Вибрационное загрязнение

Содержание

 

 

Введение

   1.Методы измерения вибрации

   2.Измерение шума

      2.1.Общие методы измерения шума

   3.Вибрационное загрязнение

Заключение

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Виброметрия, совокупность методов и средств для измерения параметров вибрации.

Современные технологии требуют непрерывного контроля за многими параметрами технологического процесса и контроля состояния оборудования. Одними из важнейших являются параметры механического движения, в частности параметры периодических перемещений исследуемого объекта в пространстве (вибрации). Этими параметрами являются виброперемещение (амплитуда вибрации) и виброскорость (частота вибрации).

Подобный контроль необходим в самых разных областях: в полупроводниковой электронике (контроль вибрации установок для выращивания кристаллов), в микроэлектронике (вибрация установок фотолитографии), в машиностроении (вибрация станков и биение деталей), в автомобильной промышленности (контроль вибрации отдельных узлов автомобилей и всего автомобиля в целом), на железнодорожном транспорте (датчики приближения поезда), в энергетике (контроль вибрации лопаток газовых турбин), в авиастроении (контроль биений турбин) и т.д. 

Методы измерения вибрации.

Существует две группы методов измерения параметров вибрации: контактные, подразумевающие механическую связь датчика с исследуемым объектом, и бесконтактные, т.е. не связанные с объектом механической связью.

Контактные методы. Наиболее простыми являются методы измерения вибрации с помощью пьезоэлектрических датчиков. Они позволяют проводить измерения с высокой точностью в диапазоне низких частот и относительно больших амплитуд вибрации, но вследствии своей высокой инерционности, приводящей к искажению формы сигнала делает невозможным измерение вибрации высокой частоты и малой амплитуды. Кроме того, если масса исследуемого объекта, а следовательно и его инерционность не велика, то такой датчик может существенно влиять на характер вибрации, что вносит дополнительную ошибку в измерения.

Эти недостатки позволяет устранить метод открытого резонатора. Суть метода заключается в измерении параметров СВЧ резонатора, изменяющихся вследствие вибрации исследуемого объекта. Резонатор имеет два зеркала, причем одно из них фиксировано , а другое механически связано с исследуемым объектом. Регистрация перемещений при малых амплитудах вибрации производится амплитудным методом по изменению выходной мощности в случае проходной схемы включения резонатора или отраженной мощности, в случае применения оконечного включения. Этот метод измерения требует постоянства мощности, подводимой к резонатору и высокой стабильности частоты возбуждения.

В случае больших амплитуд вибрации регистрируется смещение резонансной частоты, что можно сделать с очень высокой точностью. Для повышения добротности и уменьшения дифракционных потерь используют сферические зеркала. Разрешающая способность данного метода 3 мкм. Метод обладает малой инерционностью по сравнению с описанным выше, но его применение рекоменуется, если масса зеркала принципиально меньше массы исследуемого объекта.

Однако механическая связь датчика с исследуемым объектом далеко не всегда допустима, поэтому последние годы основное внимание уделяется разработке бесконтактных методов измерения параметров вибрации. Кроме того, их общим достоинством является отсутствие воздействия на исследуемый объект и пренебрежительно малая инерционность.

Все бесконтактные методы измерения вибрации основаны на зондировании объекта звуковыми и электромагнитными волнами.

Одной из последних разработок является метод ультразвуковой фазометрии. Он заключается в измерении текущего значения разности фаз опорного сигнала ультразвуковой частоты и сигнала, отраженного от исследуемого объекта. В качестве чувствительных элементов используется пьезоэлектрическая керамика.

На частоте ультразвука 240 кГц. чувствительность измерения виброперемещения 10 мкм. в диапазоне от 10 до 5*10 мкм., расстояние до объекта до 1.5 м. На частоте 32 кГц. чувствительность 30 мкм., расстояние до объекта до 2 м. С ростом частоты зондирующего сигнала чувствительность растет.

В качестве достоинств метода можно отметить дешевизну и компактность аппаратуры, малое время измерения, отсутствие ограничения снизу на частотный диапазон, высокую точность измерения низкочастотных вибраций. Недостатками являются сильное затухание ультразвука в воздухе, зависимость от состояния атмосферы, уменьшение точности измерения с ростом частоты вибрации.

Большое распространение получили методы, основанные на зондировании объекта видимым светом. Все оптические методы подразделяются на две группы. К первой относятся методы, основанные на регистрации эффекта Допплера. Простейшим из них является гомодинный метод, который позволяет измерять амплитуды и фазы гармонических вибраций, но с его помощью невозможно исследовать негармонические и большие по амплитуде вибрации. Эти недостатки можно устранить используя гетеродинные методы. Но они требуют калибровки и, кроме того, измерительная аппаратура сильно усложняется.

Существенным недостатком перечисленных выше методов являются высокие требования к качеству поверхности исследуемого объекта. Но они теряют свое значение при использовании голографических методов, которые и образуют вторую группу. Голографические методы обладают высокой разрешающей способностью (до 0.05), но они требуют сложного и дорогостоющего оборудования. Кроме того, время измерений очень велико.

Общими недостатками оптических методов измерения вибрации являются сложность, громоздскость и высокая стоимость оборудования, большое энергопотребление, высокие требования к качеству поверхности исследуемого объекта, высокие требования к состоянию атмосферы (определенная влажность, отсутствие запыленности и т.п.). Кроме того, лазерное излучение оказывает вредное влияние на зрение обслуживающего персонала и требует дополнительных мер предосторожности и защиты.

Часть этих недостатков можно устранить применяя методы, основанные на использовании СВЧ излучения Они подразделяются на интерференционные и резонаторные. В основе интерференционных методов лежит зондирование исследуемого объекта волнами ВЧ и СВЧ диапазонов, прием и анализ отраженных (рассеянных) объектом волн. Между излучателем и исследуемым объектом в результате интерференции образуется стоячая волна. Вибрация объекта приводит к амплитудной и фазовой модуляции отраженной волны и к образованию сигнала биений. У выделенного сигнала переменного тока амплитуда пропорциональна виброперемещению, а частота соответствует частоте вибрации объекта.

Резонаторные методы основаны на размещении вибрирующего объекта в поле СВЧ резонатора (вне или, хотя бы частично внутри его), вследствие чего изменяются характеристики резонатора. Бесконтактное измерение параметров вибрации резонаторным методом возможно и при включении приемно-передающей антенны в частотнозадающую цепь СВЧ генератора, т.е. при работе в автогенераторном режиме. Такие системы называются автодинными генераторами или просто автодинами.

 

Измерение шума

Изучение работы электрических машин и трансформаторов на современном техническом уровне требует, обязательного измерения шума и вибраций, производимых ими. Как было показано, измерения производятся как с целью исследования причин, вызывающих шум и вибрации, так и с целью обеспечения качества продукции. Измерение шума и вибраций с целью исследования причин их возникновения и для проверки предлагаемых способов их заглушения используется в качестве метода неразрушающего контроля электрических машин и трансформаторов. Измерения шума и вибраций с целью обеспечения определенного уровня качества электрических машин и трансформаторов необходимо производить в соответствии с инструкцией, в которой должны быть указаны методы и измерительная аппаратура, акустические данные и условия  монтажа и работы испытуемого объекта. Характеристика шума или вибрации, определенная в результате измерений, должна сравниваться с эталоном или с указанными данными, чтобы установить, соблюдается или нет допустимый уровень.

 

Общие методы измерения шума

Для того чтобы получить характеристику чистого звука (произведенного простой гармонической вибрацией), надо знать его частоту и интенсивность. В случае сложного звука, кроме основной частоты и интенсивности, требуется знать еще частотный состав, а в случае шума — изменение интенсивности с частотой.

Чтобы охарактеризовать определенный звуковой источник независимо от среды, в которой он работает, необходимо уточнить излучаемую акустическую мощность, спектр частот и фактор направленности.

Кроме этих величин, которые относятся собственно к звуку, в акустике представляет интерес и определение других физических или физиологических величин: скорости распространения звука, коэффициента акустического поглощения и акустического проникновения, удельного акустического сопротивления и т. д. В последующем изложении не детализируются общие акустические измерения, а рассматриваются лишь измерения, необходимые для характеристики источников шума и степени их вредности. Как правило, не принято измерять абсолютные значения интенсивности или акустической мощности, а определяются их относительные значения в децибелах.

Для правильного осуществления измерений требуются некоторые начальные общие условия как относительно акустического поля, в котором производятся измерения, размещения микрофона относительно акустического источника и стен помещения, так и критериев определения шума.

Измерения в свободном акустическом поле являются предпочтительными. На практике благодаря конкретным условиям не всегда можно реализовать условия свободного поля, поэтому приходится производить измерения в реверберационных и полуреверберационных акустических полях. Относительно места для измерения шума электрических машин иногда впадают в крайности как в сторону приспособления помещения для полной звуковой изоляции и полного устранения отражений, так и в сторону использования любого помещения. Требования, предъявляемые к помещениям, используемым для измерения шума электрических машин и трансформаторов, и способы оценки приспособленности помещения определяются точностью требуемых измерений и природой этих измерений. Так, измерения с целью контроля работы электрических машин путем анализа шума могут производиться только в условиях свободного поля, т. е. требуется выполнение условия.

Идеальным свободным полем для испытаний является полностью свободная среда, в которой машина подвешена на значительном расстоянии от земли. Но так как испытания на открытом воздухе являются трудно осуществимыми из-за изменчивости атмосферных условий и отсутствия источников питания, то используются помещения, которые удовлетворяют условиям, близким к условиям свободного поля. При измерениях необходимо соблюдать правила суммирования акустических уровней в связи с тем, что шумовой фон и отраженные волны суммируются в точке измерения с шумом машины. 
Мешающий шумовой фон (когда машина не работает) должен быть постоянным и его акустический уровень во всем спектре должен быть не менее чем на 10 дБ ниже акустического уровня во время работы машины, как следует из формулы. В промышленных условиях допускаются измерения и там, где уровень окружающего шума L0 в точке измерения ниже уровня акустического давления Li при работающей машине не менее чем на 4 дБ. В этом случае правильный уровень шума машины равен: 
 
где AL — определяется в функции Li—L0 (рис. 1). Возрастание разности Li—L0 можно получить путем уменьшения расстояния между акустическим источником и микрофоном 
Из формул   следует, что отражающая преграда, находящаяся в свободном поле вблизи точки измерения, оказывает незначительное влияние, если путь, пройденный падающей и отраженной волнами, больше удвоенного расстояния между машиной и микрофоном [удвоенное расстояние машина — микрофон ведет согласно формуле   к понижению уровня шума на К дБ]. Формула  показывает, что в указанных условиях отраженная волна мало влияет на общий уровень м, следовательно, измерения можно производить, если отраженные шумы во время работы машины имеют незначительное влияние в точках, в которых производятся намерения. 
  
Рис.1. Коррекция измерения акустического уровня. 

Расстояние от источника шума до микрофона зависит от размеров заглушенной камеры, уровня окружающего шума (фона), величины и формы машины и степени однородности акустического поля, возбужденного машиной. Величина помещения ограничивает расстояние микрофон — машина, так как расстояние от микрофона до специально оборудованных стен помещения должно быть не меньше одной четверти длины звуковой волны.

Высокий уровень окружающего шума в некоторых случаях требует уменьшения расстояния микрофон — машина, чтобы шум машины преобладал в точке измерения. Вместе с тем, чтобы измерения не производились в неоднородном акустическом поле, точки измерения не должны находиться слишком близко от корпуса машины. Рекомендуется, чтобы расстояние микрофон — машина было одного порядка с наибольшим габаритным размером машины, но ни в коем случае не менее 0,3 м. В случае больших машин и крупногабаритных трансформаторов точки измерения должны находиться на расстоянии, большем чем наибольшая длина волны, соответствующая наименьшей из исследуемых частот. Микрофон в каждой точке измерения должен быть расположен нормально к исследуемой поверхности и защищен от воздушных потоков, вызванных, например, вентиляцией, специальными устройствами и др.

Критерии определения шума электрических машин и трансформаторов различны в различных нормах, однако в настоящее время по некоторым вопросам достигнуты международные соглашения, обеспечивающие одинаковые результаты три измерении одних и тех же величин. Так, для характеристики шума, излучаемого машиной, обычно указывался уровень акустического давления на определенном расстоянии от поверхности машины. Так как на эту величину влияют расстояние от источника и акустические условия помещения, где производятся измерения, то этот показатель не однозначно характеризует шум, произведенный машиной. Поэтому было -решено установить в качестве характеризующей величины акустическую мощность, излучаемую машиной. Ввиду того что использование акустического ваттметра для непосредственного измерения акустической мощности пока еще невозможно, определение мощности должно производиться посредством измерения уровня акустического давления.

Необходимо, чтобы в инструкции по измерению устанавливалось однообразие в методах измерений, измерительных приборах, критериях определения шума и внешних условиях, как, например, способах монтажа и режимах работы машины, с тем чтобы это приводило к сравнимым результатам. Такие условия предложены в STAS 7301-65. При анализе шума машины для облегчения работы следует анализировать каждую составляющую шума в отдельности, как будет показано.