杂音与高阶次谐波分析教程

2016-10-06 12:57:31来源: eefocus 关键字:杂音  高阶次  谐波分析

1. 噪声杂音概述

各种消费产品有可能会产生不良的机械噪声,这种噪声对消费者是不能接受的或令消费者不满的,这些产品包括:

  • 汽车配件
  • 压缩机(电冰箱,冰柜)
  • 计算机(风扇启动)
  • 电驱动器
  • 助听器/耳机
  • 扬声器
  • 电话和移动电话中的传感器
  • 电视机

噪声或杂音是一种非线性的、不规则的、脉冲式的和失真效应的部分类型,他们通常不能用规则待测物(UUTs)来发现,而他们一般又是由待测物中机械和结构的缺陷产生的。由于具有非常低能量的短脉冲,传统测试和分析方法诸如RMS-FFT和总谐波失真(THD)方法都是没有用的。下面的图片显示了信号中的典型效应。

1)      信号中的毛刺

2) 陡度

3) 绝对(陡度)

2. 案例研究——扬声器缺陷检测

扬声器缺陷检测的高阶次谐波特征分析

扬声器装配故障,如摩擦音圈、弯曲的支架、松弛的轴等等,传统上都是由生产线终端有丰富经验的收听者来检测这些故障的。以测量总谐波失真(THD)为主要目的,我们曾试图开发在线测试生产测量系统,他们通常只能用来分析低阶次的谐波,因而不能专门用来检测缺陷的摩擦声,嗡嗡声和滴答声等杂音。但是故障诊断时能否确定特定的缺陷特征吗?经过初步实验结果表明,我们可以做到这一点,在超声范围内(> 20千赫兹测量是确定这些特征的主要因素。本案例研究描述了一种新的方法,在高阶次谐波组的总能量中,例如从第10阶次到第20阶次或从第31阶次到第40阶次,对其分别进行测量和分析。

扬声器的杂音信号特征

为何要关注高阶次谐波?

总谐波失真主要是由第二阶次和第三阶次谐波占主导作用,几乎很少与我们可以听出来的音频失真相关。例如,考虑下面这个扬声器的杂音。该扬声器的杂音是典型的导致丰富谐波频谱的脉冲串。

实验过程

  1. 当使用正弦波激励时,我们可以获得已知缺陷的扬声器抽样值,该缺陷会产生可以听出来的音频失真。
  2. 目视检查扬声器,以确定故障的根源。
  3. 在音频范围(20 赫兹 到 1 千赫兹)内,手动扫描扬声器,以确定造成声频失真的激发频率。
  4. 使用扫描正弦激励,分析高达100千赫兹的谐波能量。

测量安装

  • 使用橡皮高空绳索将每个扬声器悬挂,用来隔离振动。
  • 测量麦克风被放置在附近区域,如下图所示。

结果

缺陷的视觉检测

 

扬声器 # 包围物 锥体 音圈 防尘盖 松弛的微粒
1 没有 没有 没有 没有 没有 有 – 在音圈内
2 没有 有 – 折痕的 没有 没有 没有 有 – 在音圈内
3 没有 有– 孔 没有 有- 有切口 有 - 遗失 有 – 在轴后面
4 没有 有 – 折痕的 没有 没有 没有 没有
5 没有 有 – 折痕的 没有 没有 有 – 凹的 没有
6 有 – 凹的 没有 没有 没有 没有 没有
7 有 – 凹的 有- 孔型的/折痕的 没有 没有 没有 没有
8 没有 有 – 凹的 没有 没有 没有 没有
9 没有 没有 没有 没有 没有 没有
10 有 – 凹的 有 – 折痕的 没有 没有 没有 没有

 

分析

  • 扬声器#9被用作控制
 
    • 没有视觉或听觉缺陷
    • 第40阶次到第100阶次谐波范围内,只有低于0.01%的杂音(结果如下图所示)

  • 针对相似的缺陷,对其他扬声器进行了比较。
  • 找出具有相同谐波分组的趋势。

扬声器缺陷相关

包围物

  • 第1阶次到第10阶次谐波:扬声器 6, 7 和 10
  • 基本频率范围:600到1300赫兹

防尘盖

  • 第11阶次到第20阶次谐波:扬声器3 和 5
  • 基本频率范围:100到400赫兹

防尘盖

  • 第31阶次到第100阶次谐波:扬声器1
  • 基本频率范围:100到150赫兹

  • 第31阶次到第100阶次谐波:扬声器3
  • 基本频率范围:400到550赫兹

锥体

  • 第61阶次到第70阶次谐波:扬声器 2, 3, 4, 5, 7, 8, 和 10

结论

相比传统分析,使用杂音分析提供了更好的分析方法。这种分析不仅具有重复性,而且也适用于不同的扬声器模型。同样至关重要的是该分析可以将数据采集在超声范围内,使该范围内的谐波对缺陷提供深入的了解,否则我们很难检测包括轴在内的缺陷。此外,高阶次谐波不仅明确显示了扬声器中的单一缺陷,而且他们还有助于对具有多个缺陷的扬声器进行缺陷特征化分析。

关键字:杂音  高阶次  谐波分析

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016100617568.html
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