電機噪聲測量結果的不確定度評定

黨 浩

（南車株洲電機有限公司，湖南 株洲 412001）

1 概述

（1）目的。使用AWA6291實時信號分析儀對旋轉電機運行噪聲進行頻譜測定，評定測量結果的不確定度。

（2）測量依據的技術標準。GB/T10069.1-2006《旋轉電機噪聲測定方法及限值第1部分：旋轉電機噪聲測定方法》。GB/T14574-2000《聲學機器和設備噪聲發射值的標示和驗證》。

（3）使用的儀器設備。AWA6291實時信號分析儀，設備編號JC-2011-47，已檢定合格且在有效期內。設備允差為±0.2dB。該儀器為多用信號分析平臺，通過預裝不同軟件實現不同分析功能。在預裝噪聲FFT分析軟件下，儀器分辨力為0.01dB。

（4）測量原理。在預定測點測取電機運行噪聲，由傳聲器采集，經A/D轉換后，采用FFT算法進行噪聲幅頻分析，顯示測量結果。

（5）測量程序：①測量環境：環溫≤45℃，相對濕度≤90%，海拔≤1000m，近似半自由場。②測取背景噪聲，檢查是否需修正。③采用等效矩形包絡面法配置測量架。④啟動電機，空載運行30min至狀態穩定。⑤開啟分析儀，A計權，啟動采集和FFT分析軟件，測量噪聲頻譜并保存。⑥測量結果：直接讀取與分析頻率對應的噪聲幅值，單位dB（A）。⑦測量流程圖1所示。

圖1 測量流程圖

2 數學模型

選被試電機在音頻范圍（10 Hz～20 kHz）內的第i測點的噪聲聲壓級直接由實時信號分析儀顯示：

Lp=Li

式中：

Lp為第i測點在j頻率點上的噪聲聲壓級，dB(A)

Li為實施信號分析儀顯示的噪聲聲壓級，dB(A)

3 不確定度來源

（1）測量結果不確定度的主要來源于以下幾個方面：

>測量重復性引起的不確定度分量uA1，按A類方法評定；

>儀器本身不確定度，由實時信號分析儀測量偏差帶來的標準不確定度分量uB1，按B類方法評定；

>儀器顯示分辨力帶來的標準不確定度分量uB2，按B類方法評定；

>使用標準方法帶來的復現性標準不確定度分量uB3，按B類方法評定。

（2）不確定度來源圖2所示。

圖2 實時信號分析儀測定電機噪聲頻譜不確定度來源圖

4 標準不確定度評定

（1）測量重復性引起的不確定度分量uA1。在重復性條件下，對被測聲壓級進行10次獨立重復觀測，結果如表2所示。

實驗標準偏差：

序號 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測量值d B（A）

單次實測中在某電機接線盒一側預定測點的噪聲聲壓級為87.67 dB（A）。則測量結果的標準不確定度就等于一次實驗標準偏差：

（2）由實時信號分析儀測量偏差帶來的標準不確定度分量uB1。AWA6291實時信號分析儀最大允許誤差為±0.2 dB，測量值落在允差區間內的概率呈均勻分布。區間半寬為A1=0.2 dB（A），包含因子為。則其相對標準不確定度分量uB1為：

（3）由實時信號分析儀顯示分辨力帶來的標準不確定度分量uB2。AWA6291實時信號分析儀在使用噪聲FFT分析軟件時的顯示分辨力為0.01 dB（A），服從均勻分布。區間半寬為A2=0.005 dB（A），包含因子為。則其相對標準不確定度分量uB2為：

（4）使用標準方法帶來的復現性標準不確定度分量uB3。按照GB/T14574-2000《聲學機器和設備噪聲發射值的標示和驗證》附錄A，再現性標準偏差一般由噪聲試驗規程確定，若無規程，對工程級測量準確度采用2.5 dB估算。GB/T10069.1-2006《旋轉電機噪聲測定方法及限值第1部分：旋轉電機噪聲測定方法》第8條測量不確定度中說明，若選擇95%置信度，則K為再現性標準偏差σR的1.95倍。即：

5 合成標準不確定度評定

對于直接測量，各不確定度分量互不相關，采用方和根方法合成，求得電機噪聲在音頻范圍內任選頻率點的聲壓級合成標準不確定度uC（Lp）為：

各不確定度分量的貢獻如圖3：

圖3 各不確定度分量的貢獻度

電機噪聲頻譜分析測量結果標準不確定度分量匯總，見表4

表4 相對標準不確定度評定匯總表

6 擴展不確定度評定

取包含因子k＝2，則電機噪聲頻譜分析測量結果的相對擴展不確定度為：

7 測量結果和不確定度報告

（1）由上述分析計算可知，被測電機在音頻范圍內1031.25 Hz頻率點在電機接線盒一側預設測點的噪聲聲壓級最佳估計值為87.67dB（A）。

（2）擴展測量不確定度U（Lp）為2.58dB(A)。

（3）由圖3分析可知，對合成標準不確定度貢獻最大的是采用標準方法帶來的復現性偏差所引起的不確定度分量，幾乎占據整體的絕大部分比例。由G B/T 14574-2000《聲學機器和設備噪聲發射值的標示和驗證》附錄A所述可知，通過采取大量試驗建立噪聲試驗規程、根據實際工況進行參數修正、改善測量環境將工程級（2級）提高為精密級（1級）等措施，都可以有效減小該不確定度分量，從而大幅提高測量準確度。