电机噪声测量结果的不确定度评定

党 浩

（南车株洲电机有限公司，湖南 株洲 412001）

1 概述

（1）目的。使用AWA6291实时信号分析仪对旋转电机运行噪声进行频谱测定，评定测量结果的不确定度。

（2）测量依据的技术标准。GB/T10069.1-2006《旋转电机噪声测定方法及限值第1部分：旋转电机噪声测定方法》。GB/T14574-2000《声学机器和设备噪声发射值的标示和验证》。

（3）使用的仪器设备。AWA6291实时信号分析仪，设备编号JC-2011-47，已检定合格且在有效期内。设备允差为±0.2dB。该仪器为多用信号分析平台，通过预装不同软件实现不同分析功能。在预装噪声FFT分析软件下，仪器分辨力为0.01dB。

（4）测量原理。在预定测点测取电机运行噪声，由传声器采集，经A/D转换后，采用FFT算法进行噪声幅频分析，显示测量结果。

（5）测量程序：①测量环境：环温≤45℃，相对湿度≤90%，海拔≤1000m，近似半自由场。②测取背景噪声，检查是否需修正。③采用等效矩形包络面法配置测量架。④启动电机，空载运行30min至状态稳定。⑤开启分析仪，A计权，启动采集和FFT分析软件，测量噪声频谱并保存。⑥测量结果：直接读取与分析频率对应的噪声幅值，单位dB（A）。⑦测量流程图1所示。

图1 测量流程图

2 数学模型

选被试电机在音频范围（10 Hz～20 kHz）内的第i测点的噪声声压级直接由实时信号分析仪显示：

Lp=Li

式中：

Lp为第i测点在j频率点上的噪声声压级，dB(A)

Li为实施信号分析仪显示的噪声声压级，dB(A)

3 不确定度来源

（1）测量结果不确定度的主要来源于以下几个方面：

>测量重复性引起的不确定度分量uA1，按A类方法评定；

>仪器本身不确定度，由实时信号分析仪测量偏差带来的标准不确定度分量uB1，按B类方法评定；

>仪器显示分辨力带来的标准不确定度分量uB2，按B类方法评定；

>使用标准方法带来的复现性标准不确定度分量uB3，按B类方法评定。

（2）不确定度来源图2所示。

图2 实时信号分析仪测定电机噪声频谱不确定度来源图

4 标准不确定度评定

（1）测量重复性引起的不确定度分量uA1。在重复性条件下，对被测声压级进行10次独立重复观测，结果如表2所示。

实验标准偏差：

序号 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测量值d B（A）

单次实测中在某电机接线盒一侧预定测点的噪声声压级为87.67 dB（A）。则测量结果的标准不确定度就等于一次实验标准偏差：

（2）由实时信号分析仪测量偏差带来的标准不确定度分量uB1。AWA6291实时信号分析仪最大允许误差为±0.2 dB，测量值落在允差区间内的概率呈均匀分布。区间半宽为A1=0.2 dB（A），包含因子为。则其相对标准不确定度分量uB1为：

（3）由实时信号分析仪显示分辨力带来的标准不确定度分量uB2。AWA6291实时信号分析仪在使用噪声FFT分析软件时的显示分辨力为0.01 dB（A），服从均匀分布。区间半宽为A2=0.005 dB（A），包含因子为。则其相对标准不确定度分量uB2为：

（4）使用标准方法带来的复现性标准不确定度分量uB3。按照GB/T14574-2000《声学机器和设备噪声发射值的标示和验证》附录A，再现性标准偏差一般由噪声试验规程确定，若无规程，对工程级测量准确度采用2.5 dB估算。GB/T10069.1-2006《旋转电机噪声测定方法及限值第1部分：旋转电机噪声测定方法》第8条测量不确定度中说明，若选择95%置信度，则K为再现性标准偏差σR的1.95倍。即：

5 合成标准不确定度评定

对于直接测量，各不确定度分量互不相关，采用方和根方法合成，求得电机噪声在音频范围内任选频率点的声压级合成标准不确定度uC（Lp）为：

各不确定度分量的贡献如图3：

图3 各不确定度分量的贡献度

电机噪声频谱分析测量结果标准不确定度分量汇总，见表4

表4 相对标准不确定度评定汇总表

6 扩展不确定度评定

取包含因子k＝2，则电机噪声频谱分析测量结果的相对扩展不确定度为：

7 测量结果和不确定度报告

（1）由上述分析计算可知，被测电机在音频范围内1031.25 Hz频率点在电机接线盒一侧预设测点的噪声声压级最佳估计值为87.67dB（A）。

（2）扩展测量不确定度U（Lp）为2.58dB(A)。

（3）由图3分析可知，对合成标准不确定度贡献最大的是采用标准方法带来的复现性偏差所引起的不确定度分量，几乎占据整体的绝大部分比例。由G B/T 14574-2000《声学机器和设备噪声发射值的标示和验证》附录A所述可知，通过采取大量试验建立噪声试验规程、根据实际工况进行参数修正、改善测量环境将工程级（2级）提高为精密级（1级）等措施，都可以有效减小该不确定度分量，从而大幅提高测量准确度。