Анализ шумов объекта методами измерения акустической интенсивности
Акустическую характеристику шума от работающего механизма или установки определяют по величине акустического давления, получаемую путем замера в зоне действия акустической волны с помощью сонометра (измерительного микрофона). Один из сложных вопросов, возникающий при использовании этого метода заключается в выборе положения измерительного микрофона. Этот микрофон должен находиться, в так называемом, «дальнем поле» относительно источника шума, т.к. параметр акустического давления претерпевает значительное изменение в «ближнем поле», которое называется «интерференционной зоной». Под «ближним полем» понимают зону с расстояние от источника, в котором укладывается одна акустическая полуволна доминирующей частоты излучения. Схема расположения измерительного микрофона приведена на рис. 1.
Ближнее Дальнее
Механизм поле
поле
Измерительный микрофон
Рис. 1–Схема акустического исследования объекта
Акустическая интенсивность в измерении параметров энергетического типа работающего механизма оценивается по величине вектора напряженности акустического поля. Практически это определение направления максимальной проводимости в дальнем поле объекта по измерению величины акустического давления в направлении распространения акустической волны в измеряемой зоне пространства, окружающей механизм.
Механизм возникновения акустического излучения от любого механизма, агрегата или изделия, может быть представлен, как на схеме рис.2. Влияние акустического излучения в среде будет определяться передаточной функцией среды, которой можно пренебречь в построении вектора интенсивности акустического поля объекта.
Внутренняя и внеш-
няя нагрузки, которую испытывает кожух
механизма
Реакция структуры механизма на
вибрационное воздействие
Акустическое излучение в пространстве
Рис. 2–Схема возникновения акустического излучения объекта.
Связь между механическими волнами и акустической средой будет зависеть от фазовой скорости пакета вибрационных волн (дисперсионная среда ближнего поля объекта) относительно скорости акустических волн в воздушной среде (недисперсионная среда, Сзв = 340м/с).
Акустические источники вибрационных колебаний механизма будут локализоваться через определенную область их распространения в соответствии с уровнем энергии колебаний элементов механизма, т.е. сверзвуковые вибрационные волны будут локализоваться через акустическое излучение в определенном направлении их распространения.
Таким образом, акустические источники можно разделить на две большие группы:
- локализованные (независимые), которые по интегральной мощности излучения превалируют над уровнем возбужденных колебаний в любой среде;
когерентные протяженные (зависимые), которые передают вибрационные колебания с наложением на эти колебания собственных частот, возбуждаемых этими колебаниями.
Поскольку, акустическое поле, формирующееся вокруг объекта, будет включать оба вида источника то их выделение в регистрируемом сигнале, анализирующего прибора, осуществляется путем разделения (спектральный анализ) и сопоставления спектрограмм сигналов от замеров, осуществляемых в «дальнем поле», в зоне различных положений, на одном расстоянии от объекта. Локализованный источник имеет равномерную направленность излучения во всех направлениях, поэтому амплитудно-частотные его характеристики не зависят от угла измерения, а зависят только от расстояния от источника до зоны измерения. Когерентные протяженные источники имеют направленность (тип диполя) в пространстве. Поэтому при изменении угла измерения направления распространения акустической волны, интенсивность (амплитуда колебаний) будет изменяться. Это положение позволяет разделить источники на локализованные и когерентные. Как правило, в структуре вибрационных колебаний, реализуемых в деталях и механизмах технических объектов, превалируют когерентные протяженные источники, которые и являются основными носителями информации о техническом состоянии объекта.
Таким образом, анализ шумов объекта, методами измерения акустической интенсивности предполагает определенную структуру исследований величины амплитуд акустических колебаний, порождаемых вибрационными колебаниями конструктивных элементов (деталей) и узлов объекта в дальнем поле. Механизм анализа включает исследование по выявлению локализованные и когерентные источников вибрационных и акустических колебаний объекта.