余成波《传感器》第4章.pptVIP

第4章 常见非电参数的检测方法 4.1 力、压力和转矩的测量 4.1.1 力的测量 4.2 位移、物位和厚度的测量 4.3 速度、加速度与振动的测量 4.4 转速的测量 4.5 噪声测量 4.6 温度的测量 4.7 流量的测量 3）噪声评价数NR 噪声评价数NR以1倍频程频谱为基础，同时考虑了噪声在每个频带内的强度和频率两个因素，比用单一的A声级更为严格。噪声评价数这一指标主要用于评定噪声对语言干扰、听力损伤和对周围环境的影响。NR数由下式决定： （4.91） 式中 ——第i个1倍频程频带声压级值，以分贝计； ——与1倍频程中心频率有关的常数，如表4.11所示。 表4.11 常数a、b的值 1.030 1.025 1.015 1 0.974 0.930 0.870 0.790 b -8.0 -6.1 -3.5 0 4.8 12 22 35.5 a 8000 4000 2000 1000 500 250 125 63 1倍频程中心频率/Hz 由此可知，欲求宽带噪声的NR数，必须先作出客观存在的1倍频程频谱，然后按式（4.91）和表4.11计算出每个频带声压级对应的NR数，其中最大值就是该噪声的噪声评价数。 但是，在实际应用中，通常采用以下经验公式近似表示的噪声评价数NR与A声级关系： （4.92） 4.5.4 噪声测量的基本原理和常用仪器 声测量系统有两大类，它们分别以声级计和声强计为核心。目前，最常用的还是以声声计为核心的声测量系统（如图4.80所示），其主要是由传声器、声级计、信号分析仪、校准器以及一些其它附加设备（如记录仪、示波器）等测量仪器。下面仅介绍其中的传声器、声级计。 （1）传声器 传声器是声测量的传感器，其基本功能就是把声信号转换为相应的电信号。目前，常用的声测量传感器有：动圈式、压电式和电容式。 动圈式传声器的工作原理是：由声波冲击薄膜而引起动圈在永久磁场中作轴向振动，从而产生与振动速度成正比的电压。但是电力机械发出的漏磁场会产生假信号而产生误差。 压电式传声器是利用某些晶体和陶瓷体在受到机械应力作用时产生微弱电压的压电特性来制作的。 电容式传声器的工作原理实质上就是极距变化型电容传感器的工作原理。组成电容器的两个极板之一是一片很轻的弹性金属膜，它在瞬时声压的作用下振动，从而改变了电容器的电容量，并被专门设计的电子线路检测转换为电压。 （2）声级计 声级计是噪声测量最基本的仪器，主要用于测量声压级、倍频程声压级和声级的仪器。 按照国际电工委员会（IEC）有关声级计的标准，根据测量精度和稳定性，将声级计分为0、1、2、3等4种类型，其主要技术指标如表4.12所示。其中，0型声级计用作标准声级计，1型声级计作为实验室用精密声级计，2型声级计作为一般用途的普通声级计，3型声级计作为噪声监督用声级计。 图4.80 以声压级测量为基础的噪声测量系统 表4.12 声级计等级及其主要技术参数 1.5 — 0.7 — 0.5 1 0.3 0.5 不同频率范围声级精确度容许偏差/dB 31.5~8000Hz 20~12500Hz 1.5 1.0 0.7 0.4 测量精确度/dB 0.5 0.5 0.3 0.2 工作1小时内读数的最大变化(不包括预热)/dB 3 2 1 0 声级计级别 各种类型的声级计的工作原理基本相同，通常是由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器、指示器和电源等部分组成。图4.81所示是典型的精密声级计工作原理框图。其工作过程是：被测声压信号由电容式传声器组合接收，被转换为电压信号并经阻抗变换后由前置放大器输出低阻电压信号。此电压信号被送入一个称为测量放大器的系统，在测量放大器中，输入衰减/放大器对信号作幅值调节后送入计权网络，计权网络通常有A、B、C、线性（20~20KHz）及全通（10~50KHz）五种选择，经计权后的信号再经输出衰减/放大器处理后进入均方根检波器，完成对信号的均方根运算，求得噪声的均方根声压值（积分平均时间T可选），最后由指示器以“dB”指示噪声声压级或声级。 而积分声级计、脉冲声级计的工作原理复杂一些。但它们之间在测量部分没有明显差别，感兴趣的读者请参考其它有关文献。 值得注意是：为确保测量结果的准确度和可靠性，声测量系统应当定期校准。目前，常用的校准方法有如下几种情况：活塞发声器校准法、声级校准器校准法、静电激振器校准法、高声强校准器校准法、互易校准法、置换法。下面仅介绍其中活塞发声器校准法方法。 活塞发声器校准