聲學(xué)測(cè)量案例：動(dòng)車組車頂高壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

動(dòng)車組作為一種重要的交通工具，它的出現(xiàn)給人們?nèi)粘３鲂袔?lái)了極大的便利。然而，系統(tǒng)能提供的功能越強(qiáng)大，其結(jié)構(gòu)組成也必然越復(fù)雜、 各部分的聯(lián)系也越緊密，這就導(dǎo)致系統(tǒng)維護(hù)的難度也越來(lái)越大。如何保證動(dòng)車組有效、安全地運(yùn)營(yíng)就成為目前迫切關(guān)注的問(wèn)題。因此，在提高監(jiān)測(cè)效果和故障診斷能力方面，建立一套有效、可靠的監(jiān)測(cè)手段顯得尤為關(guān)鍵和重要。

動(dòng)車組在實(shí)際運(yùn)行中，車頂易受外界環(huán)境的影響。通過(guò)對(duì)外部噪聲的監(jiān)測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)車組車頂?shù)炔考娜轿槐O(jiān)測(cè)。基于對(duì)采集的聲音信號(hào)的精確測(cè)量，可對(duì)聲源進(jìn)行精準(zhǔn)定位，為正確、高效監(jiān)測(cè)和評(píng)估部件的疲勞、破壞程度提供依據(jù)，避免故障風(fēng)險(xiǎn)（如結(jié)構(gòu)振動(dòng)致使動(dòng)車組外部器件失效、結(jié)構(gòu)和設(shè)備的過(guò)應(yīng)力及疲勞破壞等情況），提高動(dòng)車組的行駛安全，減少動(dòng)車組維修負(fù)擔(dān)。

北京聲科測(cè)根據(jù)客戶需求，定制開(kāi)發(fā)了一套動(dòng)車組車頂高壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，幫助客戶在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，模擬動(dòng)車組實(shí)際運(yùn)營(yíng)的聲場(chǎng)環(huán)境，同時(shí)開(kāi)發(fā)專用的聲學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)動(dòng)車組的車頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位的噪聲監(jiān)測(cè)，確保第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障隱患，有效降低事故的風(fēng)險(xiǎn)概率。

系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要分為硬件和軟件兩部分，其中，硬件包括聲音采集設(shè)備、聲場(chǎng)（區(qū)域）框架、聲源、控制機(jī)柜和電腦。

系統(tǒng)功能

動(dòng)車組車頂高壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其主要功能有兩個(gè)：

1. 在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，搭建和模擬動(dòng)車組車頂?shù)穆晥?chǎng)環(huán)境。

2. 在研發(fā)和設(shè)計(jì)聲音采集設(shè)備及其工裝時(shí)，提供有效的驗(yàn)證環(huán)境。

聲場(chǎng)回放模擬

本系統(tǒng)包括聲場(chǎng)區(qū)域框架、5 個(gè)全頻帶聲源、1 套控制機(jī)柜以及電腦終端組成，如下圖所示。聲場(chǎng)回放系統(tǒng)是通過(guò)控制機(jī)柜將電腦上錄制的音頻文件傳輸?shù)饺l帶揚(yáng)聲器進(jìn)行播放，實(shí)現(xiàn)對(duì)錄制地點(diǎn)噪聲環(huán)境的聲場(chǎng)模擬。

聲音采集設(shè)備及其工裝

①聲音采集設(shè)備——表貼式傳聲器SMP47

SMP47是SKC自主研發(fā)的特殊傳聲器，該傳聲器可搭配專用前置放大器使用，安裝在物體表面，具有重量輕、體積小、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。多應(yīng)用于汽車、高鐵、飛機(jī)及航空航天器等動(dòng)態(tài)測(cè)試中。除此之外，也可應(yīng)用于密閉空間嵌裝、地面陣列測(cè)量和一般噪聲測(cè)量等場(chǎng)合。

②專用聲音采集設(shè)備的工裝設(shè)計(jì)

由于聲音采集設(shè)備，最終需要適應(yīng)車外頂部測(cè)試環(huán)境的使用要求，因此針對(duì)傳聲器的固定和使用方式，需要進(jìn)行專用工裝設(shè)計(jì)，以降低列車運(yùn)行過(guò)程中的外界風(fēng)沙沖擊及天氣因素等對(duì)傳聲器的影響。

固定工裝外殼采用金屬材料，并對(duì)其進(jìn)行表面絕緣處理，滿足高壓環(huán)境下的使用要求；內(nèi)部與傳聲器的接觸部分采用硅膠材質(zhì)，具有一定的緩沖作用，達(dá)到保護(hù)和固定傳聲器的目的。

聲音采集設(shè)備完成設(shè)計(jì)后，需要通過(guò)聲學(xué)測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析及靜動(dòng)態(tài)模擬測(cè)試后，進(jìn)行固定工裝的加工制造。因此，前期設(shè)計(jì)了6種固定工裝方案，以3D打印的形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)輸出。加工完成后的6種固定結(jié)構(gòu)通過(guò)測(cè)試后，選擇其中測(cè)試結(jié)果最佳的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)與定型，完成最終固定工裝設(shè)計(jì)方案的確定。

工裝方案一：圓頂外殼＋內(nèi)部垂直式進(jìn)聲孔

外層采用圓頂式結(jié)構(gòu)，具有良好的抗風(fēng)阻。進(jìn)聲孔位于中心位置，方向垂直向下，呈圓形陣列排布，具有優(yōu)異的聲音傳遞效果；結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)由若干條形小孔，聲音向傳聲器處進(jìn)行傳遞。水平方向留有若干圓孔，方便雨水排出，起到保護(hù)傳聲器的作用。

工裝方案二：半柱形外殼＋內(nèi)部?jī)A斜式進(jìn)聲孔

外層采用半柱形結(jié)構(gòu)，進(jìn)聲孔左右水平對(duì)稱，分別位于車體兩側(cè)，可以有效降低風(fēng)噪在采集過(guò)程中的誤差影響；中間層結(jié)構(gòu)進(jìn)聲孔同樣采用水平對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，下方留有空隙便于排水；內(nèi)層進(jìn)聲孔為傾斜式，方向?yàn)樾毕蛳?5°，在實(shí)現(xiàn)防水的同時(shí)有利于聲音的傳入。

北京聲科測(cè)可為各行業(yè)客戶提供多種聲學(xué)測(cè)量和振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域的解決方案，如有合作意向，請(qǐng)您隨時(shí)致電400-999-7956轉(zhuǎn)1，與我司銷售人員詳談。