船舶与海上设施用电工电子设备噪声试验

船舶与海上设施用电工电子设备噪声试验技术

引言
船舶与海上设施用电工电子设备在复杂严酷的海洋环境中运行，其产生的噪声不仅影响乘员的舒适性与健康，更可能干扰船上精密仪器、声学设备（如声纳、水声通信系统）的正常工作，甚至对隐蔽性有要求的军用舰艇构成威胁。因此，对这类设备进行严格的噪声试验，是确保其环境适应性、电磁兼容性及整体系统可靠性的关键环节。噪声试验主要涵盖电磁噪声（传导骚扰和辐射骚扰）与声学噪声两个层面，仪记录场强值。频率范围通常为30MHz至1GHz，对于高频设备可能扩展至6GHz或18GHz。

• 磁场分量测量：对于主要辐射低频磁场（如9kHz至30MHz）的设备，如开关电源，需使用环形磁场天线测量其近场磁场强度。

2. 声学噪声试验
声学噪声试验旨在量化设备运行时产生的空气噪声。

• 检测方法：在声学实验室（如半消声室或混响室）或现场特定条件下，测量设备的声压级或声功率级。

• 试验原理：

  • 声压级测量：在设备周围规定的位置（如距外壳1米处）布放一个或多个传声器，测量A计权声压级。该方法简单，但受环境影响大。

  • 声功率级测定：声功率级是设备辐射噪声总量的度量，与测量环境无关，更具客观性。常用方法包括：

    • 声压法：在包络受试设备的测量表面上，按标准布置多个测点，测量各点声压级，进而计算平均声压级和声功率级。依据测试环境的不同，可分为自由场法（在半消声室中进行）和混响场法（在混响室中进行）。

    • 声强法：通过测量声强探头两个传声器间的声压梯度，计算声强矢量。该方法可在非理想声学环境中（如现场）进行，抗背景噪声干扰能力强，能用于定位主要噪声源。

二、 检测范围与应用领域

船舶与海上设施用电工电子设备噪声试验覆盖广泛的应用领域：

1. 舰船电力推进系统：包括变频器、推进电机、大功率变压器等，其传导和辐射骚扰水平直接影响电网质量和敏感设备。

2. 导航与通信系统：如雷达、GPS/北斗接收机、无线电通信设备等，需确保其自身噪声不干扰其他设备，同时具备足够的抗干扰能力。

3. 机舱自动化与控制系统：包括PLC、传感器、执行机构等，电磁噪声可能导致控制信号异常，引发故障。

4. 生活保障设备：如变频空调、厨房电器等，其声学噪声直接影响船员生活区舒适度。

5. 水下声学系统：对于与声纳等设备共平台的电子设备，其结构振动与电磁辐射可能耦合至水中，干扰声学探测。

6. 海上平台设施：包括钻井平台、浮式生产储卸油装置（FPSO）上的电气控制房、中控系统等，需满足安全区的防爆要求及设备兼容性。

三、 检测标准与规范

噪声试验需严格遵循国内外相关标准，确保结果的可比性和权威性。

• 国际标准：

  • IEC 60533：《船舶电气和电子设备 电磁兼容性》是船舶EMC测试的核心标准，详细规定了传导骚扰、辐射骚扰、谐波电流等测试要求与限值。

  • IEC 60945：《海上无线电通信设备和系统 - 一般要求 - 测试方法和要求的测试结果》也包含EMC测试要求，尤其适用于通信设备。

  • IEC 60092-101：《船舶电气装置 第101部分：定义和一般要求》对电气设备的通用要求包括噪声控制。

  • 声学噪声：常参考ISO 3740系列（声功率级测定）和ISO 7779（信息技术设备空气噪声测量）。

• 国内标准：

  • GB/T 15288：《船舶电气电子设备 环境试验条件和方法》等效或参照IEC标准，规定了包括电磁兼容在内的各项试验。

  • GB 4824：《工业、科学和医疗(ISM)射频设备 骚扰特性 限值和测量方法》对于船用大功率射频设备有参考价值。

  • CB系列标准：如CB 1146、《舰船设备环境试验与工程导则 振动、冲击、碰撞》等船舶行业标准，也涉及噪声与振动控制要求。

  • 声学噪声：常采用GB/T 4214系列（家用和类似用途电器噪声测试方法）或GB/T 3767（声学 声压法测定噪声源声功率级和声能量级 反射面上方近似自由场的工程法）等。

四、 检测仪器与设备

完成上述试验需要一系列精密仪器。

1. 电磁噪声测试主要设备：

   • 测量接收机/频谱分析仪：核心设备，用于接收、分析和记录骚扰信号的幅度与频率。需具备峰值、准峰值、平均值检波功能。

   • 线路阻抗稳定网络（LISN）：用于传导骚扰测试，提供稳定阻抗并耦合骚扰信号。

   • 各类天线：包括双锥天线、对数周期天线、喇叭天线等，用于覆盖不同频段的辐射骚扰测量。

   • 电流探头：用于测量导线上的骚扰电流。

   • 测试软件：控制仪器、转台，进行数据采集、处理和生成报告。

   • 电波暗室/开阔试验场：提供标准化的测试环境，确保测量结果的准确性和可重复性。

2. 声学噪声测试主要设备：

   • 声级计/分析仪：核心设备，用于测量声压级，通常具备A计权、F或S时间计权功能。高级型号可进行实时频谱分析（1/1倍频程或1/3倍频程）。

   • 传声器：高精度电容传声器，需定期校准。

   • 声强探头：双传声器阵列，用于声强测量和噪声源定位。

   • 声校准器：在测试前后对测量系统进行精确校准。

   • 消声室/混响室：提供自由场或扩散声场环境，用于精确测定声功率级。

   • 数据采集与分析系统：用于多通道数据同步采集、存储和后期处理。

结论
船舶与海上设施用电工电子设备的噪声试验是一个系统化、标准化的工程过程。它涉及电磁兼容和声学两个专业领域，要求检测人员深刻理解标准规范、熟练掌握仪器操作、并能根据设备特性和应用场景选择合适的测试方法。随着船舶电气化、智能化程度的不断提升，对设备噪声控制的要求将愈发严格，持续完善和严格执行噪声试验，是保障船舶与海上设施安全、可靠、高效运行不可或缺的技术支撑。