本發(fā)明涉及噪聲測量設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種箱梁結(jié)構(gòu)的高精度噪聲測量裝置。

背景技術(shù)：

結(jié)構(gòu)噪聲是由結(jié)構(gòu)自身振動所產(chǎn)生的噪聲。振動是噪聲之源，而外部環(huán)境中所包含的聲源多而復(fù)雜，它們振動所產(chǎn)生的噪聲都通過同一介質(zhì)（空氣）傳播，因此，在同一介質(zhì)中任意一點(diǎn)測量得到的噪聲值都是由多個振動源共同輻射噪聲的疊合值，這使得精確測量出某個特定結(jié)構(gòu)振動所輻射的噪聲較為困難。

傳統(tǒng)測量結(jié)構(gòu)噪聲的方法一般是從減少聲源和介質(zhì)隔聲這兩個方面進(jìn)行考慮的。減少聲源是指將被測結(jié)構(gòu)置于相對安靜的環(huán)境中，然后對其進(jìn)行噪聲測量，這種方法雖然在一定程度上減少了聲源數(shù)量，但測量設(shè)備振動和人員試驗(yàn)行為所產(chǎn)生的噪聲還是會對測量結(jié)果造成較大的影響。介質(zhì)隔聲是指制作一個聲屏蔽罩，聲屏蔽罩表面張貼吸聲材料，然后將測試結(jié)構(gòu)置于屏蔽罩內(nèi)，致使測量環(huán)境與外部環(huán)境相隔離，以此避免外部環(huán)境噪聲對測試結(jié)果的影響，這種方法雖然能極大的減少外部環(huán)境的影響，但結(jié)構(gòu)噪聲在屏蔽罩內(nèi)一方面會發(fā)生反射，另一方面也會誘發(fā)屏蔽罩結(jié)構(gòu)振動，產(chǎn)生二次噪聲，從而影響噪聲測量結(jié)果。

為準(zhǔn)確測量出結(jié)構(gòu)噪聲，本發(fā)明在介質(zhì)隔聲方法的基礎(chǔ)上，以減小結(jié)構(gòu)噪聲反射以及其誘發(fā)的二次噪聲為出發(fā)點(diǎn)，提供一種可提高結(jié)構(gòu)噪聲測量精度的裝置，該裝置一方面可隔離外部環(huán)境噪聲，并吸收被測結(jié)構(gòu)噪聲，以防發(fā)生反射現(xiàn)象；另一方面可減弱裝置自身的結(jié)構(gòu)振動，以防二次噪聲的產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種箱梁結(jié)構(gòu)的高精度噪聲測量裝置，在介質(zhì)隔聲方法的基礎(chǔ)上，以減小結(jié)構(gòu)噪聲反射以及其誘發(fā)的二次噪聲為出發(fā)點(diǎn)，提供一種可提高噪聲測量精度的裝置及方法，該方案一方面可隔離外部環(huán)境噪聲，并吸收被測結(jié)構(gòu)噪聲，以防發(fā)生反射現(xiàn)象；另一方面可減弱裝置自身的結(jié)構(gòu)振動，以防二次噪聲的產(chǎn)生。

為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出的一種高精度箱梁結(jié)構(gòu)的噪聲測量裝置，是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:

一種箱梁結(jié)構(gòu)的高精度噪聲測量裝置，其特征在于：所述噪聲測量裝置包括用于粘附在所述箱梁結(jié)構(gòu)上的阻尼底座以及底面呈敞口的隔音罩；所述隔音罩內(nèi)部頂面固定安裝有至少一個聲學(xué)傳感器，所述隔音罩的下沿密封連接于所述阻尼底座上，所述阻尼底座呈與所述隔音罩的下沿相對應(yīng)的封閉環(huán)狀。

所述隔音罩包括剛性框架和包裹在所述剛性框架上的阻尼層，所述阻尼層由阻尼材料制成，其外側(cè)面和/或內(nèi)側(cè)面上設(shè)置有由吸聲材料制成的吸聲層；所述吸聲層與所述阻尼底座密封連接，所述剛性框架與所述阻尼底座固定連接。

所述阻尼層外側(cè)面和內(nèi)側(cè)面均設(shè)置有由吸聲材料制成的吸聲層，所述吸聲層與空氣的接觸面為使噪聲在該接觸面上發(fā)生漫反射的曲面。

所述隔音罩為長方體狀，所述阻尼底座呈長方形；所述隔音罩內(nèi)部頂面每0.25m2安置一個所述的聲學(xué)傳感器。

所述噪聲測量裝置還包括控制分析系統(tǒng)和用于采集被測物振動信號的振動傳感器，所述振動傳感器和聲學(xué)傳感器與控制分析系統(tǒng)以有線或無線的方式建立通訊連接。

所述測量裝置還包括用于在所述被測物上施加指定激振力的激振系統(tǒng)。

所述激振系統(tǒng)包括激振器和功率放大器，所述功率放大器連接所述控制分析系統(tǒng)。

所述控制分析系統(tǒng)為計算機(jī)，所述聲學(xué)傳感器、功率放大器和振動傳感器通過電纜與所述計算機(jī)通訊連接。

本發(fā)明的有益效果是：

經(jīng)濟(jì)實(shí)用：本噪聲測量裝置所用材料較易獲得，制作成本低，能極大程度減小外部環(huán)境噪聲對測量結(jié)果的影響，從而在測量結(jié)構(gòu)噪聲上具有較高的精度；

設(shè)計靈活：本裝置以吸聲、減振為切入點(diǎn)，考慮多種因素對結(jié)構(gòu)噪聲測量結(jié)果的影響，并針對各種因素的影響提出解決辦法，從而設(shè)計了一種可提高結(jié)構(gòu)噪聲測量精度的裝置；本裝置制作簡單，在測量前可根據(jù)被測結(jié)構(gòu)振動區(qū)域的大小來設(shè)計裝置尺寸和所用聲傳感器的數(shù)量；

重復(fù)使用：本裝置與被測結(jié)構(gòu)間使用可溶解速干膠水進(jìn)行粘接，目的是在測量結(jié)束后方便對裝置與結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離，以便在下次測量中繼續(xù)使用。

附圖說明

通過下面結(jié)合附圖對其示例性實(shí)施例進(jìn)行的描述，本發(fā)明上述特征和優(yōu)點(diǎn)將會變得更加清楚和容易理解。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例噪聲測量裝置的結(jié)構(gòu)示意簡圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例噪聲隔音罩部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例輪軌力計算模型示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例噪聲測量裝置的外觀示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例噪聲測量裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例阻尼底座結(jié)構(gòu)示意圖

圖7為本發(fā)明實(shí)施例隔音罩結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，以便于同行業(yè)技術(shù)人員的理解：

如圖1-7所示，標(biāo)號分別表示：

剛性框架1、貼合材料2、聲學(xué)傳感器3、阻尼底座4、導(dǎo)線5、外吸聲層6、阻尼層7、內(nèi)吸聲層8、可溶解速干膠水層9、計算機(jī)10、被測結(jié)構(gòu)11、12振動傳感器。

參見圖1-5所示，本實(shí)施例提供一種箱梁結(jié)構(gòu)的高精度噪聲測量裝置，該噪聲測量裝置由以下幾部分構(gòu)成：

1、阻尼底座4

阻尼底座4用于粘附在箱梁結(jié)構(gòu)。如圖1、4所示，阻尼底座4由阻尼材料制成，呈首尾相接封閉環(huán)狀的中心開孔板式結(jié)構(gòu)。其下表面通過可溶解速干膠水與被測結(jié)構(gòu)11表面緊密粘接，致使噪聲測量裝置緊密粘接在被測結(jié)構(gòu)11表面。阻尼底座4一方面起到粘接作用，另一方面依賴于阻尼材料對振動的耗散作用，可使被測結(jié)構(gòu)11傳至測量裝置的振動得到極大的減弱。

2、隔音罩

隔音罩由剛性框架1和貼合材料2構(gòu)成。其中，剛性框架1主要起支承噪聲測量裝置和保持其外形不變的作用，其由直徑較小的圓形鋼材縱橫交錯焊接成立方體網(wǎng)罩，其下沿固定安裝于阻尼底座4上。貼合材料2緊密張貼在剛性框架1的內(nèi)外兩側(cè)，其下沿與阻尼底座4密封銜接，使整個噪聲測量裝置在除底面開孔外的其他面上具有較好的密封性。

見圖5所示，貼合材料2由三部分構(gòu)成：外吸聲層6、阻尼層7以及內(nèi)吸聲層8。

外吸聲層6與內(nèi)吸聲層8均由吸聲材料制成，并將兩者與空氣的接觸面設(shè)為曲面，使噪聲在接觸面上發(fā)生漫反射，以減小噪聲的反射量。外吸聲層6的作用是隔離和吸收外部環(huán)境噪聲，內(nèi)吸聲層8的作用是吸收被測結(jié)構(gòu)11振動所產(chǎn)生的噪聲，防止其在接觸面上發(fā)生反射。

另外，和常規(guī)的消聲室、靜音箱的測量原理不同，本實(shí)施例中隔音罩固定于被測物體表面。因此被測結(jié)構(gòu)11的振動會通過阻尼底座4傳遞至剛性框架1，從而導(dǎo)致整個裝置跟隨被測結(jié)構(gòu)一起振動。為此，本實(shí)施例中所設(shè)置的阻尼層7是由阻尼材料制成的薄層，剛性框架1被包裹在阻尼層7內(nèi)。阻尼層7的主要作用是耗散剛性框架1的振動，消除測量裝置自身振動產(chǎn)生的噪聲。

3、聲學(xué)傳感器3和振動傳感器12

聲學(xué)傳感器3安裝在隔音罩內(nèi)部頂面中心處；通常情況下隔音罩內(nèi)部頂面每0.25m2安置一個的聲學(xué)傳感器。

在測量時，振動傳感器12設(shè)在箱梁被測量區(qū)域的板的反面（相對聲學(xué)傳感器3），用于采集箱梁被測量區(qū)域的振動信號。

4、激振系統(tǒng)

激振系統(tǒng)包括激振器14和功率放大器13。另外，還包括一個力傳感器15，用于檢測激振系統(tǒng)對被測物施加激振的信號。激振系統(tǒng)用于在被測物上施加指定的激振力。

5、控制分析系統(tǒng)

本實(shí)施例中控制分析系統(tǒng)采用的是計算機(jī)10，鑒于常規(guī)的計算機(jī)本身會產(chǎn)生一定機(jī)械噪聲，故此設(shè)于隔音罩外部。聲學(xué)傳感器3、振動傳感器12、功率放大器13和力傳感器15均通過線纜5與計算機(jī)10連接。功率放大器13接受計算機(jī)10指令，控制激振器14施加指定振幅和振動頻率的激振力。聲學(xué)傳感器3、振動傳感器12和力傳感器15實(shí)時采集結(jié)構(gòu)振動、噪聲等數(shù)據(jù)。

當(dāng)然，在不采用機(jī)械振動部件（如硬盤、風(fēng)扇等）的前提下，控制分析系統(tǒng)也可以安裝在隔音罩內(nèi)部?；蛘呗晫W(xué)傳感器3將信息傳輸至隔音罩內(nèi)的控制器，再由控制器以無線通訊的方式將信息傳輸至外部的控制分析系統(tǒng)。由于上述替代方案為本領(lǐng)域技術(shù)人員習(xí)見技術(shù)手段，在此不再贅述。

當(dāng)需要測量結(jié)構(gòu)噪聲時，將該裝置粘結(jié)在被測結(jié)構(gòu)11的測量區(qū)表面，外部環(huán)境噪聲受到外吸聲層6的隔離和吸收，很難傳至聲學(xué)傳感器3，進(jìn)而就不會對測量結(jié)果影響；被測結(jié)構(gòu)11噪聲傳遞至內(nèi)吸聲層8時，會受到內(nèi)吸聲層8的吸收作用，使噪聲很難在接觸面上發(fā)生反射，從而消除結(jié)構(gòu)噪聲的反射對結(jié)果的影響；被測結(jié)構(gòu)11振動經(jīng)過阻尼底座4與阻尼層7的耗散作用，使得測量裝置整體的振動大為減弱，從而避免測量裝置因自身振動而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)噪聲。

結(jié)合上述裝置結(jié)構(gòu)，以下詳細(xì)描述高精度噪聲測量裝置的使用方法，包括如下步驟：

a、基于箱梁結(jié)構(gòu)11的結(jié)構(gòu)噪聲的關(guān)注區(qū)域，選擇箱梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)噪聲測試斷面，并在該斷面的頂板、腹板和底板位置處選擇箱梁結(jié)構(gòu)的被測量位置。被測量位置為正方形，且其邊長不小于結(jié)構(gòu)噪聲關(guān)心頻率的波長1/8。結(jié)構(gòu)噪聲的波長計算公式為：，其中。例如：關(guān)心的橋梁200hz以內(nèi)的結(jié)構(gòu)噪聲，波長為340m/s÷200hz=1.7m，則該測試區(qū)域邊長不應(yīng)小于1.7/8=0.2125m。

b、根據(jù)步驟a所選擇的被測量位置的尺寸，制作如上所述的噪聲測量裝置。

c、將阻尼底座4通過可溶解速干膠水密封安裝在箱梁結(jié)構(gòu)11的被測量位置表面，使聲學(xué)傳感器3正對被測量位置；

d、聲學(xué)傳感器3采集被測量位置的噪聲信號并傳輸至控制分析系統(tǒng)，控制分析系統(tǒng)對噪聲信號進(jìn)行處理后記錄結(jié)構(gòu)噪聲的實(shí)際測量值。

另外，上述的噪聲測量裝置還可以用于箱梁結(jié)構(gòu)噪聲的貢獻(xiàn)分析，通過如下步驟實(shí)現(xiàn)：

a、在箱梁結(jié)構(gòu)11上安裝激振器14，激振器14的激振點(diǎn)設(shè)于箱梁跨中、鋼軌下對應(yīng)的箱梁表面位置，激振頭向下；

b、基于如上所述的噪聲測量方法，選擇所述箱梁結(jié)構(gòu)側(cè)板、腹板和頂板中的任意一塊，并布置所述噪聲測量裝置測量其結(jié)構(gòu)噪聲；

以及在上述箱梁結(jié)構(gòu)11的被測量位置的中心位置或者板的反面布置用于采集被測量區(qū)域的振動信號的振動傳感器12；

當(dāng)控制分析系統(tǒng)控制激振器14輸出與所述箱梁結(jié)構(gòu)所受輪軌力的理論值振幅和頻率相同的激振力時，噪聲測量裝置測量結(jié)構(gòu)噪聲并傳輸至控制分析系統(tǒng)，振動傳感器12采集被測量位置的振動信號并傳輸至控制分析系統(tǒng)；

上述輪軌力的理論值基于有限元分析計算獲得；

c、將步驟b所得結(jié)構(gòu)噪聲測量值和結(jié)構(gòu)噪聲理論值進(jìn)行比較，所述結(jié)構(gòu)噪聲的理論值基于有限元和邊界元方法，以及所述振動傳感器采集的振動信號計算獲得；

如果噪聲測量值和噪聲理論值誤差在10%以內(nèi)，認(rèn)為噪聲測量裝置布置方式有效；

反之，檢測噪聲測量裝置的密封狀態(tài)，增加其密封可靠性，以及調(diào)整被測量位置大小，重新制作和/或安裝檢測噪聲測量裝置，重新測量；直至驗(yàn)證所述結(jié)構(gòu)噪聲測量值的準(zhǔn)確性，結(jié)構(gòu)噪聲測量值準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)為：多次調(diào)整后噪聲測量值穩(wěn)定，判斷噪聲理論值計算方式不理想；或者噪聲測量值和噪聲理論值誤差在10%以內(nèi)；

d、重復(fù)步驟b和c，依次獲得所述箱梁結(jié)構(gòu)同一斷面?zhèn)劝?、腹板和頂板的結(jié)構(gòu)噪聲測量值，之后計算各面板的噪聲貢獻(xiàn)。

在噪聲貢獻(xiàn)分析步驟中，計算箱梁結(jié)構(gòu)所受輪軌力的具體步驟是：

建立雙層軌道結(jié)構(gòu)的三維有限元模型：所述雙層軌道結(jié)構(gòu)包括鋼軌、軌枕、扣件以及枕下結(jié)構(gòu)；其中，鋼軌利用三維實(shí)體單元beam3來模擬，軌枕用質(zhì)量點(diǎn)單元mass23等效；雙層軌道結(jié)構(gòu)模型的長度取值100m-200m，鋼軌梁單元的長度取值0.625m；每個鋼軌的每個節(jié)點(diǎn)處用彈簧阻尼單元連接一個軌枕質(zhì)量點(diǎn)單元，再由彈簧阻尼單元連接到固定的箱梁節(jié)點(diǎn)上，在兩端邊界處固定鋼軌邊界節(jié)點(diǎn)縱向（x方向）的自由度；固定軌枕質(zhì)量點(diǎn)單元x方向的自由度，箱梁上的節(jié)點(diǎn)固定所有的自由度；

模擬列車在鋼軌上的移動：將加載力以恒速度v在x方向移動，將不平順導(dǎo)致的慣性力疊加在輪對靜荷載上，計算車輪列車對箱梁結(jié)構(gòu)的輪軌力。整個分析計算過程采用全瞬態(tài)的分析方法，時間積分步長取為0.005秒，計算的總時間由列車跑完模型全程所需的時間來確定。模型如圖3所示。

在噪聲貢獻(xiàn)分析步驟中，計算結(jié)構(gòu)噪聲的理論值的具體步驟是：

箱梁結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)計算：利用有限元的方法，建立鋼軌、扣件、軌道板、ca砂漿層、混凝土底座聯(lián)合計算有限元模型，并將輪軌力施加在該混凝土底座聯(lián)合計算有限元模型上，計算軌道和橋梁各結(jié)構(gòu)部件的振動響應(yīng)；

從上述振動響應(yīng)的計算結(jié)果中提取被測量位置的振動數(shù)據(jù)，并用所述振動傳感器采集的振動信號進(jìn)行準(zhǔn)確性驗(yàn)證；

如所述振動數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性被驗(yàn)證，則選取被測量位置的振動計算數(shù)據(jù)導(dǎo)入到邊界元軟件中，利用邊界元的方法，計算在該區(qū)域正上方傳聲器高度位置的噪聲指標(biāo)，該噪聲指標(biāo)即是結(jié)構(gòu)噪聲的理論值。

需要注意的是，以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式僅限于此，在上述實(shí)施例的指導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種改進(jìn)和變形，而這些改進(jìn)或者變形落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。