В практике использования различных конструкционных материалов часто требуется, помимо оценки прочности, жёсткости, коррозионной стойкости, выполнить также испытания таких характеристик, как способность к шумопоглощению или стойкость от знакопеременных нагрузок. Подобные испытания можно заказать в специализированной лаборатории «СтройЭкспертЭкология» (г. Краснодар), которая располагает необходимым оборудованием и специалистами с должным опытом работы.
Испытания на шум и вибрацию проводятся в процессе анализа акустических характеристик системы и/или ее компонентов. Затем, по результатам тестирования выполняется создание объекта с проверкой достигнутых результатов с целью изменения этих характеристик в требуемом направлении. Испытания на шум и вибрацию, которые включают в себя субъективные оценки гармонических тонов или интенсивности вибрации (т.е., тестирование шума, вибрации и резкости тона) позволяют установить, как обнаруженные звуки или вибрации будут негативно влиять на конечных потребителей.
Многие инженерные объекты и процессы генерируют вибрации или шумы, которые передаются различными путями, прежде чем обнаруживаются слуховой системой человека. Испытания на шум и вибрацию отделяют звуки и движения, которые сопутствуют нормальной работе, от проблемных, помогая инженерам определить их первопричину.
Источники шумов и вибраций встречаются в различных отраслях хозяйственной деятельности – промышленности, строительстве, медицине. Соответственно и тестирование шума и вибрации использует комбинацию аппаратного, программного и прикладного опыта для анализа продукции на наличие нежелательных компонентов (в большинстве случаев они сигнализируют о неисправностях и дефектах).
Типичные измерительные приборы, используемые для измерения шума и вибрации, включают в себя:
- Микрофоны.
- Акселерометры.
- Датчики усилия или положения.
- Анализаторы шума.
Если по каким-либо причинам, применение данных приборов невозможно (либо существенно искажает результаты измерений), то прибегают к аналоговому или цифровому моделированию.
Важность данных испытаний возрастает при усложнении схемы и дизайна испытываемой техники. В случае больших подсистем (например, автомобиля или самолёта), трудоёмкость и длительность тестирования увеличивается.
Технология проведения испытаний
Поскольку шум и вибрации всегда сопровождают друг друга, целесообразно производить совместную оценку данных факторов. Для измерения вибрационного шума (шума) обычно используются три инструмента: запоминающий осциллограф (область применения); датчик вибрации, который обычно представляет собой акселерометр сейсмического качества и двухканальный анализатор спектра с возможностью оценки выявляемых субчастот.
Остронаправленные датчики используются для наблюдения сигнала по какой-либо временной области, а анализатор выполняет анализ кривых Фурье, при помощи которых получают наглядное изображение тех же данных, но по заданным частотным областям.
Часто в результате экспериментов удаётся оценивать область действия только по пиковым значениям уровня шума. Значение среднеквадратичного значения или частотная характеристика шума остаётся неустановленной.
Успех испытаний зависит от точной формулировки задания. Как правило, неправильно задавать вопрос о частоте шума. Аналогично, и среднеквадратичное значение не имеет смысла, если не указан частотный диапазон, в котором оно рассчитывается.
Последовательность тестирования такова. Вначале анализатор рассчитывает амплитудный спектр или амплитудную спектральную плотность. Первый показатель выражается в вольтах, второй - в В/ Гц0,5. Какой следует использовать? Большинство анализаторов по умолчанию используют амплитудный спектр, что является неправильным способом характеристики большинства источников шума. Как следствие, трудоёмкость испытаний резко увеличивается из-за того, что затрачивается много времени на сбор малополезных данных.
Чтобы правильно использовать испытательную аппаратуру, важно правильно ценить характеристику шума, издаваемого объектом.
Классификация видов шума
Шум бывает случайным или когерентным. Отдельно различают стационарные или нестационарные шумы. Это разные источники шума, поэтому они анализируются с использованием различных методов. Испытатель, который проводит измерение или обследование, предварительно выясняет тип шума и измеряет его соответствующим образом.
Для облегчения идентификации принято следующее подразделение шумов:
- Чисто периодический или когерентный.
- Чисто случайный.
- Периодический и случайный (одновременно).
- Нестационарный периодический.
- Случайный и стационарный одновременно.
Первые два вида шумов легче распознаются людьми, хотя и реже всего встречаются. Наиболее распространены шумы 3 вида, при этом источник периодического (когерентного) шума весьма часто доминирует над случайным. В подобных условиях анализатор настраивается таким образом, чтобы он чётко различал в сигнале именно когерентный шум. Сложность тестирования заключается в том, что шум почти никогда не имеет постоянной амплитуды, а изменяется со временем. Такой шум известен как нестационарный. Например, периодическое появление такого источника шума связывается со случайным выключением и включением производственного/бытового агрегата – холодильника, кондиционера, компрессора, нагревательного устройства и пр.
Следует отметить, что большинстве измерительных приборов всегда присутствует фон случайного шума с периодической составляющей, которая приходит и уходит. Помимо значения «включено» и «выключено», нестационарный шум также может означать, что шум постепенно создаётся или уменьшается. Такие шумы распространены, когда микрофон установлен вблизи шоссе, или в условиях сейсмического шума при шторме, урагане или других природных явлениях.
Последовательность измерения шума и вибраций
Анализаторы спектра позволяют быстро устанавливать тип доминирующего шума во время измерения и определять пиковый его уровень шума. Однако количественная оценка шума сопряжена с некоторыми трудностями, заключающимися в следующем. Простейшим источником шума для выделения и измерения является стационарный источник когерентного шума. Его сигнал состоит из чистой синусоидальной волны, в дополнение к некоторым высшим гармоникам, причём каждый компонент сигнала имеет определенную амплитуду и частоту.
Анализатор спектра оцифровывает этот сигнал, выполняет быстрое преобразование Фурье для оцифрованных данных и выдает амплитудный спектр, который показывает зависимость амплитуды компонентов (в микронах или вольтах) от частоты.
Этот метод подходит для измерения силы источников когерентного шума, даже когда существует случайный шум.
При преобладании случайного шума ситуация усложняется тем, что такой шум не имеет определенного уровня или амплитуды сигнала на определенной частоте. Поэтому эти шумы оцениваются по показателю плотности звукового излучения. Оценка плотности происходит в следующей последовательности:
- Определяется спектральная плотность амплитуды звука на определенной частоте.
- Указывается заданная ширина полосы частот (обычно она соответствует диапазону шумов/ вибраций, которые практически влияют на работоспособность человека или объекта).
- Рассчитывается среднеквадратичная амплитуда, мкм (ряд приборов градуируется в единицах частоты звука).
- Частотный спектр подразделяется на несколько областей, по 0.33 октавы в каждой; таким образом выделяются участки от 1 до 1,23 Гц, от 1,23 до 1,59 Гц, от 1,59 до 2,0 Гц и т. д.
- Производится интегрирование по каждому частотному диапазону, после чего результирующие среднеквадратичные значения (в микронах) отображаются на гистограмме относительно частоты.
Чтобы вычислить среднеквадратичное движение в более широком диапазоне частот, берется квадратурная сумма всех элементов в диапазоне. В анализаторе спектра амплитудные единицы спектральной плотности должны выбираться для вертикальной шкалы, в противном случае случайный шум должным образом не будет измерен. В процессе настройки анализатора указывается цель измерений: плотность или амплитуда шума.
Исследовательская лаборатория «СтройЭкспертЭкология» оказывает услуги по определению уровня шумов и вибраций в различных видах работающей техники. Методика испытаний полностью соответствует требованиям ГОСТ Р ISO 14837-1-2007.