基于高速便攜測試系統(tǒng)的近吸式吸油煙機振動和噪聲測試分析

徐茂青 馮黔軍

（廣州市紅日燃具有限公司 廣東廣州 510435）

0 引言

吸油煙機作為電器化廚房必備設施之一越來越受到人們的重視，成為現(xiàn)代人生活的必需品。巨大的市場需求為吸油煙機行業(yè)的發(fā)展帶了無限的商機，也對吸油煙機的風量、噪聲、全壓效率、以及氣味降低度等性能指標提出了新的要求。目前國內吸油煙機技術水平整體不高，不能從根本上達到消費者滿意的程度，存在排煙不盡、油氣分離難、噪音高、滴油多、清洗不便等不足。

近吸式油煙機是近些年發(fā)展起來的新型油煙機產(chǎn)品，由于其安裝在灶具的側面，進風口離油煙源頭更近，能第一時間鎖定產(chǎn)生的油煙，并且可以有效的縮短油煙上升的運動距離，排煙效果自然更為理想，迅速得到消費者的認可。同時，由于其安裝位置靠近灶臺，噪聲問題更加突出。因此，在現(xiàn)有的油煙機配置的情況下，降低油煙機在工作過程中的的噪聲，減小其振動有很大的經(jīng)濟和現(xiàn)實意義。

本文以某型近吸式油煙機為研究對象，利用高速便攜測試系統(tǒng)對其進行振動和噪聲測試分析，找出該型油煙機的主要振動和噪聲源，為后續(xù)的油煙機改進設計提供理論與技術指導。

1 測量原理與實驗裝置

1.1 測量原理

進行吸油煙機噪聲源辨識的基本思路是：根據(jù)振動和噪聲發(fā)生的原理，首先選擇幾個關鍵測點，在近場測量各點的振動和聲壓級。通過數(shù)據(jù)處理與分析，初步確定振動和噪聲源的分布；然后選擇振動信號與噪聲信號做互功率譜分析，通過分析頻譜圖，確定吸油煙機的噪聲中哪些頻率是由振動產(chǎn)生。

1.2 高速便攜測試系統(tǒng)簡介

本文主要采用高速便攜測試系統(tǒng)（如圖1所示）測量油煙機的振動和噪聲輻射，通過對測量的數(shù)據(jù)進行頻譜分析得到相應圖表和圖像。高速便攜測試系統(tǒng)共有8個輸入端口和四個擴展端口，每個端口可以連接不同類型的傳感器，它能實現(xiàn)對噪聲、加速度、速度、位移等物理量的實時測量，該儀器不同的配套軟件可實現(xiàn)不同的功能。它利用通用計算機（PC）的高速計算、大容量存貯能力對采集到的信號進行時域、頻域的分析計算，具有一機多用、精度高等優(yōu)點，可廣泛的用在環(huán)境噪聲測量、環(huán)境振動測量、噪聲源的頻譜分析、建筑聲學測量等領域。測量的結果可以通過軟件數(shù)據(jù)處理，直接和振動烈度標準[3]、頻率標準進行對比判讀。

圖1 高速便攜測試系統(tǒng)

本次試驗使用加速度傳感器和麥克風傳感器，分別對油煙機的振動和噪聲進行測量。加速度傳感器貼在被測表面上，加速度里面的敏感元件將測點的加速度信號轉換為相應的電信號，進入前置放大電路，經(jīng)過信號調理電路改善信號的信噪比，再進行模數(shù)轉換得到數(shù)字信號，最后送入計算機，計算機再進行數(shù)據(jù)存儲和顯示。

1.3 實驗準備

根據(jù)國家標準要求[1,2]，測試在半消聲室的實驗室中進行，從而避免了外界環(huán)境噪聲的影響。根據(jù)GB/T 4214.1—2011《聲學家用電器及其類似用途器具噪聲測試方法》的規(guī)定[2]，首先確定各需要安裝的附件，在對樣機測量前記錄樣機幾何尺寸，并記錄實驗室環(huán)境溫度和大氣壓力作修正參考；實驗前測試環(huán)境的背景噪聲，用于修正測量結果；檢查油煙機是否能正常工作，各個部件是否安裝到位；檢查實驗儀器的連接關系，保證實驗儀器的正常工作和測量結果的準確性。使吸油煙機在額定電壓、頻率下，以最高轉速運轉30min，待樣機達到穩(wěn)定狀態(tài)，再進行實驗。

2 測量過程與結果分析

2.1 振動測試

在吸油煙機的正前面、左側面、右側面、進風口側面，分布布置了四個振動檢測面（如圖2所示），每個面上布置五個加速度傳感器，測量垂直、水平和軸向三個方向的振動信號，將這三個方向的振動信號合成便得到該點在空間的振動情況；再將這五個測點結果取平均，得到該測量面的平均振動幅值，傳感器的放置如圖3所示。

基于上述實驗測量原理及測定布置情況，本實驗數(shù)據(jù)的采集主要進行了四種工況的實驗，即在低速檔有濾網(wǎng)、低速檔無濾網(wǎng)、高速檔有濾網(wǎng)、高速檔無濾網(wǎng)工況下，分別對正前面、左右側面、集煙腔進行加速度測量。

由于儀器直接獲取的是電壓信號（時域信號），不便于查看。因此通過傅里葉變換，將時域信號轉換為頻域信號，這樣就可以清晰的看出該信號的頻率成分以及所占比例的大小。以高速工況下正前面有濾網(wǎng)和無濾網(wǎng)為例，振動信號頻譜圖如圖5、圖6所示。

按照一定的測量步驟進行測試與計算，并結合實驗室環(huán)境影響的修訂，可以得到：除了煙機的運轉頻率外，占主要部分的頻率為100Hz、415Hz、385Hz左右的頻率；油煙機高速工況下振動幅度大于低速工況，有濾網(wǎng)時大于無濾網(wǎng)。

2.2 噪聲測試

根據(jù)GB 17713-1999《吸油煙機噪音及其檢測方法》，并參考相關文獻[3，4]，煙機的噪聲測試采用全球包絡法進行噪聲的測定。開機半個小時，待樣機工作穩(wěn)定后，再在工況分別為低速檔有濾網(wǎng)、低速檔無濾網(wǎng)、高速檔有濾網(wǎng)、高速檔無濾網(wǎng)的實驗條件下，每種工況布置四個測試點A、B、C、D，對測點進行噪聲測量，記錄這些點的聲壓值，并換算為A聲功率級。

以有濾網(wǎng)條件下高速和低速兩種工況為例，噪聲信號頻率圖如圖7、圖8所示?？梢钥闯鲈肼曨l率分布主要集中在100Hz、416Hz、475Hz等頻率處。不同工況下各測點的噪聲數(shù)據(jù)如表4所示。

測量點 高速檔有濾網(wǎng)高速檔無濾網(wǎng)低速檔有濾網(wǎng)低速檔無濾網(wǎng)平均聲壓級 51.75 50.99 43.74 43.21聲功率級 65.75 64.99 57.74 57.21

從表1可以看出煙機在運轉時高速檔的噪聲大于低速檔，有濾網(wǎng)時的噪聲大于無濾網(wǎng)，但是濾網(wǎng)對煙機噪聲的影響相對很小，這就對濾網(wǎng)的改進留下很大空間，因為提高濾網(wǎng)過濾油煙的性能勢必要增大油煙在通過濾網(wǎng)時的擾動和碰撞，從而提高了油煙流經(jīng)濾網(wǎng)的噪聲。煙機正前方的噪聲大于其他位置，而且隨著工況的的提高而增大，反映出風機是主要噪聲源。

2.3 聲振相干分析

聲振相干分析是在總噪聲的頻譜上，分辨出峰值的頻率與各振動源特征頻率之間的關系，可以更一步確定振動源對總噪聲級的影響。聲振相干分析所用的依據(jù)是相干函數(shù)。

對于同一頻率噪聲是由多種原因多個部件振動輻射的，有時振動大產(chǎn)生的噪聲不一定大，所以僅憑頻譜往往不能準確判定主噪聲源，因此借助相干函數(shù)分析來判定，相干函數(shù)的數(shù)學表達式為：

這里：Sxy(f)為輸入振動信號X(t)與輸出噪聲信號Y(t)的互譜函數(shù)，Sx(f)為振動信號自譜，Sy(f)為噪聲信號自譜。

相干函數(shù)反映了振動信號與噪聲信號的相關程度。進一步說明噪聲信號在能量上有多大程度是來源于這個振動信號。r2xy(f)越小，表明兩信號之間的關系越小，即越不相關。

圖9、圖10為煙機正前方測點的振動信號和噪聲信號的互功率譜。

由圖可以看出，在低速檔，互譜的峰值位于100Hz附近；而在高速檔，互譜的峰值位于416Hz左右，說明這兩個頻率及其倍頻程是主要噪聲源。因為隨著煙機運轉速度的增大，風輪對空氣產(chǎn)生的沖擊同樣也在變大，從而在不同的運轉速度下產(chǎn)生最大噪聲的頻率也在增大，也說明了風機是主要振動和噪聲源。風機產(chǎn)生噪聲主要有離心風機葉片在出口蝸舌處產(chǎn)生的噪聲；氣流流經(jīng)葉片、蝸殼前后蓋的內外表面、風道、箱體內表面時，氣流紊亂產(chǎn)生的沖擊噪聲[5]。

3 結論

通過對該型近吸式吸油煙機的振動噪聲測試以及結果分析，得出如下結論：

（1）振動加速度的變化規(guī)律和聲壓級的變化規(guī)律相同，高速工況的幅值大于低速工況，說明振動輻射噪聲的存在。

（2）高速工況聲壓級大于低速工況，有濾網(wǎng)工況下聲壓級小于無濾網(wǎng)工況。

（3）明確油煙機噪聲的主要來源為風機產(chǎn)生的噪聲，即氣體在蝸殼和風機中流動產(chǎn)生的氣動噪聲。

（4）指出在不同工況下產(chǎn)生噪聲的振動的主要頻率，為煙機的下一步優(yōu)化提供參考，找到產(chǎn)生該頻率振動的主要位置，從而減小油煙機的振動和噪聲。

綜上，吸油煙機的振動和噪聲是由吸油煙機的各個部件在工作過程中共同產(chǎn)生的，振動和噪聲源主要是離心風機。通過優(yōu)化風機、風道、蝸殼、箱體以及結構關系等，可以降低吸油煙機的噪聲。

[1] 全國家用電器標準化技術委員會.GB19606-2004家用和類似用途電器噪聲限值[S].北京：中國標準出版社，2004.

[2] 全國聲學標準化技術委員會.GB/T 4706.28-2011聲學家用電器及其類似用途器具噪聲測試方法.北京：中國標準出版社，2011.

[3] 李加慶,陳進,楊超等.某型吸油煙機的振動和噪聲源辨識[J].噪聲與振動控制，2008，28(2)：95-97.

[4] 王艷.離心通風機噪聲污染分析及控制方法[J].風機技術，2008，3：37-39.