基于音频的水润滑橡胶轴承摩擦噪声测试系统

    水润滑橡胶轴承由于合金橡胶材料的特殊物理化学性质和采用水作为润滑剂，使其具有良好的润滑特性和环境友好性［1］，在船舶和水力机械上得到了广泛的应用。但是水润滑橡胶轴承在低速、重载等工况下，会由于润滑不良而导致轴承出现振动，并产生摩擦噪声，严重影响到了水润滑橡胶轴承的工作性能［2］。因此对水润滑橡胶轴承的摩擦噪声的研究是非常有意义的。

    目前，国内大多数学者对水润滑橡胶轴承摩擦噪声测试的研究主要集中在利用振动来进行测试［3 －4］，而对于基于音频的噪声测试系统的研究未见报道。语音信号处理是以语音语言学和数字信号处理为基础的涉及面很广的交叉学科，是信息领域应用的核心技术之一。随着数字信号处理技术走向成熟，声卡及其数字信号处理技术作为语音处理领域中新近发展起来的一个学科分支，目前正在被应用于噪声测试系统中［5 －6。本文作者应用语音信号处理技术，利用声卡及其数字信号处理技术，提出并构建了一种基于音频的水润滑橡胶轴承摩擦噪声测量系统，为水润滑橡胶轴承摩擦噪声测试方法提供了研究分析新途径。

    1 测试系统工作原理和构成

    从本质上讲，摩擦噪声是一种结构噪声，是固态物体在摩擦时，由于表面粗糙产生随机性激励作用而发声，噪声信号一般都具有随机性，对于噪声信号的分析处理就是用录音设备录取现场的原始信号，运用分析软件进行分析［7］。

    水润滑橡胶轴承摩擦噪声测试系统是以声级计、声卡和计算机等硬件组成的虚拟仪器系统，系统组成框图如图 1 所示。声级计作为传感器，将摩擦噪声信号转换成电信号送入声卡，声卡将模拟信号转换为计算机能够处理的数字信号，通过 LabVIEW 软件平台，对噪声进行频谱分析。

    声级计是最基本的噪声测量仪器，已被广泛地用于环境噪声和各种机器、车辆、船舶、电器等工业噪声的测量。试验中选用的声级计是 AWA5661-1A 型声级计，其采用 AWA14423 型传声器，频率范围是10 Hz ～ 20 kHz，量程是 43 ～ 138 dB。

    声卡可采用计算机自带的声卡，其最高采样频率可达 44. 1 kHz，采样位数为 16 位。根据具体实验设备可知，频率最高的噪声是由电机的变频器发出，通过计算可得到其基频为 7 820 Hz，其他的环境噪声都是些低频噪声，如供水系统的噪声等，被测噪声信号的频率都在此范围内，完全可以达到采样要求。测试电缆由普通耳机的音频连接线改装，将连接线的双芯分别接到声级计的交流和电源地引脚，耳机的接头作为信号输入端。声卡一般有 Mic in 和 Line in 2 个信号输入口，和 Mic in 相比，Line in 输入口噪声干扰小且动态性能好，应选用 Line in 作为输入口。