Pomiar ha asu i mocy akustycznej, Robotyka, Eksploatacja maszyn
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
KATEDRA PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN
WYDZIAŁ MECHANICZNY TECHNOLOGICZNY
POLITECHNIKA ŚLĄSKA
M
ETODY
D
IAGNOSTYKI
T
ECHNICZNEJ
Temat:
Pomiar hałasu i mocy akustycznej.
This document was created by the trial version of Print2PDF. !
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.!
Purchase Print2PDF at
1.
Wprowadzenie teoretyczne
Maszyna w trakcie działania emituje sygnał akustyczny, będący efektem
dynamicznego oddziaływania na siebie poszczególnych elementów, ruchów medium,
bądź zachodzących reakcji chemicznych, które ściśle łączą się z działaniem maszyny.
Oceny takiego sygnału akustycznego (hałasu), emitowanego przez maszynę, mogą
być wykorzystywane do wnioskowania o stanie maszyny. W takim ujęciu hałas
zyskuje znaczenie bardzo bogatego źródła informacji.
1.1
Podstawowe pojęcia [1]
Poziom ciśnienia akustycznego.
Najniższy poziom dźwięku wykrywalny przez ucho
ludzkie wynosi 20 Pa. Taka zmiana ciśnienia jest tak niewielka, że „powoduje ona
odchylenie membrany ucha ludzkiego na odległość mniejszą niż średnica
pojedynczego atomu. Badania wykazały, że ucho ludzkie może znieść dźwięk o
ciśnieniu ponad milion razy wyższym. Dlatego też, w celu uproszczenia pomiarów
dźwięku i zredukowania olbrzymich wartości liczbowych, wprowadzono
wygodniejszą - liczbowo - logarytmiczną, decybelową (
dB
) - skalę pomiarową [5].
Jest to wielkość, którą w praktyce stosuje się najczęściej dla określenia stanu
akustycznego środowiska i nosi nazwę
poziomu ciśnienia akustycznego L.
Wartość tego poziomu wyraża wzór :
L = 20 lg (p/p
o
) dB ;
2
w którym
p
jest ciśnieniem akustycznym w danym punkcie mierzone w Pa, zaś
p
0
jest
ciśnieniem odniesienia
p
0
= 20
Pa
.
Analogiczną wielkością, którą stosuje się dla określenia intensywnośi fali
akustycznej pod względem energetycznym, jest
poziom natężenia dźwięku
:
L = 20 lg (p/p
o
) = 10 lg (p/p
o
)
2
= 10 lg (I/I
o
) ;
gdzie
I
jest natężeniem dźwięku,
I
0
- natężenie dźwięku porównawczego, które
odpowiada w przybliżeniu progowi słyszalności 1000 Hz i jest równe 10
-12
W/m
2
.
Poziomem odniesienia w skali decybelowej dla dźwięku jest poziom 20 Pa -
zdefiniowany jako 0 dB. 1 dB jest najmniejszą słyszalną zmianą poziomu.
Poziomowi dla częstotliwości górnej (próg odczuwania bólu), którą przestajemy
słyszeć, odpowiada wartość równa 130 dB.
Głośność.
Głośność jest subiektywną miarą wrażenia słuchowego. Im ciśnienie
akustyczne dźwięku jest większe, tym „głośniej” jest on przez nas odbierany, więc
większa jest jego głośność. Subiektywność tej miary polega na tym, że np. głośność
dwóch dźwięków o takim samym poziomie ciśnienia akustycznego, ale o różnych
częstotliwościach, może być zupełnie inna. Wynika to z faktu reagowania ludzkiego
ucha. Dla przykładu porównajmy dwa dźwięki : nieprzyjemny, głośny dźwięk w hali
fabrycznej, oraz cichy (szum) dźwięk słyszany przez nas kiedy jedziemy pociągiem.
This document was created by the trial version of Print2PDF. !
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.!
Purchase Print2PDF at
2
Otóż mogą to być dźwięki o jednakowym natężeniu (ok. 95 dB) lecz przez nas
odbierane jako głośny i cichy.
Stosowane w praktyce mierniki poziomów dźwięków są zaopatrzone w trzy filtry : A,
B, C, a stosunkowo niedawno dodano również i D, których zadaniem jest
przystosować charakterystykę przyrządu do charakterystyki wrażliwości ucha. Czyli
wynikiem pomiaru takim miernikiem jest poziom głośności (miara „obiektywna”).
Poszczególne filtry (nazywane również filtrami ważącymi) pracują w następujących
zakresach poziomów głośności :
A - małych, do 55 fonów,
B - średnich, od 55 do 85 fonów,
C - dużych, powyżej 85 fonów,
D - dużych, do pomiarów głośności samolotów (od 100 fonów).
Do pomiaru wcześniej opisanych wielkości, używane są mierniki, dopuszczane przez
polską normę PN-79/T-06460. Są to następujące rodzaje urządzeń :
dozymetry hałasu,
mierniki poziomu dźwięku (w tym całkujące mierniki poziomu dźwięku).
Miernik poziomu dźwięku
(inna nazwa to
sonometr
) jest podstawowym przyrządem
do pomiaru parametrów hałasu. Miarą wpływu hałasu na człowieka nie jest ciśnienie
akustyczne, ale głośność. Z tego powodu przyrządy do pomiarów hałasu powinny być
wyposażone w odpowiednie elementy kształtujące ich charakterystykę tak, aby
rejestrowały dźwięki (dzięki zastosowaniu wcześniej wymienionych filtrów
A, B, C,
D)
podobnie jak ucho człowieka. Właśnie tę własność, jak i inne posiada miernik
poziomu dźwięku. Może on być zastosowany do pomiaru :
poziomu ciśnienia akustycznego,
poziomu dźwięku („głośności”- zgodnie z krzywymi korekcyjnymi filtrów
A, B, C, D),
widma częstotliwościowego (przy zastosowaniu zestawu filtrów pasmowych),
równoważnego poziomu dźwięku.
Spotykane obecnie mierniki pozimów dźwięku posiadają wiele opcji i dodatkowych
możliwości usprawniających pomiar, a także wizualizację wyników pomiarowych.
Odpowiadają one jednak określonym dokładnościom wskazań, ze względu na którą
to klasę dokładności, polska norma PN-79/ T-06460 dokonuje ich podziału na
mierniki klasy 0, klasy 1, klasy 2, klasy 3. Podstawowymi opcjami miernika przy
załaczeniu których dokonywany jest pomiar są [2] :
S (
Slow -
wolno), oznacza charakterystykę dynamiczną miernika poziomu
dźwięków ciągłych, określające jego działanie zwane wolnym.
F (
Fast
- szybko), oznacza charakterystykę dynamiczną miernika poziomu
dźwięków ciągłych, określającej jego działanie zwane szybkim.
I (
Impulse -
impulsowa ), oznacza charakterystykę do pomiaru poziomu
dźwięków krótkich, o przebiegu impulsowym.
P (
Peak -
szczytowa), stosowana do pomiaru wartości szczytowej przebiegu.
LIN, oznacza liniową charakterystykę częstotliwościową miernika, która
umożliwia pomiar poziomu ciśnienia akustycznego.
This document was created by the trial version of Print2PDF. !
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.!
Purchase Print2PDF at
3
Opcje te wprowadzają zmieny w charakterystyce czasowej układu prostownik -
wskaźnik. W zleżności od klasy dokładności spotykane mierniki zawierają opcje
zgodne z tab.1.
Tabela 1.
Możliwości pomiarowe mierników poziomu dźwięku w zależności od ich
klasy [4]
Klasa dokładności 0
1
2
3
Poziom dźwięku
A, B, C, D,
A, B, C
A, C
A
Poziom
ciśnienia
LIN
LIN
LIN
LIN
akustycznego
Zakres pomiarów dB
120
100
80
60
Charaktrystyki dynamiczne S F
S F
S F
F
Błąd podstawowy pomiaru 0,4
0,7
1,0
1,5
1.2
Orientacyjna metoda określania poziomu mocy akustycznej hałasu
maszyn
Orientacyjna metoda określania mocy akustycznej hałasu zalecana jest przez normę
PN-84/N-01332. W ćwiczeniu laboratoryjnym zastosowana jest metoda opracowana
jedynie do potrzeb wynikających z przeprowadzenia ćwiczenia. Orientacyjna metoda
określania poziomu mocy akustycznej hałasu, opracowana dla celów dydaktycznych
Politechniki Śląskiej, polega na wyznaczeniu poziomów dźwięku w przestrzeni
otaczającej maszynę - obiekt badań. Przestrzenią tą jest powierzchnia półsfery
roztoczona nad powierzchnią odbijającą dźwięk (rysunki: 1 a i b). Powierzchnia
pomiarowa jest poprzecinana płaszczyznami równoległymi do płaszczyzny
powierzchni odbijającej dźwięk. Sześć równoległych płaszczyzn (A, B, C, D, E, F)
(por. rys.2) odległych od powierzchni odbijającej dźwięk o wysokość
h
N
, tworzy z
półsferą (jako część wspólna) okręgi, na których porozmieszczane są punkty w
których dokonywane są pomiary poziomów dźwięku emitowanego przez maszynę.
Ilość i rozmieszczenie punktów pomiarowych jest tak dobrana, aby pozwalało to na
określenie sposobu rozchodzenia się dźwięku emitowanego przez obiekt oraz mocy
akustycznej hałasu. Metoda proponowana w ćwiczeniu laboratoryjnym jest metodą
określania poziomu mocy akustycznej hałasu maszyny, polegająca na obliczeniu tej
mocy na podstawie średnich wartości poziomów dźwięku
A,
zmierzonych w
pomieszczeniach lub otwartej przestrzeni.
Metodę opisaną w tym ćwiczeniu należy stosować dla maszyn wytwarzających w
ośrodku powietrznym hałas ustalony. Należy ją stosować w przypadku gdy dokładne
i techniczne metody (ustanowione w PN-81 / N - 01306) nie mogą lub nie są
konieczne do zastosowania. Metoda ta pozwala na określenie poziomu mocy
akustycznej hałasu maszyn w sposób orientacyjny, oraz pozwala na obrazowe
przedstawienie rozkładu pola akustycznego w pobliżu maszyny.
This document was created by the trial version of Print2PDF. !
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.!
Purchase Print2PDF at
4
Rys. 1. a) Półsferyczna powierzchnia pomiarowa wraz z punktami pomiarowymi roztoczona
nad powierzchnią odbijającą dźwięk
b)
Pionowy rzut punktu pomiarowego na siatkę naniesioną na powierzchni
odbijającej dźwięk
This document was created by the trial version of Print2PDF. !
Once Print2PDF is registered, this message will disappear.!
Purchase Print2PDF at
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]