汽车振动噪声实验报告-董昊轩

汽车振动噪声检测实验报告
汽车振动噪声检测实验报告
一、实验目的
1、认识加速度传感器和声传感器，了解两种加速度传感器的不同；
2、学会加速度传感器和声传感器的标定；
3.、进一步掌握Synergy数据采集仪的操作；
4、通过振动和噪声测试对汽车振动噪声情况进行评价。

二、试验仪器、工具
1、Synergy数据采集仪
2、传声器
3、IEPE/PE型加速度传感器
4、声测量机箱
5、电荷放大器
6、标准源
7、一汽X80SUV
8、大众新捷达。

三、实验原理
1、加速度传感器：
加速度传感器，包括由硅膜片、上盖、下盖，膜片处于上盖、下盖之间，键合在一起;一维或二维纳米材料、金电极和引线分布在膜片上，并采用压焊工艺引出导线;工业现场测振传感器，主要是压电式加速度传感器。

加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。

加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。

加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。

本实验采用三种加速度传感器，分别为PE、IEPE、电容式三种。

前两种的工作原理基于压电效应，最后一种是电容式的。

（1）压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

（2）PE型加速度传感器：输出电荷量，也叫电荷传感器。

不需要供电，两根信号线，输出的是电荷量，可直接接入电荷放大器转化为电压。

本实验采用的PE型传感器相关参数为：
电荷灵敏度：9.93Pc/g
电压灵敏度：8.66mV/g
工作频率：50Hz
内部电容：1147pF
优点：结构简单，坚固耐用，适用于极端环境（极高或极低温，潮湿，强电磁场和核环境下）的测量，传感器的可靠性高，耐久性好，非常重要的测量要求和长期稳定性要求非常高的场合，高g值传感器等多用此类传感器。

缺点：电荷量输出，需要配电荷放大器，自身的输出往往很小，所以信噪比不容易做得很高，易受外界电磁场和信号线对地电容的干扰，不宜于远距测量对信号线的要求也比较高，用的低频低噪声信号线很贵，高温的就更贵了。

用于多通道测量时通常必须配多通道的电荷型调理器或放大器（一般的数采模块都没有），单通道成本会高于IEPE传感器的调理模块（数采模块通常可以配置）。

（3）IEPE型加速度传感器：和PE型相似，只不过传感器内部集成了一个微电路，起到电荷转换和放大的作用（和电荷放大器功能相似），输出电压量。

本实验采用的IEPE型传感器，
本实验采用的IEPE型传感器相关参数为：
量程为：-25g，+25g
电压灵敏度：207mV/g
电压灵敏度：8.66mV/g
工作频率：54kHz
工作温度：-54-100℃
优点：输出是经过电荷转换和放大的，已经成为标准信号（0―5V），测量相对容易，信噪比比较高。

因为输出是要经过内部电路放大的，所以敏感元件可以很小，传感器的尺寸往往可以做得很小，但是输出同样比较大（标准电压）。

电压输出，测量比较容易，所用采集器的通用性好，信噪比容易提高，可以用于远距测量。

缺点：因为内部含微电路，所以传感器抵抗极端环境的能力通常较差，不适合用于极高温和极低温。

抗冲击和振动极限通常比较低。

（4）电容式加速度传感器：电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器，其中一个电极是固定的，另一变化电极是弹性膜片。

弹性膜片在外力（气压、液压等）作用下发生位移，使电容量发生变化。

这种传感器可以测量气流（或液流）的振动速度（或加速度），还可以进一步测出压力。

本实验采用的电容式加速度传感器相关参数为：
量程为：-10g，+10g
工作温度：-55-125℃
2、电容传声器：
图1 电容式传感器结构图2 电容式传感器剖面图
图1、2给出的是电容式传声器的结构示意图。

由固定电极（后板）和膜片（振膜）构成一个电容。

将一个极化电压加到电容的固定电极上。

当声音传入时，振膜随声波的运动发生振动，此时振膜与固定电极间的电容量也随声音而发生变化。

这时此电容的阻抗也在变化。

与其串联的负载电阻的阻值是固定的，电容的阻抗变化表现为输出电位的变化。

经过耦合电容，将电位变化的信号输入到前置放大器，经放大后输出音频信号。

实际的电容式传声器中，为了提高灵敏度，减少杂散电容的影响，常常将前置放大器装在电容放射头内，使固定电极到前置放大器间的引线最短。

另外，由于电容传声器的静电容容量很小（几十pF至一百pF），在音频频率范围内的阻抗相当高，故负载电阻常需取几百欧以上才能保证电容传声器的下限频率。

为与其阻抗相匹配，前置放大器也具有极高的输入阻抗，因此一般都用场效应管输入的放大器。

有的较高档的电容传声器还采用电子管前置放大器。

电容传声器的前置放大器的作用一方面是对电容传声头输出的信号进行预放大，另一方面主要是将电容头的高输出阻抗转换为低阻抗输出。

电荷放大器：本实验采用的电荷放大器为BK公司的2635型电荷放大器。

在很多压电测试场合，需要把电荷量的信号转换成电压或电流的信号，此时，就需要用到一种特殊的放大——电荷放大器。

电荷放大器由电荷变换级、适调级、低通滤波器、高通滤波器、末级功放、电源几部分组成。

（1）电荷放大器的原理：利用放大器输入虚地的概念，把电荷信号直接积分到电路中的积分电容，从而放大器的输出，便是所有电荷量的总和的输出。

在电荷转换完成的同时，输入端的电荷将会被耗尽。

（2）BK公司的2635型电荷放大器相关特性：
配置：四级电荷放大器，配有一个输入放大器、一个低通滤波器放大器、一个积分放大器和一个输出放大器。

应用范围：可被用于现场以及实验室的振动测量和记录。

同时适用于水诊器的地下水测量以及机械阻抗测量。

尺寸：
•高度：132.6 mm（5.2″）
•宽度：69.5 mm（2.7″）
•长度：200 mm（7.9″）
•重量：1.45 kg（3.2 lb）
特点：
•使用10–32 UNF 和BNC 同轴插座的电荷输入
•最大电荷输入：~105pC
•最大输出：峰值为8 V (8 mA)
•交流输出
•输出阻抗：<1
•直流偏置：< ±50 mV
•0.01 mV 至最高10 V/pC 的高灵敏度
•用于位移和速度的内置积分器
•内置测试振动器
•过载检测
•交流电源
•电源：3 个内装电池（1.5 V）
•电源：外部电源，+6 至+28 V（55mA）的单极性或±14 V（14 mA）双极性直流电源
如图3所示：
图3 电荷放大器
此种电荷放大器主要有三排按钮，第一排为调节传感器灵敏度按钮灵敏度一
般在传感器说明书上有说明。

第二排为调节输出电压，主要是灵敏度选择范围，放大倍数。

第三排为滤波器的设置，有积分按钮，调解低通滤波器和高通截止频率。

试验发动机的频率为几百赫兹。

若某传感器灵敏度为9.93Pc/g，则第一排按钮旋转到9.93（即灵敏度），电荷放大器第二排按钮可以旋转到1000mv，100mv等（表示输入1g的加速度电荷放大器输出1000mv，或者100mv的电压）。

标定的时候我们用标准激振器一般为有效值1g的正弦信号，在采集仪上看到这时输出的电压，显示也为正弦电压信号，通过对电压求有效值，即可求出传感器的灵敏度系数如200mv/g。

四、实验步骤
1、仪器连接：连接方法如图5所示
图5 试验连接
2、仪器操作：
（1）打开设备电源开关位于设备后侧，按下后打开前端的开机开关。

然后点击左面的采集软件，进入如图6所示界面。

然后点击主界面的系统工具（System tools）按钮，然后点击Restore Default（初始化）。

图6 主界面图7 模式选择
（2）模式选择点击主机面的Storage Mode按钮，进入如图7所示界面。

点击Recorder，然后点击OK，退出该界面。

（3）通道设置点击主界面的Channels按钮，进入通道设置页面，如图8所示。

根据传感器类型，选择合适的模式（Mode）及量程（Range），奇士乐产的加速度传感器在模式上选择IEPE，BK公司的加速度传感器选择DC，传声器也选择DC。

图8 图9 标定界面
（4）标定
IEPE加速度传感器标定方法：点击最上方的标定指导，进入如图8所示界面。

将单位改好后，进入mv/g界面，将传感器灵敏度系数写入。

这种标定方法只是一个大概的标定，标定结果并不准确。

之后，我们需要进行严格标定，就是通过给传感器一个已知大小的加速度或声信号，来改变灵敏度系数，达到标定的目的。

实验已知振动源为1g的正弦波信号，其有效值为1g，幅值为1.414g。

通过改变灵敏度系数来达到精确标定。

PE加速度传感器标定：将加速度传感器接入电荷放大器，将电荷放大器的输出接入采集仪。

通过调节电荷放大器，可以改变输出信号电压大小。

标定方法与IEPE型类似，将加速度传感器接入振动源，改变灵敏度系数来标定。

传声器标定方法：将传声器连入声音测量机箱，起一个放大作用。

然后将机箱输出接入采集仪。

传声器标定源发出的是一个有效值为94dB（1pa）的正弦声压信号，通过改变灵敏度系数来标定。

分贝和声压的关系如下：
分贝数=20LOG[p(e)/p(ref)] p(e)为待测声压有效值，p(ref)为参考声压，为20upa。

3、驾驶室内传声器布置及发动机处的和加速度传感器的布置：如图10所示。

图10 传感器布置
4、按REC按钮对信号进行采集并记录：如图11所示
图11
五、试验结果
经实验，采集得到一汽X80轿车在怠速时振动噪声波形为下图所示。