Page 155 - 《应该声学》2022年第2期
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第 41 卷 第 2 期 吴博悦等： 超声清洗装置空化噪声谱分析法空化噪声级测量 323
加，换能器工作特性的变化。 660 W 后，由于强瞬态空化与换能器严重非线性工
根据换能器测得的声场分布所知，选择换能 作，测量值出现严重波动。
器表面上方12.5 cm处xOy 面的中心位置作为测量
3.1.2 运动测量
点。功率放大器的阻抗分为 6 挡，通过调节信号源
由单点测量结果可知，应当特别关注 40 ∼
输入电压来调节输入换能器的功率。
70 W、120 ∼ 200 W和350 W至最高输出功率的输
测量时，固定水听器于选定位置，将功率放大
入电功率段。由于设备原因，本次实验超声换能器
器与换能器阻抗匹配测验；由示波器监视功率放大
输入功率最高只能达到 550 W。测得结果如图 10
器输出电压、电流及电压电流之间的相角，按5 mV
所示。
或10 mV的步长从小到大增加换能器输出电压。数
50
据处理流程图和测量结果如图8与图9所示。 2.50φៈฉ(ሷগቇӑ)
٪ܦጟ x. ⊲
45 y. ⊲
2.25φៈฉ(ᅯগቇӑ) x. ⊲
٪ܦጟ y. ⊲
ηՂ᧔ᬷ Ѭ ࣨए៨
40
x. ⊲
y. ⊲
Պៈฉࠫ Պៈฉࠫऄ ଢԩՊ L CN /dB 35
ऄᄊᮠဋ٪ ᄊᮠဋ٪ܦጟ ៈฉጳ៨ x. ⊲
ܦጟکϙ 30 y. ⊲
x. ⊲
图 8 数据处理流程图 25 y. ⊲
Fig. 8 Data processing flow chart
20
10 1 10 2 10 3
x. ⊲ W e /W
110
۳ฉܦԍጟ y. ⊲
100 2.50φៈฉ(ሷগቇӑ)٪ܦጟ
2.25φៈฉ(ᅯগቇӑ)٪ܦጟ x. ⊲ 图 10 超声清洗装置运动测量谐波噪声级曲线
90
y. ⊲
80 Fig. 10 Harmonic noise level curve of motion mea-
70 x. ⊲ surement of ultrasonic cleaning device
L CN /dB 60 x. ⊲ y. ⊲ 图 10 中，蓝色曲线为 2.5 倍谐波噪声级，红色
50
y. ⊲
40 曲线为 2.25 倍谐波噪声级。2.5 倍谐波从 67.26 W
x. ⊲
30 y. ⊲ x. ⊲
y. ⊲ 左右开始大幅增长，稳态空化出现；至 216.6 W 左
20 x. ⊲ x. ⊲
y. ⊲ y. ⊲ 右之后趋于平稳，呈缓慢增长状态。2.25 倍谐波在
10
10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3
W e /W 184.7 W 出现开始大幅增长，增长至 342.1 W 出现
转折点，其增长速率明显下降，瞬态空化由此开始。
图 9 单点测量超声清洗装置基频及谐波噪声级曲线
与单点测量比较，2.5倍谐波出现对应的输入电功率
Fig. 9 Single point measurement of fundamental fre-
相差约20 W，而2.25倍谐波转折点(瞬态空化阈值)
quency and harmonic noise level curve of ultrasonic
对应的输入电功率则相差更多，近200 W。
cleaning device
为进一步了解偏差的来源，取运动测量的运动
图9中，黑色曲线为基频声压级，在242.4 W以 路径中 x 方向和 y 方向的一段做空化分布分析。以
前具有较好的线性度，之后不再增加，换能器开始 水听器1 s运动的小段位移为微元，求不同输入电功
进入非线性工作状态。蓝色曲线为 2.5 倍谐波噪声 率下各微元的谐波噪声级，结果如图11所示。
级，红色曲线为 2.25 倍谐波噪声级。2.5 倍谐波从 图11横坐标为线段上微元的位置；纵坐标为换
42.44 W左右开始大幅增长，根据前文所述理论，此 能器输入电功率，自上而下功率依次增大；颜色由
时稳态空化出现；至76.25 W左右之后趋于平稳，呈 冷至暖，代表谐波噪声级的由小到大。由图11可知，
缓慢增长状态，稳态空化接近饱和。2.25 倍谐波在 在超声清洗装置的分析线段上，2.5倍谐波先于中间
50.97 W 出现开始大幅增长，转折点在 157.8 W 左 位置出现，表示稳态空化先于中间位置发生，又于某
右出现，其增长速率明显下降，根据前文所述理论， 个时刻布满整条线段；2.25 倍谐波表示的瞬态空化
此时瞬态空化出现。瞬态空化阈值对应的瞬态空 同样先发生于换能器中间位置，但随着输入电功率
化噪声级约为 37.81 dB。在换能器输入电功率超过 不断增加，其空化位置相对集中于中间位置。
