用相干功率谱识别主噪声源

　　0　引　言

　　对于某些特殊工种的企业,因生产产生的噪声已严重干扰了周边生活工作环境,所以,为了保护生态环境,必须及时检测出噪声源,以便采取措施,使噪声降到最低程度。

　　采用常规的互功率谱分析法,由于受各传感器频率响应函数影响,不能敏感地识别主要声源,而用相干功率谱分析法可有效辨识主要声源[1,2],然后对被识别声源作自功率谱和倒功率谱分析,从而为企业指明须降噪的关键设备,并提出具体的降噪措施。

　　1　测试系统框图及源识别模型

　　多振源工况下的噪声源识别测试系统框图,如图1所示,q个加速度传感器分别安装在各声源上测取振动信号,经电荷放大器放大,再用磁带记录仪记录,同时记录在特定位置上用声级计拾取的噪声信号。

　　噪声源识别模型,如图2所示,q个声源产生无噪信号真输入ui(t),用加速度传感器测得的信号是wi(t)加外界噪声信号mi(t)后的测量输入xi(t),真输入ui(t)通过常数线性系统Hiy(f)产生真输出vi(t),它们与外界噪声n(t)加在一起得到总的测量输出y(t)。

　　2　相干功率谱理论分析

　　总输出y(t)的傅里叶变换为

其中,Y(f),Vi(f),Ui(f)和N(f)分别是y(t),vi(t),ui(t)和n(t)的傅里叶变换。

　　假定源测量时没有干扰mi(t),外界噪声n(t)与测量输入wi(t)及测量输出vi(t)不相关,且各测量源ui(t)之间也不相关,故该模型与多输入单输出系统模型基本相同,视系统为非频变。

　　根椐单边功率谱定义得

式中Gxixi(f)、Guiui(f)——分别是xi(f)及ui(f)的自功率谱

　　x*_i(x)——Xi(f)的共轭复数

　　E——期望运算子

　　测量输入xi(f)与输出y(t)互功率谱为

其中,Guiy(f)是ui(f)与y(f)的互功率谱,且

(5)式代入(4)式,得

相干功率谱定义为相干函数与输出功率谱的乘积,即

式中Gvivi(f)——真输出vi(t)的功率谱

　　由(6)式可以看出,若直接采用互功率谱分析方法,计算结果中包含了实际能量源输入与测量源输入之间的频率响应函数Hii(t),而(8)式结果表明,任何无噪的与真源ui(t)线性相关的测量xi(t),用于相干输出功率计算时将会得到正确结果[3,4]。这意味着可以用任何传感器测量振动源,只要传感器输出与能量具有线性关系,甚至不需校正传感器,相干函数计算时就有效地完成了所有的校正,这正是采用相干功率谱识别振动源的特点。

　　从理论上看,采用(8)式识别噪声源是较直接的方法,但在实际使用中必须注意如下问题: