電機噪聲測量結果的不確定度評定

黨 浩

（南車株洲電機有限公司，湖南 株洲 412001）

1 概述

（1）目的。使用AWA6291實時信號分析儀對旋轉電機運行噪聲進行頻譜測定，評定測量結果的不確定度。

（2）測量依據(jù)的技術標準。GB/T10069.1-2006《旋轉電機噪聲測定方法及限值第1部分：旋轉電機噪聲測定方法》。GB/T14574-2000《聲學機器和設備噪聲發(fā)射值的標示和驗證》。

（3）使用的儀器設備。AWA6291實時信號分析儀，設備編號JC-2011-47，已檢定合格且在有效期內。設備允差為±0.2dB。該儀器為多用信號分析平臺，通過預裝不同軟件實現(xiàn)不同分析功能。在預裝噪聲FFT分析軟件下，儀器分辨力為0.01dB。

（4）測量原理。在預定測點測取電機運行噪聲，由傳聲器采集，經(jīng)A/D轉換后，采用FFT算法進行噪聲幅頻分析，顯示測量結果。

（5）測量程序：①測量環(huán)境：環(huán)溫≤45℃，相對濕度≤90%，海拔≤1000m，近似半自由場。②測取背景噪聲，檢查是否需修正。③采用等效矩形包絡面法配置測量架。④啟動電機，空載運行30min至狀態(tài)穩(wěn)定。⑤開啟分析儀，A計權，啟動采集和FFT分析軟件，測量噪聲頻譜并保存。⑥測量結果：直接讀取與分析頻率對應的噪聲幅值，單位dB（A）。⑦測量流程圖1所示。

圖1 測量流程圖

2 數(shù)學模型

選被試電機在音頻范圍（10 Hz～20 kHz）內的第i測點的噪聲聲壓級直接由實時信號分析儀顯示：

Lp=Li

式中：

Lp為第i測點在j頻率點上的噪聲聲壓級，dB(A)

Li為實施信號分析儀顯示的噪聲聲壓級，dB(A)

3 不確定度來源

（1）測量結果不確定度的主要來源于以下幾個方面：

>測量重復性引起的不確定度分量uA1，按A類方法評定；

>儀器本身不確定度，由實時信號分析儀測量偏差帶來的標準不確定度分量uB1，按B類方法評定；

>儀器顯示分辨力帶來的標準不確定度分量uB2，按B類方法評定；

>使用標準方法帶來的復現(xiàn)性標準不確定度分量uB3，按B類方法評定。

（2）不確定度來源圖2所示。

圖2 實時信號分析儀測定電機噪聲頻譜不確定度來源圖

4 標準不確定度評定

（1）測量重復性引起的不確定度分量uA1。在重復性條件下，對被測聲壓級進行10次獨立重復觀測，結果如表2所示。

實驗標準偏差：

序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1087.51 87.60 87.65 87.69 87.55 87.69 87.63 87.55 87.67 87.65平均值 d B（A）：x=87.62測量值d B（A）

單次實測中在某電機接線盒一側預定測點的噪聲聲壓級為87.67 dB（A）。則測量結果的標準不確定度就等于一次實驗標準偏差：

（2）由實時信號分析儀測量偏差帶來的標準不確定度分量uB1。AWA6291實時信號分析儀最大允許誤差為±0.2 dB，測量值落在允差區(qū)間內的概率呈均勻分布。區(qū)間半寬為A1=0.2 dB（A），包含因子為。則其相對標準不確定度分量uB1為：

（3）由實時信號分析儀顯示分辨力帶來的標準不確定度分量uB2。AWA6291實時信號分析儀在使用噪聲FFT分析軟件時的顯示分辨力為0.01 dB（A），服從均勻分布。區(qū)間半寬為A2=0.005 dB（A），包含因子為。則其相對標準不確定度分量uB2為：

（4）使用標準方法帶來的復現(xiàn)性標準不確定度分量uB3。按照GB/T14574-2000《聲學機器和設備噪聲發(fā)射值的標示和驗證》附錄A，再現(xiàn)性標準偏差一般由噪聲試驗規(guī)程確定，若無規(guī)程，對工程級測量準確度采用2.5 dB估算。GB/T10069.1-2006《旋轉電機噪聲測定方法及限值第1部分：旋轉電機噪聲測定方法》第8條測量不確定度中說明，若選擇95%置信度，則K為再現(xiàn)性標準偏差σR的1.95倍。即：

5 合成標準不確定度評定

對于直接測量，各不確定度分量互不相關，采用方和根方法合成，求得電機噪聲在音頻范圍內任選頻率點的聲壓級合成標準不確定度uC（Lp）為：

各不確定度分量的貢獻如圖3：

圖3 各不確定度分量的貢獻度

電機噪聲頻譜分析測量結果標準不確定度分量匯總，見表4

表4 相對標準不確定度評定匯總表

6 擴展不確定度評定

取包含因子k＝2，則電機噪聲頻譜分析測量結果的相對擴展不確定度為：

7 測量結果和不確定度報告

（1）由上述分析計算可知，被測電機在音頻范圍內1031.25 Hz頻率點在電機接線盒一側預設測點的噪聲聲壓級最佳估計值為87.67dB（A）。

（2）擴展測量不確定度U（Lp）為2.58dB(A)。

（3）由圖3分析可知，對合成標準不確定度貢獻最大的是采用標準方法帶來的復現(xiàn)性偏差所引起的不確定度分量，幾乎占據(jù)整體的絕大部分比例。由G B/T 14574-2000《聲學機器和設備噪聲發(fā)射值的標示和驗證》附錄A所述可知，通過采取大量試驗建立噪聲試驗規(guī)程、根據(jù)實際工況進行參數(shù)修正、改善測量環(huán)境將工程級（2級）提高為精密級（1級）等措施，都可以有效減小該不確定度分量，從而大幅提高測量準確度。