Как учесть собственные шумы датчика при измерении слабых вибраций

Разъясняем методики измерений

При измерении вибрации на перекрытиях или фундаментах зданий часто возникает вопрос: действительно ли мы измеряем вибрацию, или прибор показывает собственные шумы измерительного тракта.

Некоторые методики измерений, в частности, МИ ПКФ-14-007, содержат указания на учет фоновых вибраций, в том числе собственных шумов прибора, при измерениях вибрации от конкретных источников. Как показывает опыт, оценка фоновых вибраций и собственных шумов в натурных условиях крайне затруднена, а подчас и невозможна. Поэтому мы рекомендуем оценивать собственные шумы виброметра заранее. 

Используемая нами методика определения уровня собственных шумов виброметра основана на сопоставлении его показаний с показаниями прибора, обладающим более высоким разрешением (то есть с более низким пределом измерений). 

 

 

Процедура измерения собственных шумов

В настоящее время многие лаборатории для измерения вибрации в помещениях жилых и общественных зданий используют вибропреобразователи АР98-100, АР2098-100, АР2082М, АР2037-100 и аналогичные. Особенностью этих датчиков является то, что при подключении к приборам серий ОКТАВА и ЭКОФИЗИКА уровень собственных шумов с учетом частотной коррекции Wm составляет 60-62 дБ отн. мкм/с2. В принципе, этого достаточно для целей гигиенической оценки (см., например, Дополнение 1 к МИ ПКФ-14-007). Но из-за технологического разброса у отдельных датчиков собственные шумы могут достигать 65 дБ и даже 70 дБ!

Чтобы измерить собственные шумы конкретного датчика, следует установить его на тяжелую плоскую пластину или блок с помощью мастики или воска. Пластину надо поместить в месте с минимальной вибрацией. Мы для этих целей используем пол первого этажа в непосредственной близости от несущей колонны (см. фотографию). Важно также, чтобы рядом с местом установки не проводились какие-либо работы, не перемещались люди или механизмы.

Рядом с испытуемым вибропреобразователем размещаем опорный датчик с низким уровнем собственных шумов. В качестве такового можно использовать акселерометр АР2099-100 (100 мВ/g). Типовые шумы этого датчика почти на 7-10 дБ ниже, чем у АР2098, АР2082М (и аналогичных) при той же номинальной чувствительности и доступной цене.

Для измерения собственных шумов датчиков АР2099-100 мы рекомендуем очень хороший вибропреобразователь АР2006 с номинальной чувствительностью 500 мВ/g.

Датчики подключаются к виброметрам. В виброметрах следует установить режим автоматической записи в память (для Белой Экофизики - Автозамер, для предыдущих поколений Экофизики - Мультизапись, для ОКТАВА-110В/101ВМ - автозапись). Шаг записи - 1-5 с, продолжительность записи устанавливается так, чтобы охватить несколько часов (не забудьте полностью зарядить аккумуляторы виброметра!).

Запускаем измерения и включаем автоматическую запись в память. Через несколько часов снимаем показания и переписываем файл в компьютер.

Для обработки измерений удобно использовать пакет Signal+ Light. 

 

Обработка результатов измерений собственных шумов с помощью пакета Signal+

Открываем файл измерений опорного датчика в программе Signal+3G. Во вкладке История включаем просмотр хронограммы среднеквадратичных значений ускорения (например, СКЗ-5 с) для фильтров  Fm и Wm. Определяем отрезки времени, в течение которых помехи были минимальны, и назначаем эти отрезки рабочей зоной. Рабочая зона должна включать в себя более сотни однократных замеров. Для шага записи около 1 с хорошие результаты получаются при выборе продолжительности рабочей зоны 20-30 мин.

Аналогично открываем файл измерений испытуемого датчика и выделяем в нем примерно такую же рабочую зону. 

Далее средствами программы усредняем текущие СКЗ ускорения по рабочей зоне

За результаты измерения собственных шумов принимаем усредненные по рабочей зоне уровни виброускорения. Как видно из приведенного примера (см. рисунок), такой метод хорошо работает для пары АР2082М (рабочий датчик) / АР 2099 (опорный датчик). Из приведенных хронограмм хорошо видно, что показания датчика АР2099 значительно ниже показаний АР2082М. То есть виброметр с датчиком АР2082М в данном случае измерял собственные шумы.

Пример результатов измерения собственных шумов виброметра с датчиком АР2082М

Уровни собственных шумов в фильтрах частотных коррекций (в дБ отн. 1 мкм/с2)

Фильтр

Fk

Fm

Wb

Wc

Wd

We

Wj

Wk

Wm

X, дБ

71,6

70,3

67,0

70,8

69,6

68,5

68,4

67,7

68,1

Y, дБ

64,3

63,4

60,0

63,1

61,6

60,1

61,8

60,6

60,6

Z дБ

64,3

63,5

60,2

62,8

61,0

59,5

62,0

60,7

60,3

АР 2006*, дБ

40,3

40,3

37,9

37,2

30,8

27,3

39,9

37,9

34,3

* Датчик АР2006 использовался в качестве опорного. 

Уровни собственных шумов в октавных полосах частот

Фильтр, Гц

1,0

2,0

4,0

8,0

16,0

31,5

63,0

125

X, дБ

65,2

63,3

62,2

61,5

60,3

59,2

58,8

58,4

Y, дБ

57,0

56,1

55,2

54,6

54,0

53,7

53,4

53,7

Z дБ

56,3

55,9

55,5

55,0

54,3

54,2

54,2

54,5

АР 2006, дБ

22,4

23,5

31,6

35,0

32,9

33,3

31,6

31,5

Как легко видеть на приведенном примере, уровни собственных шумов испытуемого датчика по каналу X оказались примерно на 7 дБ выше уровней по каналам Y, Z. Это означает, что канал X при измерениях слабых вибраций в помещениях жилых и общественных зданий будет давать завышенные показания.   

Типичные собственные шумы виброметров с датчиками АР2099

Вибропреобразователь АР2099 имеет стандартную чувствительность около 100 мВ/g, однако при этом уровень его собственных шумов почти на 10 дБ ниже, чем у других моделей такой же чувствительности (например, АР2082М).

Пример измерения уровня собственных шумов АР2099 для фильтров частотных коррекций

Фильтр Wk Wd Wm Fk Fm Wb Wc We Wj
АР2099, дБ отн. мкм/с 49,3 53,7 50,1 54,6 51,7 48,0 54,1 53,2 50,1

 

Пример измерения уровней собственных шумов датчика АР2099 в октавных полосах частот

Фильтр, Гц 1,0 2,0 4,0 8,0 16,0 31,5 63 125
АР2099, дБ отн.1 мкм/с2 48,2 44,2 40,9 40,0 37,8 39,3 40,9 43,4

АР2099 - идеальный выбор для санитарно-гигиенической оценки коммунальной вибрации. Однако, если вы хотите узнать реальные значения слабых вибраций, вам может потребоваться датчик с ещё более низким уровнем собственных шумов, например, АР2006.