案例：測(cè)厚案例：零件計(jì)數(shù)案例：連續(xù)油管的橢圓度測(cè)量CoiledTubeEddySensor

ReferenceCircle原理：案例：無(wú)損探傷原理裂紋檢測(cè)，缺陷造成渦流變化。火車(chē)輪檢測(cè)油管檢測(cè)3.2.6感應(yīng)同步器（課堂自學(xué)）3.2.7光柵位移測(cè)量（課堂自學(xué)）3.2.8光學(xué)軸編碼位移測(cè)量（課堂自學(xué)）3.3電動(dòng)式速度測(cè)量技術(shù)

磁電式傳感器是把運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種轉(zhuǎn)換器。感應(yīng)線(xiàn)圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e為

磁通變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁阻、線(xiàn)圈運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)，改變其中一個(gè)因素，都會(huì)改變線(xiàn)圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

2.分類(lèi)

磁電式動(dòng)圈式磁阻式線(xiàn)速度型角速度型N3.動(dòng)圈式傳感器

l:每匝線(xiàn)圈的平均長(zhǎng)度；B:線(xiàn)圈所在磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；A:每匝線(xiàn)圈的截面積；θ:線(xiàn)圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角；k:傳感器的結(jié)構(gòu)系數(shù)。4.磁阻式傳感器

5.磁電傳感器的應(yīng)用測(cè)速電機(jī)磁電式測(cè)速傳感器測(cè)頻數(shù)測(cè)轉(zhuǎn)速偏心測(cè)量振動(dòng)測(cè)量▲3.4壓電加速度測(cè)量技術(shù)

1.壓電傳感器原理

1）原理某些物質(zhì)，如石英，當(dāng)受到外力作用時(shí)，不僅幾何尺寸會(huì)發(fā)生變化，而且內(nèi)部被極化，表面會(huì)產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉時(shí)，又重新回到原來(lái)的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。線(xiàn)加速度是指物體質(zhì)心沿其運(yùn)動(dòng)軌跡方向的加速度，是描述物體在空間運(yùn)動(dòng)本質(zhì)的一個(gè)基本量。線(xiàn)加速度的單位是m/s2，而習(xí)慣上常以重力加速度g作為計(jì)量單位。對(duì)于加速度，常用慣性測(cè)量法，即把慣性型測(cè)量裝置安裝在運(yùn)動(dòng)體上進(jìn)行測(cè)量。壓電效應(yīng)式中，q為電荷[量]；D為壓電常數(shù)，與材質(zhì)及切片方向有關(guān)；F為作用力。q=DFea：開(kāi)路電壓；q:壓電晶片表面上的電荷；Ca

為壓電晶片的電容。2）

測(cè)量電路

等效電荷源

Cc:分布電容；Ri:輸入電阻；Ra:漏電阻；Ci:輸入電容壓電式傳感器輸出電荷q很少，內(nèi)阻Ra很大，輸出信號(hào)很弱小，因此要進(jìn)行處理：(1)放大微弱的壓電信號(hào)(2)進(jìn)行阻抗匹配

電壓放大器電荷放大器(1).主要作用放大器的輸入電壓：系統(tǒng)的輸出電壓為：

系統(tǒng)的靈敏度為：當(dāng)電纜長(zhǎng)度變化時(shí)，Cc變化，ei變化，系統(tǒng)的靈敏度發(fā)生變化，此時(shí)測(cè)試比較困難(2).電壓放大器q≈qt+qf=ei(Ca+Cc+Ci)+(ei-ey)Cf=eiC+(ei-ey)Cf

ei=(q+eyCf)/(C+Cf)推導(dǎo)(3).電荷放大器3）

壓電傳感器的應(yīng)用壓力變送器加速度計(jì)，力傳感器

壓電式壓力傳感

壓電式壓力傳感器特性

阻抗頭的結(jié)構(gòu)原理圖

阻抗頭的安裝結(jié)構(gòu)

▲牽連運(yùn)動(dòng)：和被測(cè)運(yùn)動(dòng)體一起運(yùn)動(dòng)慣性運(yùn)動(dòng)：質(zhì)量體相對(duì)于運(yùn)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)2慣性式加速度計(jì)的工作原理由牛頓運(yùn)動(dòng)定律，有：經(jīng)整理后得：坐標(biāo)x表示傳感器基座的位移坐標(biāo)y表示質(zhì)量塊相對(duì)于傳感器基座的位移該物理模型是一個(gè)典型的二階線(xiàn)性測(cè)量系統(tǒng)，引入無(wú)阻尼固有圓頻率ωn及無(wú)阻尼阻尼比ξ：以待測(cè)物體的加速度a為激勵(lì)，以質(zhì)量塊的相對(duì)位移y為響應(yīng)，對(duì)上式取拉氏變換，有：頻率響應(yīng)函數(shù)為拉氏傳遞函數(shù)Ha（S）為：幅頻特性為:相頻特性為:結(jié)論：

慣性式加速度計(jì)必須工作在低于其固有頻率的頻域內(nèi)。因此，慣性式加速度計(jì)有盡可能寬的工作頻域，它的固有頻率應(yīng)盡可能高一些，也就是彈簧的剛度k應(yīng)盡可能大一些，質(zhì)量m應(yīng)盡可能小。

1)壓電加速度計(jì)是一種慣性式傳感器，它的輸出電荷與被測(cè)的加速度成正比1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：基座：加厚基座或剛度較大的材料；質(zhì)量塊m：具有一定的重量，以提高傳感器的靈敏度；引線(xiàn)：直接焊接在晶體表面的金屬片上，一般采用鍍銀電極；預(yù)加載荷：由硬彈簧、螺栓、螺母對(duì)質(zhì)量塊、晶片預(yù)加載荷3壓電加速度計(jì)被測(cè)加速度amaF(慣性力)QU等效質(zhì)量塊m晶片電荷放大器2)工作原理應(yīng)變式加速度計(jì)是以應(yīng)變片為機(jī)——電轉(zhuǎn)換元件的加速度傳感器。R1R2R4R3UscUsraR1R2被測(cè)加速度amaεΔRΔU等效質(zhì)量塊m電橋等強(qiáng)度梁應(yīng)變片4應(yīng)變式加速度計(jì)3.5噪聲測(cè)量技術(shù)3.5.1噪聲測(cè)量的物理量1、噪聲的定義指聲音強(qiáng)弱和頻率變化都雜亂無(wú)章、沒(méi)有規(guī)律的聲音，即不協(xié)調(diào)的聲音稱(chēng)為噪聲。噪聲是一定頻率范圍內(nèi)的機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中傳播的聲波。

噪聲是聲波的一種，具有聲波的一切特性。其波長(zhǎng)、聲速和頻率的關(guān)系如下：聲音按頻率可分為：次聲、可聽(tīng)聲、超聲、特超聲。·次聲：頻率低于20Hz的聲音；·可聽(tīng)聲：人耳可聽(tīng)到的聲音，頻率為20Hz

到20000Hz；·超聲：聲波的頻率高到超過(guò)人耳聽(tīng)覺(jué)范圍的頻率極限，人們覺(jué)察不到的聲波；·特超聲：高于超聲頻率上限的超高頻聲波如300MHz、500MHz、1000MHz的聲波。2、聲壓、聲強(qiáng)和聲功率

1）聲壓聲壓是指有聲波時(shí)，媒質(zhì)的壓力對(duì)靜壓（沒(méi)有聲波時(shí)媒質(zhì)的壓力）的變化量，通常以其均方根值來(lái)表示。聲壓記為P，單位為牛/米2（N/m2）即帕（Pa）。聽(tīng)閥聲壓：正常人雙耳能聽(tīng)到的1000Hz的純音的聲壓為2×10-5Pa基準(zhǔn)聲壓：2×10-5Pa2)聲強(qiáng)聲場(chǎng)中某一點(diǎn)處的聲強(qiáng)定義為一個(gè)與指定方向（聲波由聲源該點(diǎn)的傳播方向）相垂直的單位面積上、每單位時(shí)間內(nèi)傳過(guò)的聲能。以I表示，其單位為瓦/米2（W/m2）聽(tīng)閾聲壓的聲強(qiáng)為10-12W/m2，以此值作為基準(zhǔn)聲強(qiáng)。

3）聲功率聲功率是聲源在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射出的總能量，通常用W表示，單位為瓦（W）。取10-12W作為基準(zhǔn)聲功率。3、聲級(jí)和分貝通常聲壓、聲強(qiáng)和聲功率以分貝表示，分貝表示的量與選定的基準(zhǔn)量有關(guān)。1）聲壓級(jí)（Lp）

式中，p0為基準(zhǔn)聲壓（p0=2×10-5Pa）。2）聲強(qiáng)級(jí)（LI）

式中，I0為基準(zhǔn)聲強(qiáng)（I0=10-12W/m2）。3）聲功率級(jí)（LW）式中，W0為基準(zhǔn)聲功率（W0=10-12W）。4）分貝的加、減和平均①分貝加法通常情況下，聲源不是單一的，而總是有多個(gè)聲源同時(shí)存在的。因此，就有聲級(jí)的合成問(wèn)題，聲級(jí)的合成用分貝加法來(lái)進(jìn)行。在各聲源發(fā)生出聲波互不相干的情況下，若相加的聲壓級(jí)分別為L(zhǎng)p1，Lp2，…，Lpn，可得

?總的聲壓級(jí)Lpt為:

式中，Lpi為第i個(gè)聲源的聲壓級(jí)（dB）。

?聲強(qiáng)級(jí)的求和公式：

LI

t為總的聲強(qiáng)級(jí)（dB）；LIi為第i個(gè)聲源的聲強(qiáng)級(jí)（dB）。聲功率級(jí)的求和公式：

LWt為總的聲功率級(jí)（dB）；

LWi為第i個(gè)聲源的聲功率級(jí)（dB）。②分貝減法在某些情況下，需要從總的測(cè)量結(jié)果中減去被測(cè)聲源以外的聲音，如本底噪聲的影響，以確定單獨(dú)由被測(cè)聲源產(chǎn)生的聲級(jí)，這就要進(jìn)行分貝相減的計(jì)算。③分貝的平均值分貝平均值的求法由分貝求和法而來(lái)，即

式中，n-為測(cè)點(diǎn)數(shù)目；Lpi為第i點(diǎn)測(cè)得的聲壓級(jí)為測(cè)點(diǎn)數(shù)目為n點(diǎn)的平均聲壓級(jí)。4、聲級(jí)計(jì)的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)、A聲級(jí)在聲學(xué)測(cè)量?jī)x器中，聲級(jí)計(jì)的“輸入”信號(hào)是噪聲客觀的物理量聲壓，而“輸出”信號(hào)，不僅是對(duì)數(shù)關(guān)系的聲壓級(jí)，而且最好是符合人耳特性的主觀量響度級(jí)。為使聲級(jí)計(jì)的“輸出”符合人耳特性，應(yīng)通過(guò)一套濾波器網(wǎng)絡(luò)造成對(duì)某些頻率成分的衰減，使聲壓級(jí)的水平線(xiàn)修正為相對(duì)應(yīng)的等響曲線(xiàn)。故一般聲級(jí)計(jì)中，參考等響曲線(xiàn)設(shè)置計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)A、B、C三種，對(duì)人耳敏感的頻域加以強(qiáng)調(diào)，對(duì)人耳不敏感的頻域加以衰減，就可直接讀出反映人耳對(duì)噪聲感覺(jué)的數(shù)值，使主客觀量趨于一致。 A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是效仿倍頻等響曲線(xiàn)中的40方曲線(xiàn)設(shè)計(jì)的，較好地模仿了人耳對(duì)低頻段（500赫以下）不敏感，對(duì)1000~5000赫聲敏感的特點(diǎn)。用A計(jì)權(quán)測(cè)量的聲級(jí)叫做A聲級(jí)，記作分貝（A），或dBA。?

B計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是效仿70方等響曲線(xiàn)，低頻有衰減 C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是效仿100方等響曲線(xiàn)，在可聽(tīng)頻率范圍內(nèi)，有近乎平直的特點(diǎn)，讓所有頻率的聲音近乎均同通過(guò)，基本上不衰減，因此C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)代表總聲壓級(jí)。聲級(jí)計(jì)的讀數(shù)均為分貝值。顯然，選用C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量時(shí)，聲壓級(jí)未經(jīng)任何修正（衰減），讀數(shù)仍為聲壓級(jí)的分貝值。而A檔和B檔的計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)聲壓級(jí)已有修正，故它們的讀數(shù)不應(yīng)是聲壓級(jí)，但也不是響度級(jí)，其讀數(shù)應(yīng)稱(chēng)聲級(jí)的分貝值。上圖所示為A、B、C計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)的衰減曲線(xiàn)。3.5.2噪聲測(cè)量?jī)x器1傳聲器傳聲器是將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)的一種聲電換能器。

1、傳聲器的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)

傳聲器按其變換原理，可分成電容式、壓電式和電動(dòng)式等類(lèi)型，其中電容式傳聲器在噪聲測(cè)試中的應(yīng)用最為廣泛。1)電容式傳聲器的結(jié)構(gòu)張緊的膜片與其靠得很近的后極板組成一電容器。在聲壓的作用下膜片產(chǎn)生與聲波信號(hào)相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)，使膜片與不動(dòng)的后極板之間的極距改變，導(dǎo)致該電容器容量的相應(yīng)變化。因此，電容式傳聲器是一極距變化型的電容傳感器。運(yùn)用直流極化電路輸出一交變電壓，此輸出電壓的大小和波形由作用膜片上的聲壓所決定。2)壓電式傳聲器的結(jié)構(gòu)如右圖所示：壓電式傳聲器主要由膜片和與其相聯(lián)的壓電晶體彎曲梁所組成在聲壓的作用下，膜片位移，同時(shí)壓電晶體彎曲梁產(chǎn)生彎曲變形，由于壓電材料的壓電效應(yīng)，使其兩表面生產(chǎn)相應(yīng)的電荷，得到一交變的電壓輸出。3)電動(dòng)式傳聲器的結(jié)構(gòu)如右圖所示：電動(dòng)式傳聲器，又稱(chēng)動(dòng)圈式傳聲器在膜片的中間附有一線(xiàn)圈（動(dòng)圈），此線(xiàn)圈處于永久磁場(chǎng)的氣隙中，在聲壓的作用下，線(xiàn)圈隨膜片一起移動(dòng)，使線(xiàn)圈切割磁力線(xiàn)而產(chǎn)生一相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。2.傳聲器的參數(shù)

1）靈敏度傳聲器靈敏度S由下式表示：

S=電量輸出/機(jī)械量輸入，習(xí)慣上常把傳聲器的靈敏度級(jí)LS簡(jiǎn)稱(chēng)為“靈敏度”，靈敏度LS由下式確定：

u為傳聲器的輸出電壓（V）；p為作用在傳聲器上的有效聲壓（Pa）；u0、p0為分別為基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)聲壓。（常取u0/p0=1V/Pa）。

靈敏度又分聲場(chǎng)靈敏度和聲壓靈敏度兩種。聲壓靈敏度是輸出電壓與傳聲器放入聲場(chǎng)后實(shí)際作用于膜片上的聲壓之比；聲場(chǎng)靈敏度是指輸出電壓與傳聲器放入聲場(chǎng)前所在位置的聲壓之比。2）頻率響應(yīng)特性傳聲器的頻率響應(yīng)特性是指?jìng)髀暺黛`敏度對(duì)被測(cè)噪聲的頻率響應(yīng)。傳聲器的理想頻響特性是在20Hz~20kHz聲頻范圍內(nèi)保持恒定。3）動(dòng)態(tài)范圍傳聲器的過(guò)載聲壓級(jí)與等效噪聲聲壓級(jí)之間的范圍稱(chēng)為動(dòng)態(tài)范圍。4）指向性傳聲器的響應(yīng)隨聲波入射方向變化的特性稱(chēng)為傳聲器的指向性。5）非線(xiàn)性失真當(dāng)被測(cè)聲壓超出傳聲器正常使用的動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，輸出特性將呈非線(xiàn)性，產(chǎn)生非線(xiàn)性失真。6）輸出阻抗傳聲器種類(lèi)不同，其輸出阻抗也不同，這就要求后接電路有相應(yīng)的處理方式。如電容式傳聲器輸出阻抗很高，應(yīng)經(jīng)阻抗變換或用高輸入阻抗的前置放大電路來(lái)匹配；而電動(dòng)式傳聲器的輸出阻抗較低，可直接與一般電壓放大器連用。2聲級(jí)計(jì)

1）聲級(jí)計(jì)的分類(lèi)?按用途聲級(jí)計(jì)可分為：一般聲級(jí)計(jì)、脈沖聲級(jí)計(jì)、積分聲級(jí)計(jì)和噪聲暴露計(jì)（又稱(chēng)噪聲劑量計(jì)）等?按其精度可分為四種類(lèi)型：

0型聲級(jí)計(jì)作為實(shí)驗(yàn)室用標(biāo)準(zhǔn)聲級(jí)計(jì)；

1型相當(dāng)于精密聲級(jí)計(jì)；

2型作為一般用途聲級(jí)計(jì)；

3型作為普級(jí)型聲級(jí)計(jì)。 2）聲級(jí)計(jì)的工作原理聲級(jí)計(jì)主要由傳聲器、輸入級(jí)、放大器、衰減器、計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，檢波電路和電源等部分組成。聲信號(hào)通過(guò)傳聲器轉(zhuǎn)換成交變的電壓信號(hào)，經(jīng)輸入衰減器、輸入放大器的適當(dāng)處理進(jìn)入計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，以模擬人耳對(duì)聲音的響應(yīng)，而后進(jìn)入輸出衰減器和輸出放大器，最后通過(guò)均方根值檢波器檢波輸出一直流信號(hào)驅(qū)動(dòng)指示表頭，由此顯示出聲級(jí)的分貝值。 聲級(jí)計(jì)的指示表頭一般有“快”、“慢”兩檔，根據(jù)測(cè)試聲壓隨時(shí)間波動(dòng)的幅度大小來(lái)作相應(yīng)選擇。輸入級(jí)是一阻抗變換器，用來(lái)使高內(nèi)阻抗的電容傳聲器與后級(jí)放大器匹配。要求輸入級(jí)的輸入電容小和輸入電阻高。但當(dāng)輸入信號(hào)較大時(shí)，又需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減，使電表指針得到適當(dāng)?shù)钠D(zhuǎn)。為了插入濾波器和計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，故衰減器和放大器分成兩級(jí)，即輸入衰減器、輸入放大器和輸出衰減器、輸出放大器等。 計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對(duì)不同聲音的反應(yīng)而設(shè)計(jì)的濾波線(xiàn)路。國(guó)際電工委員會(huì)651號(hào)文件規(guī)定，聲級(jí)計(jì)最少帶有A、B、C三個(gè)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)，并對(duì)A、B、C網(wǎng)絡(luò)的頻率特性和允許誤差做了明確規(guī)定。當(dāng)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)放在“線(xiàn)性”時(shí)，聲級(jí)計(jì)是線(xiàn)性頻率響應(yīng)，測(cè)得的是聲壓級(jí)。當(dāng)放在A、B或C位置時(shí)，計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)插入在輸入放大器與輸出放大器之間，測(cè)得相應(yīng)的計(jì)數(shù)聲級(jí)。3、聲級(jí)計(jì)的使用

?聲級(jí)計(jì)的校準(zhǔn)：

一般聲級(jí)計(jì)自身能產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)用