6. Zvuk a hluk. ORGANIZMUS Hladina akustického tlaku L,L O,L t,l aeq,l hustota akustickej energie NERVOVÝ SYSTÉM

Transcript

1 6. ZVUK A HLUK Hluk je vo všeobecnosti akustické vlnenie, ktoré je charakterizované dvoma základnými znakmi: tým, že sa šíri a že prenáša energiu. Zdraviu škodlivé, obťažujúce a rušivé účinky hluku závisia predovšetkým od intenzity hluku a času trvania, frekvencie a šírky frekvenčného pásma, frekvencie prerušovania a rozdielu medzi hlukom zdroja a hlukom pozadia, impulzívnosti hluku a jeho neočakávanosti, drsnosti a ostrosti hluku, časového rozloženia hluku a osobných dispozícií človeka. Negatívne účinky hluku na zdravie človeka sa dokázateľne prejavujú predovšetkým v oblasti sluchového orgánu človeka, trvalými a nevyliečiteľnými poruchami. Hluk, ako vlnenie prenášajúce energiu, negatívne pôsobí na jednotlivé ústrojenstvá človeka. Akustická energia môže spôsobiť rozkmitanie, či rezonanciu exponovanej časti tela. A práve takéto rozkmitanie jemnej cievnej sústavy, ktoré pôsobí určitý čas, môže viesť k oslabovaniu a poškodzovaniu zdravia človeka. Frekvenčné rozloženie hluku, jeho drsnosť, ostrosť, neočakávanosť a pod., umocňujú negatívny vplyv na neuropsychickú sústavu človeka. SLUCHOVÝ ORGÁN hladiny L A, L aeq, L A max, hlasitosť, hladina hlasitosti ORGANIZMUS Hladina akustického tlaku L,L O,L t,l aeq,l hustota akustickej energie SLUCHOVÝ ORGÁN + ORGANIZMUS čas trvania hluku, impulzný hluk, frekvencia prerušovania, frekvencia a intenzita Frekvencia (výška tónu) šírka frekv. pásma NERVOVÝ SYSTÉM Časové zaradenie L dn, deň noc hladina, zložená hladina zaťaženia, L pn hladina. Obťažovanie hlukom, drsnosť hluku, ostrosť hluku, pozadie Obr. 6.1 Klasifikácia hlukovej záťaže človeka Uvedené skutočnosti vedú k tomu, aby sa jednotlivé druhy hluku posudzovali osobitne, z hľadiska všetkých jeho atribútov. Možno konštatovať, že hodnotenie hlukovej záťaže človeka za pomoci hladiny hluku pri použití váhových filtrov, resp. zmeraním 90

2 ekvivalentnej hladiny nie ja dostačujúce. Monitorovanie hlukovej záťaže človeka má byť komplexné, a teda lepšie vystihujúce negatívne účinky hluku. 6.1 Monitorovanie zvuku z hluku Medzi prvoradé ciele monitorovania životného prostredia patrí pravidelné sledovanie hlukovej záťaže človeka a prostredia s návrhom opatrení na znižovanie hluku pri prekročení stanovených limitov. Pod monitorovaním hluku prostredia sa rozumie rozsiahle merania, výpočty, analýzy, hodnotenia, registrácia, predikcia a pod., za pomoci meracích a analytických systémov a modelov. Predmetom monitorovania hlukovej záťaže človeka a prostredia je hluk, ktorý je časovo neobmedzený a spôsobuje hlukovú záťaž niekoľko rokov. Sem patrí: a) hluk z cestnej dopravy, b) hluk z leteckej dopravy, c) hluk zo železničnej dopravy, d) hluk z priemyselnej a stavebnej činnosti, e) hluk z občianskej vybavenosti( komunálny hluk). 6.2 Hluková zaťaž človeka od okolitého prostredia Činnosť človeka sa vykonáva buď v otvorenom, alebo uzatvorenom priestore. Hluk v uzatvorených priestoroch od vonkajších zdrojov sa do určitej miery redukuje stavebnými konštrukciami a ich polohou vzhľadom na zdroj hluku. Na druhej strane sa v uzatvorených priestoroch vykonávajú činnosti človeka, ktoré sú náročnejšie na kvalitu prostredia. Preto je dôležité osobitne kvantifikovať vonkajšie a vnútorné prostredie. 6.3 Hodnotenie hlukovej záťaže vo vonkajšom prostredí Kvantitatívne kvalitatívne ukazovatele záťaže človeka a prostredia sú predovšetkým podmienené: a) všeobecnými a špecifickými vlastnosťami zdroja hluku(príčiny vzniku akustickej energie mechanická, aerodynamická, frekvenčné rozloženie hluku, šírka pásma významného hluku, stupeň obťažovania, smerovosť zdroja a pod.), b) charakteristikou prostredia v mieste zdroja hluku (uloženie zdroja hluku a kvalita podložky zdrojov v pokoji, kvalita a profil 91

3 komunikácie, výškové umiestnenie zdroja, poveternostné podmienky dážď, vietor, vlhkosť, inverzia apod.), c) charakteristikou a vplyvom okolia na hluk (vzdialenosť stavebných konštrukcií od komunikácií, tratí a zdrojov hluku), d) charakteristikou prenosovej cesty od zdroja k príjemcovi(bariéry, násypy, prírodné prekážky, vzdialenosť a pod.). Tieto charakteristiky zdrojov a prostredia vo väčšej alebo menšej miere ovplyvňujú výsledný účinok hlukovej záťaže človeka vo vonkajšom prostredí. 6.4 Hodnotenie hlukovej záťaže vo vnútornom prostredí Hluková záťaž človeka závisí okrem už spomenutých charakteristík aj od: a) vzdialenosti obytných domov, úradov, škôl, nemocníc a pod., od osi komunikácií, križovatiek, železnice, priemyselných objektov a zdrojov hluku z občianskej vybavenosti, b) stupeň izolácie stavebných prvkov a konštrukcií, c) vzduchotechnického a klimatizačného vybavenia budov. Monitorovanie hluku od vonkajších zdrojov je žiaduce predovšetkým vo vonkajšom prostredí. monitorovanie vo vnútornom prostredí sa môže nahradiť výpočtovými metódami. 6.5 Hodnotenie hlukovej expozície Analýza hluku slúži predovšetkým na zistenie frekvenčného rozloženia hluku, čo napomáha vyhodnocovať kvalitu hluku. Iné charakteristiky pomáhajú hodnotiť tzv. sluchovú klímu. Hladina hlukovej expozície sa často používa pri hodnotení a opise hluku, ktorý trvá krátky čas. K výhodám spojených s použitím hladín hlukovej expozície patrí, že sa vzťahujú na totožný časový interval, a teda umožňujú vzájomné porovnávanie hluku rôznej povahy. Niektoré charakteristiky zasa lepšie vystihujú citlivosť času expozície hlukom v rozdielnych časových úsekoch dňa. Rozhodujúcim metodickým prístupom na získanie požadovaných charakteristík je meranie hluku. Analytické výpočty je výhodné využívať predovšetkým tam, kde bude potrebná transformácia nameraných hlukových charakteristík k miestam, ktoré sú ťažko prístupné meracej technike. 92

4 6.6 Charakteristiky monitorovania Pri hodnotení hluku sa môže použiť široká škála veličín, charakterizujúcich kvantitatívnu a kvalitatívnu hlukovú záťaž človeka, ktoré možno rozdeliť do troch základných skupín: Do prvej skupiny možno zaradiť: 1) hladina akustického tlaku L [db], 2) hladina impulzného hluku L lm [db], 3) hladina hluku pri použití váhových filtrov L A, L C, L D [db], 4) maximálna hladina hluku L max,, L A, Cmax, [db], 5) hladina hlukovej expozície L AE [db], 6) hustota akustickej energie w [J.m 3 ], 7) hladina hlasitosti, hlasitosť L N, N [fon, son]. Do druhej skupiny možno zaradiť: 8) frekvenčné hodnotenie hluku výška tónu, [Hz] [mel], 9) drsnosť hluku, [asper], 10) ostrosť hluku, [acum], hladina hluku deň - noc L dn, [db] 11) hladina hluku deň večer noc L dvn, [db], 12) ekvivalentná hladina spoločenského hluku CNEL *, [db (A)], 13) hladina znečistenia hlukom NPL, [db(np)]: NPL = Leq + σk (6.1) kde k=2,56 a σ je smerodajná odchýlka časom meniacej sa zvukovej hladiny v intervale vzorkovacieho času NPL = L 50 + d + d 2 60 (6.2) kde: d = L 10 L 90 (6.3) 14) zložená hluková zaťaženosť CNR *, [db], 15) hlukový a číselný index NNI *, 16) dopravný hlukový index TNI *, 93

5 ( L ) + L 30 TNI = 4 L (6.4) 17) vystavenie hlukovej záťaži NER *. Do tretej skupiny možno zaradiť tie akustické charakteristiky, ktoré sledujú Gaussovo rozloženie hluku a komerčné ciele: 18) časové rozloženie hladín [s], [db], 19) hladiny hluku L 10, L 50, L 90, [db], 20) predpoveď hlukovej expozície NEF *, 21) efektívna hladina hlasitosti EPNL * EPNL = L N max + D + F (6.5) kde: D = 10 log(δt/20) (6.6) F je korekcia na prítomnosť diskrétnej frekvenčnej zložky (zvyčajne 3dB). Z histogramov môžeme predpovedať vývoj hlukovej záťaže človeka, ako aj získať dôležité informácie pri hodnotení jeho hlukovej expozície. Gaussovo rozloženie umožňuje určiť nielen maximálnu, priemernú a minimálnu hladinu hluku, ale pomocou štatistických charakteristík stanoviť pravdepodobnosť pokračovania určitej hladiny. V sledovaných charakteristikách monitorovania sa uvádzajú relatívne neznáme termíny v akustike, a to ostrosť a drsnosť zvuku resp. hluku. Poznámka: CNEL Community Noise Equivalent Level, NPL Noise Pollution Level, EPNL Effective Perceived Noise Level, NNI Noise and Number Index, NEF Noise Exposure Forecast, CNR Composite Noise Rating, NER Noise Exposure Rating, TNI Traffic Noise Index. Ostrosť hluku závisí od jeho spektrálneho zloženia. Takýto hluk je viac obťažujúci, ak sa zvyšuje podiel vysokofrekvenčných zložiek v porovnaní s nízkofrekvenčnými zložkami. To znamená, že dva signály rovnakej hlasitosti sa vyznačujú rozdielnou ostrosťou a teda 94

6 aj rozdielnym obťažovaním človeka a prostredia. Signál, napr. so strednou frekvenciou 160Hz tretinovo - oktánového pásma vyvoláva nižšiu ostrosť hluku, pretože neobsahuje žiadne vysokofrekvenčné zložky na rozdiel od signálu so strednou frekvenciou 8 khz, ktorý vyvoláva vysokú ostrosť hluku. Takýto hluk je nepríjemnejší a viac obťažujúci aj napriek rovnakej hlasitosti. Drsnosť akustického signálu je zapríčinená amplitúdovou a frekvenčnou moduláciou, čiže rýchlymi zmenami hladiny hluku a jeho frekvencie. Takto modulované signály majú vysokú drsnosť a sú veľmi nepríjemné aj pri nízkych vážených hladinách hluku rovnakej ostrosti a hlasitosti. 6.7 Monitorovanie hluku z cestnej dopravy Kvantitatívne a kvalitatívne ukazovatele hlukovej záťaže človeka, od hluku z cestnej dopravy, sú predovšetkým podmienené všeobecnými a špecifickými vlastnosťami zdroja hluku, charakteristikou prostredia v mieste zdroja hluku, charakteristikou a vplyvom okolia na hluk a charakteristikou prenosovej cesty od zdroja k príjemcovi. Tieto charakteristiky zdrojov a prostredia vo väčšej alebo menšej miere ovplyvňujú výsledný účinok hlukovej záťaže človeka. Frekvenčné rozloženie hluku ťažkých motorových vozidiel je výrazné v oblasti 70 Hz až 3000 Hz. Extrémne hodnoty hladín v nízkofrekvenčnej oblasti sa dosahujú okolo 70 Hz pri ťažkých nákladných automobiloch a okolo 150 Hz pri benzínových ľahkých nákladných a osobných automobiloch. Ťažké nákladné automobily majú extrémne hodnoty aj v oblasti vysokofrekvenčného zvuku a to okolo 2000 Hz. So zvyšovaním otáčok motora a rýchlosti automobilu začína prevládať hluk aerodynamického pôvodu a hluk pneumatík, čiže zvýrazňujú sa vyššie frekvenčné zložky (hluk satia a výfuku, pneumatík, atď).tieto faktory spravidla negatívne ovplyvňujú aj kvalitatívne ukazovatele hluku. Vychádzajúc z uvedenej špecifikácie hluku z cestnej dopravy sa môže sledovať väčšina kvantitatívnych a kvalitatívnych charakteristík. 6.8 Monitorovanie hluku z leteckej dopravy Hluk z leteckej dopravy je podstatne viacej lokalizovaný ako hluk z cestnej dopravy. Vo všeobecnosti sa pri monitorovaní hluku z leteckej dopravy sledujú jeho veličiny v blízkosti letísk, kde tento hluk 95

7 je významný z hľadiska hlukovej záťaže človeka a prostredia. S rozširovaním leteckej dopravy bude hluk v okolí letísk narastať, a preto je snaha chrániť človeka pred leteckým hlukom legislatívou, ktorá má motivovať prevádzkovateľov leteckej dopravy. K tomu napomáha aj monitorovanie hluku z leteckej dopravy Zdroje a charakter leteckého hluku Hluk lietadiel je podmieňovaný a emitovaný predovšetkým typom, výkonom a zaťaženosťou motorov. Extrémna hladina hluku turbovrtuľových a klasických motorových lietadiel je posunutá do oblasti nižších frekvencií, a to v rozsahu 70 Hz až 300 Hz. Iný charakter má frekvenčné spektrum moderných prúdových lietadiel, ktorých hluk má široké frekvenčné spektrum a v ňom môžeme nájsť extrémne hodnoty hladín pri nižších, ale aj vysokých frekvenciách. Hladina a charakter hluku leteckej dopravy bude teda do značnej miery závislý od typov používaných lietadiel, ich technického stavu, spôsobu ovládania lietadiel a pod. Prúdové lietadlá sa navyše vyznačujú prísnou smerovosťou zdroja hluku (zdroj II. rádu). Je potrebné diferencovať hluk lietadiel pri vzlietavaní a pristávaní. Pri monitorovaní hluku nadzvukových lietadiel treba brať do úvahy aj prekonávanie zvukovej bariéry, pri ktorej dochádza k veľkému aerodynamickému tresku. Aerodynamický tresk vytvorí na povrchu zeme, tzv. "dunivý koberec", ktorého šírka môže byť od 30 km do 130 km. Človek žijúci vo vnútri "koberca" zažíva zvukový tresk, zatiaľ čo človek žijúci mimo, ho bude počuť ako hrmiaci zvuk Sledované charakteristiky monitorovania Frekvenčné rozloženie leteckého hluku je významné prakticky od frekvencie 50 Hz až po 10 khz. Dosahuje vysoké hladiny hluku, napr. vo vzdialenosti 300 m pozemný hluk moderných dopravných lietadiel dosahuje hodnotu okolo 100 db(a). Letecký hluk je v prevažnej miere spôsobený turbulentným prúdením plynov. Vzhľadom na vysokú intenzitu hluku aj pri stredných a vysokých frekvenciách sa používa váhový filter D. Rozhodujúce a významné charakteristiky hlukovej záťaže sa získajú dlhodobým monitorovaním okolia letísk. Analytické výpočty je vhodné použiť predovšetkým v priestoroch letiska na stanovenie tých veličín, ktoré treba vypočítať Diagnostický model generovania vibroakustických signálov 96

8 Kmitanie a hluk sústavy sú bezprostredným výsledkom vzájomnej väzby medzi pôsobiacimi dynamickými silami v strojovom zariadení a odozvou tejto pružnej mechanickej sústavy. Generovanie hluku v sústave je: a) mechanické, b) aerodynamické, resp. hydrodynamické, c) elektromagnetické. Mechanický generovaný hluk je spôsobený kmitaním jednotlivých častí mechanickej sústavy, ktoré rozkmitávajú okolité prostredie. Vyžarovanie akustickej energie, okrem iného, závisí aj od veľkosti plochy kmitajúceho telesa. Aerodynamický a hydrodynamický hluk je generovaný turbulentným prúdením plynov a kvapalín. Turbulentné prúdenie môže priamo ovplyvňovať intenzitu hluku v prostredí alebo prostredníctvom pružných častí, ktoré sú rozkmitané turbulentným prúdením a tieto následne rozkmitávajú okolité prostredie. Tento proces prebieha súčasne. Elektromagnetický generovaný hluk je spôsobený kmitaním pružných elementov stroja vybudených elektromagnetickými silami. Vo svojej podstate je to vlastne hluk od mechanického kmitania. Rázy v kinematických dvojiciach vyvoláva prvotný signál, ktorý sa v dôsledku opotrebenia či poruchy mení, ale mení sa aj časom. Tvar prvotného signálu je podmienený konštrukciou a prevádzkovým stavom mechanickej sústavy. V dôsledku pracovnej aktivity sústavy je prvotný signál tzv. kinematickou transformáciou pretransformovaný na elementárne deje, ktoré môžeme označiť ako signál x(t). Tento signál vybudzuje kmity v celej konštrukcii mechanickej sústavy, ktorý dáva v inom mieste, čiže kde signál snímame, novú postupnosť dejov, pretransformovanú cez odozvu funkcie sústavy h(t) na nový signál s(t), x(t) h(t) s(t). 97

9 y 0 y 0 x Fe 0 iω t x=ct x Obr. 6.2 Vlnoplochy akustického vlnenia Podstatou diagnostiky je sledovať stupeň deformácie pôvodného signálu na signál výstupný. Nositeľom diagnostických signálov sú vlastné kmity, ktorých intenzita je daná intenzitou elementárnych rázov v spojeniach, napr. ložiskách a teda aj stavoch týchto spojení. Vlastná frekvencia takto generovaných diagnostických signálov neobsahuje žiadnu informáciu, pretože táto je daná hmotnostnými a tuhostnými parametrami strojového zariadenia. Informácie o stave spojení sa prenášajú vibroakustickými signálmi, ktoré sa vytvárajú reťazcom impulzov rozložených v určitom časovom poradí. Každý impulz vzniká vzájomnými rázmi konštrukčných prvkov v niektorom spojení strojového zariadenia. Vysokofrekvenčné zaplnenie impulzov zodpovedá kmitom stroja. V dôsledku materiálového tlmenia sú všetky vybudené vlastné kmity stroja tlmené s rôznou intenzitou (modálne tlmenie), čo spôsobuje amplitúdovú moduláciu vibroakustického signálu. Amplitúda vibroakustického signálu je úmerná rázovej rýchlosti 98

10 v spojeniach, napr. ložiskách, ktorá závisí od veľkosti vôle v spojeniach. Dôležitým parametrom impulzu je jeho uloženie na časovú os vzhľadom na známu časovú značku, ktorá určuje spojenie, kde signál vznikol. 8 s*(t) s x* x x i s 1 s i 3 5 s(t) s 0i x* i diagnostická sústava 4 diagnostické zariadenie 1 zdroj informácií v kinematickej dvojici (v spojení), 2 kódovanie parametrov zdroja informácií v spojeniach (kinematickej dvojici), 3 vybudenie kmitania mechanickej sústavy (kostra), 4 signály od okolitých zdrojov kmitania, 5 snímač mechanického kmitania, 6 separácia vstupného signálu s (t), resp. s* (t) na zložky s 0i,z ktorých každá zodpovedá určitému spojeniu, 7 meranie signálov a ich vyhodnotenie, 8 snímač akustického vlnenia (zvukomer). Obr.6.3 Model transformácie dynamických javov v spojeniach na diagnostický signál Aby bola diagnostická úloha riešiteľná, musia rôznym prevádzkovým stavom v spojení (kinematickej dvojice) alebo sústavy odpovedať rôzne tvary signálov, pričom táto zhoda musí byť jednoznačná. Na vibrodiagnostiku sa používajú analytické prístroje s príslušnými softvérovým a iným zabezpečením. Snímaný analógový signál sa za pomoci rýchlej Fourierovej transformácie (FFT) premieňa na frekvenčné spektrum, z ktorého je možné identifikovať zdroje kmitania a ich príčiny. Niektoré analytické prístroje sú schopné snímať potrebné údaje k ich počítačovému spracovaniu v rámci monitorovania. 99

11 1,4 zosilňovače, 2 prepínač rozsahov, 3 filtre, 5 usmerňovač, 6 indikátor, 7 mikrofón, 8 vstup do mikrofónu, 9 vstup do prepínača rozsahov, 10 vstup do filtrov, 11 výstup z filtrov, 12 výstup pre meracie prístroje. Obr. 6.4 Blokový diagram meracieho systému 6.10 Prístroje na meranie hluku Základný prístroj na meranie hluku je zvukomer. Meria sa ním priamo hladina akustického tlaku a hladina zvuku. Od jeho funkcie a kvality podstatne závisí výsledok merania. Zvukomer má tieto základné časti: mikrofón, zosilňovacie obvody, meradlo, prepínač rozsahov, váhové filtre. Mikrofóny sú snímače, ktoré reagujú na akustický tlak. Podstate ide o elektroakustické meniče, ktoré menia zmeny akustického tlaku na elektrické signály. Najlepšie vyhovuje kondenzátorový mikrofón, je veľmi citlivý, má vyrovnanú kmitočtovú charakteristiku a dá sa ľahko a presne kalibrovať, ale je drahý. Kryštálový mikrofón je pomerne presný a lacný. Nevýhodou je zmena citlivosti pri zmene teploty a pri otrasoch. Dynamický mikrofón nie je citlivý na zmenu teploty a na otrasy. Má pomerne malú citlivosť a nevyhovujúcu kmitočtovú charakteristiku. Zosilňovacie obvody prenášajú neskreslený zosilnený elektrický signál od mikrofónu. Prepínačov rozsahov je odstupňovaný po 10 db. Indikátor zvukomeru má stupnicu priamo v db. rozsahov. Váhové filtre upravujú jednotlivé kmitočtové charakteristiky zvukomeru. 100

12 Obr.6.5 Zvukomery firmy Brüel & Kjær Nameraná hodnota je súčtom hodnoty indikátora a hodnoty prepínača Analyzátory zvuku sú prístroje, ktoré svojim usporiadaním (zostavou) umožňujú získať podrobné informácie o meranom zvuku. Hladinové zapisovače sa používajú na priamy zápis meranej hladiny akustického tlaku. Kvôli zabezpečeniu spätnej reprodukcie sa do zvukomerných súprav zapájajú magnetofóny, ktoré uskutočňujú magnetický záznam zvuku. Zvukomerné prístroje dodáva firma Brüel & Kjær z Dánska. Základná bloková schéma tohto zvukomeru spojeného s analyzátorom je na obr Na vstupe 9 presného zvukomeru je kondenzátorový mikrofón 7, skladajúci sa z vložky a katódového sledovača. Vložka je výmenná a dá sa nahradiť pripojovacou zásuvkou pre snímač vibrácií (prístrojom potom možno merať a analyzovať vibrácie). Z katódového sledovača sa na vstup zvukomeru káblom privádzajú elektrické signály priamo úmerné meranej veličine. Pred zosilňovačom 1 je prepínač rozsahov

13 Obr.6.6 Spracovanie informácií o hlukovom zaťažení ručným meraním analyzátormi, zvukomermi resp. dozimetrami (firmy Brüel & Kjær) pomocou PC simulačných programov Medzi zosilňovače 1 a 4 sa vyraďuje buď pásmový filter 3 so šírkou pásiem 1/3 alebo 1 oktáva, alebo filtre na úpravu kmitočtových charakteristík A,B,C. Pred zosilňovačom 4 je opäť prepínač rozsahov 2. Za zosilňovačom je výstup 12 pre mikroampérmeter a ďalšie meracie prístroje (napr. osciloskop, zapisovač). K indikátoru 6 patria obvody usmerňovača 5, prepínateľné na meranie strednej alebo špičkovej hodnoty meraného signálu. Filtre 3 sa prepínajú ručne alebo automaticky Princíp mechanického kmitania a jeho základné veličiny Mechanické kmitanie je proces, pri ktorom určujúca veličina kmitania striedavo nadobúda väčšie alebo menšie hodnoty, než je jej rovnovážna hodnota. Najčastejšie to býva výchylka alebo jej časové derivácie, čiže rýchlosť a zrýchlenie. 102

14 Jednotlivé čiastočky telesa alebo prostredia môžu kmitať s rôznymi fázami alebo amplitúdami. Takýto jav sa nazýva chvenie. V praxi sa termíny mechanické kmitanie a chvenie nahrádzajú termínom vibrácie. Podľa fyzikálnej podstaty rozlišujeme: vlastné netlmené kmity vznikajú v ideálnom systéme bez trenia, na ktorý nepôsobia vonkajšie sily, vlastné tlmené kmity vznikajú v skutočných sústavách, ktoré vždy majú tlmenie, samobudené kmity vznikajú v systémoch, v ktorých trecie alebo iné sily spôsobujú, že v priebehu jedného kmitu sa energia kmitania zväčší, vynútené kmity v strojárstve sa vyskytujú najčastejšie. Pri lineárnych sústavách je ich kmitočet totožný s kmitočtom budiacej sily. Priebeh veličiny určujúcej kmitanie v čase býva v praxi veľmi všeobecný a fyzikálne sa ťažko charakterizuje. V týchto prípadoch sa priebeh príslušnej veličiny premieňa na frekvenčný, čiže na spektrum. Pri meraní strojov a zariadení sa používajú tieto veličiny, charakterizujúce chvenie: maximálna výchylka (amplitúda) [mm] a frekvencia [Hz] pri frekvenciách f >10 Hz, frekvencia [Hz] a efektívna rýchlosť pri f 10Hz Prístroje na meranie mechanického kmitania Na meranie vibrácií sa používajú prístroje založené na mechanickom, optickom a elektrickom princípe. Najpoužívanejšie sú elektrické prístroje. Hlavnou časťou prístroja je snímač chvenia, ktorý mení mechanický pohyb na zodpovedajúce elektrické napätie. Na meranie sa často využívajú zvukomerné aparatúry, ku ktorým sa namiesto mikrofónu pripájajú snímače vibrácií. Elektrodynamické snímače patria medzi aktívne kontaktné mechanicko-elektrické snímače, ktoré priamo snímajú pohyb predmetu a na výstupe dávajú elektrický signál. V technickej akustike sa používajú piezoelektrické snímače. 103

15 Funkciu elektromechanického meniča obstaráva v snímači veľmi tuhý kryštál, na ktorý sa pružinou pritláča závažie. Prítlačné sily vyvolávajú na kryštáli napätie priamo úmerné zrýchleniu sústavy. Snímače majú malú hmotnosť a pri meraní neovplyvňujú kmitajúcu sústavu Mnohokanálový systém na analýzu signálov 3550 Systém 3550 sa používa v oblasti analýzy mechanického kmitania, skúšania strojových konštrukcií, krátkodobého sledovania prevádzkového stavu strojových zariadení, na diagnostiku porúch, analýzu servomechanického výkonu, kontrolu kvality, analýzu zvuku, na meranie intenzity zvuku, akustického výkonu a akustických impedancií, modálnu analýzu a iné Mnohokanálový systém na analýzu signálov 3570 PULSE PULSE - systém na analýzu signálov 3570 je mnohokanálový systém založený na báze PC. Systém je riadený z programu PULSE Lab-Shop, ktorý pracuje pod Windows NT. Program automaticky zisťuje, aké technické prostriedky sa používajú pre zber údajov. Systém 3570 je modulárny a je možné ho rozšíriť až na 112- kanálový systém. Na spracovanie údajov sa používa jedna až štyri DSP karty, ktoré umožňujú vykonať mnohokanálovú analýzu v reálnom čase. Systém ponúka rôzne možnosti zobrazenia nameraných a spracovaných údajov, ktoré možno vložiť on - line do dokumentácie Monitorovacie systémy Systém na monitorovanie hluku Firma Brüel & Kjær dodáva kompletný automatický systém na monitorovanie hluku. Systém sa skladá z jednotlivých meracích staníc, ktorých môže byť až 99 a z centrálnej stanice. Meracia stanica je navrhnutá tak, že prenos nameraných údajov do centrálnej stanice sa môže uskutočniť raz za 24 hodín, maximálne však za 48 hodín. Stanica sa spája s centrálnou stanicou cez štandartnú telefónnu linku, resp. bezdrôtovým spojením. Meracia stanica je vybavená vodotesným mikrofónom 4184 a analyzátorom Vodotesný merací mikrofón 4184 je určený na trvalú inštaláciu vo vonkajšom prostredí. Je vybavený dvoma nezávislými 104

16 kalibračnými zdrojmi akustickým a elektrickým napätím. Vlastný prenos akustického tlaku k mikrofónu je cez zvukovod a merací mikrofón je chránený z nerezovej ocele proti akémukoľvek poškodeniu. Mikrofón môže spracovať akustický signál hodnoty až 157 db. Signál z mikrofónu sa ďalej spracúva v analyzátore Mikroprocesor riadi prenos údajov do štyroch vnútorných databáz: kalibračných správ, hlukových udalostí, hladinových analýz, 1s Leq, alebo SPL (hladina akustického tlaku). Napájanie meracej stanice je zabezpečené v dvoch nezávislých zdrojov, ktoré sú zálohované trvalo dobíjanými akumulátormi. Celá zostava stanice je umiestnená v kovovej vodotesnej skrini s klimatizáciou. Na zber meteorologických údajov môže byť každá stanica doplnená zostavou snímačov na meranie rýchlosti a smeru vetra, teploty vzduchu, relatívnej vlhkosti a barometrického tlaku. Údaje z týchto snímačov sú zasielané prenosovou cestou pravidelne do centrálnej stanice, spoločne s údajmi o hluku. Centrálna stanica je vybavená jedným alebo dvoma počítačmi IBM PS2. Základné programové vybavenie 7718 umožňuje spracúvanie všetkých meraní a ich dlhodobé sledovanie a ukladanie. Program obsahuje prostriedky na komunikáciu so stanicami, ich testovanie, nastavenie, kalibráciu a zber údajov. Obsahuje databázy na sledovanie a triedenie hlukových udalostí s možnosťou modifikácie výstupov do protokolov. Doplňujúci program RAFIC umožňuje príjem radarových a letových údajov. Všetky údaje sa spracúvajú na druhom počítači a potom sa posielajú do prvého počítača, kde sú korelované s hlukovými udalosťami, prijatými z jednotlivých meracích staníc. Tu sa tiež vykonáva automatická identifikácia lietadiel, ktoré spôsobujú nadmerný hluk. Monitorovací systém inštalovala firma Brüel & Kjær na 107 letiskách po celom svete, medzi inými vo Viedni a v Prahe. Monitorovací systém možno použiť aj na monitorovanie hluku dopravy vo veľkých mestách Bezpečnostný a vibrodiagnostický systém COMPASS Bezpečnostný a vibrodiagnostický systém COMPASS (skratka COMputerized Prediction Analysis & Safety System) je veľmi výkonný, moderný systém na on-line monitorovanie a permanentne 105

17 inštalovaných snímačov kmitania a procesných veličín, ako je offline merania prostredníctvom zberača údajov. COMPASS je modulárny systém, ktorý možno prispôsobiť na optimálnu funkciu v jednotlivých aplikáciách, pričom systém možno veľmi jednoducho rozšíriť podľa rastúcich požiadaviek užívateľa. Monitorovanie sa vykonáva za účelom ochrany stroja ako aj na včasnú diagnostiku rozvíjajúcej sa poruchy. Adaptívne monitorovanie automaticky zahŕňa informácie o stave stroja a procesné premenné, ako napr. teplota, tlak a rýchlosť stroja, na dosiahnutie maximálnej citlivosti na včasné rozpoznanie malých zmien stavu stoja. Automatický vlastný text zabezpečuje vysokú spoľahlivosť systému. Systém sa skladá z častí podľa obr.6.7. Akcelerometer Svorkové skrinky s predzosilňovačmi KO 0149 Monitor kmitania 2520 IEEE (Sieťové rozhranie Ethernet TCP/IP) Zberač údajov Centrálny monitor kmitania Bezdotyková sonda 2520 Monitorovací systém Software 7615 Iné meniče (napr. parametre prevádzky atď.) KO Zberač údajov 2526 Modifikované signály (napr. parametre prevádzky, digitálne signály atď.) X - Terminál Obr. 6.7 Architektúra systému COMPASS Monitor kmitania - je osou celého systému, kde sú vykonané všetky merania. Umožňuje merať efektívnu hodnotu, rozkmit alebo výkmit s voliteľnou dolnopásmovou alebo pásmovou filtráciou, analyzovať dráhu hriadeľa S max, vektory kmitania, vykonať frekvenčnú analýzu s konštantnou relatívnou šírkou pásma alebo FFT analýzu do 40 khz, pričom je možné na celom frekvenčnom intervale dosiahnuť rozlíšenie 0, 025 Hz. Monitor má 4 druhy reléových výstupov, ktoré môžu spínať pri automatickej blokáde 106

18 stroja ako aj pri zmene prevádzkového režimu alebo po prekročení hladiny kmitania. Centrálny monitor kmitania zabezpečuje nastavenie riadiacich parametrov monitora kmitania a tvorbu rozsiahlej databázy, v ktorej sa trvalo archivujú namerané hodnoty až 30 rokov. Centrálny monitor tvorí výkonný počítač. Ľahkú a rýchlu orientáciu v nameraných výsledkoch umožňuje svetelný navádzací systém a schematické grafické obrazce sledovaných strojov a uzlov. Komunikácia medzi centrálnym monitorom kmitania a monitorom kmitania sa realizuje prostredníctvom siete Ethernet. Monitor kmitania nepretržite vykonáva automatické monitorovanie aj v prípade prerušenia komunikácie alebo poruchy centrálneho monitora kmitania. X-terminál je grafická zobrazovacia jednotka, reprezentovaná počítačom, ktorý umožňuje priebežné grafické zobrazenie nameraných výsledkov. Zberač údajov 2527 je ľahký ručný prístroj, ktorý umožňuje zber a analýzu údajov o strojoch. Používa rovnaký digitálny signálový procesor ako on-line systém. Pracuje s rovnakým centrálnym počítačom a so spoločnou databázou. Z počítača sa do zberača údajov nahrá meracia trasa. Operátor sleduje túto trasu na displeji a vykonáva meranie v zberači údajov. Keďže sa ihneď vykonáva porovnanie s medznými hodnotami, prístroj to v prípade prekročenia okamžite oznámi operátorovi. Po ukončení trasy operátor prenesie namerané údaje do centrálneho počítača, kde sa ďalej spracujú rovnako ako ostatné údaje v systéme. Nadstavbou systému COMPASS je expertný diagnostický systém Advisor TM, ktorý umožňuje vykonávať automatickú diagnostiku na základe vlastnej alebo užívateľom definovanej databázy pravidiel diagnostiky. Program obsahuje okrem iného aj grafický editor na zadávanie kinematickej schémy stroja, nástroje na prepojenie databázy COMPASS a databázy pravidiel a príznakov programu, databázu valivých ložísk a celý rad užívateľských nástrojov na overenie správnosti diagnózy, archiváciu, nastavovanie systému podľa získaných skúseností atď. 107