曲洪坤(大慶億萊檢驗檢測技術(shù)服務有限公司，黑龍江 大慶 163002)

0 引言

生活中的噪聲源多種多樣，數(shù)不勝數(shù)。本研究主要針對油田固井中所產(chǎn)生的噪音進行研究。眾所周知，能減輕或消除噪音是油田固井質(zhì)量中一個非常重要的參考性能。由振動發(fā)生器發(fā)出振動波，考慮阻力以及實際生產(chǎn)條件的影響，使用振動接收器接收振動波后，再由振動控制器選擇合適的振動頻率,其噪音分布也非常的復雜，噪聲源多且分布位置不均，這些都給我們研究振動噪聲源傳播路徑帶來了不小的困難。雖然噪聲源產(chǎn)生和分布的情況復雜，但是產(chǎn)生噪音的原因卻大同小異，主要是各類機械設(shè)施與管系通過自身的基座和其他的非支撐件一起導致振動，并傳遞噪聲。這其中還包括了空氣噪聲透放射引起的噪聲以及液體脈動向水中進行的噪聲輻射。

由于油田固井的機械設(shè)備在井下產(chǎn)生噪聲的途徑并不唯一，且形式多樣。因此，為了更好地確定出噪聲的傳播途徑，在此次研究中，我們主要從確定振動聲源和噪聲的傳播路徑兩個方面來著手進行研究。首先，我們實驗的第一步是選取能夠降低噪音的機械設(shè)備，然后做的就是降低或者減弱噪聲聲源的振動、阻隔噪聲的傳遞途徑。在這兩個方面中，選用噪聲比較小的機械設(shè)備是比較容易解決的問題，但是對于振動噪聲源的傳遞路徑的識別就沒有那么容易了。正因為這一原因，本文關(guān)于噪聲源傳播的路徑的研究，是在信息相似性的基礎(chǔ)上展開的。

1 關(guān)于振動噪聲源的傳遞路徑的理論分析

1.1 振動噪聲源傳遞路徑的物理模型建立

因為實際油田固井中振動源和噪聲源復雜多樣，而且實際的傳播路徑也紛繁錯綜，因此，為了更好地分析和研究噪聲源的傳遞路徑，我們把噪聲源傳播路徑做成了如圖1所示的物理模型。根據(jù)噪聲的產(chǎn)生以及噪聲的傳播過程，我們可以將機械設(shè)備—傳遞路徑—噪聲在水聲場的傳遞路線簡化整理如圖1所示的物理模型。根據(jù)圖1中物理模型所表示的傳遞方式，我們對噪聲的每個傳遞環(huán)節(jié)的相關(guān)的振動的信息進行了信息相似性的比較分析或者頻譜能量變化的分析。通過這種對比分析找出信息相似的程度較高或者振動的總體能量變化較小的環(huán)節(jié)過程，這些環(huán)節(jié)基本上就可以確定噪聲振動以及噪聲輻射的主要傳遞路徑。這樣，我們就把振動噪聲源的主要傳遞路徑基本確定了出來[1]。

圖1 噪聲源振動傳播路徑的物理模型

1.2 振動噪聲源傳遞路徑數(shù)學模型的建立

多輸入單輸出的數(shù)學模型（如圖2所示），在這個數(shù)學模型中，我們假設(shè)有q個確定的、我們測出來的實驗數(shù)據(jù)xi（t），i=1，2，3，4……，q，而這些多個數(shù)據(jù)與頻率q之間的相互關(guān)聯(lián)的函數(shù)為Hi(f)，而q還與常參數(shù)線性系統(tǒng)會產(chǎn)生一個輸出量y(t)。而這個y(t)并不是一個實際測得的數(shù)據(jù)，而是人們根據(jù)公式預計得出的理想的數(shù)據(jù)vi(t)，i=1，2，3，4……，q以及與偏離了理想模型的所有的可能的偏差之和（這些偏差被悉數(shù)包含在未知數(shù)n（t）之中），如圖2所示。根據(jù)最小二乘的定義和特點，我們知道Hi(f)的最優(yōu)的選擇可以使n（t）和vi(t)不相干（或者也可以說是不相關(guān)）。這樣就可以使這個數(shù)學模型符合實際的物理狀況，而不在僅僅是一個理想的數(shù)學模型，因此，這個模型便具有了現(xiàn)實的意義。因此，我們可以通過對數(shù)據(jù)xi(t) 以及y(t)的測量來對Hi(f) 和n(t)進行一個較為可靠的估計。

圖2 數(shù)學模型—多輸入單輸出系統(tǒng)

在這個模型中輸入變量和輸出變量的一階矩關(guān)系（我們這里用頻

率的隨機譜表示）為式（1）：

式（1）中，我們不斷地改變輸入變量的值，并且使變換前后的輸入變量彼此之間互不影響，并且對于輸入變量，我們并不是隨心所欲地進行改變，而是具有一定的規(guī)律特點，變換的規(guī)律就是將每一個輸入地變量逐步除去與其相關(guān)地前面輸入的剩余，然后以這個數(shù)據(jù)作為改變的輸入變量輸入。

2 關(guān)于振動噪聲源的傳遞路徑的仿真研究

因為要在實驗中進行仿真研究，我們首先要確定一些仿真的條件，以便于仿真的正常進行。首先我們確立的仿真的條件是假定我們在仿真的時候的噪聲源信號分別為50 Hz和100 Hz的正弦信號，其中50 Hz的噪聲源信號存在三條主要的信號傳遞的路徑，分別為hi(t)、h2(t) 和h3(t)，而100 Hz的噪聲源信好只有一條傳遞路徑x4(t)，x1(t)、x2(t)、x3(t) 和x4(t) 它們均為測量所得的實驗數(shù)據(jù)。而通過變換的函數(shù)關(guān)系得出的y(t) 則是我們的測量輸出，n1(t)、n2(t)、n3(t)、n4(t) 都是我們在實驗中測得的干擾噪聲，我們把它們作為變換的輸入量。n(t) 則為測量后經(jīng)過函數(shù)處理的輸出的外界噪聲[2]。

在實驗過程中，我們使用了不少實驗設(shè)備，以幫助我們更高效準確地獲得實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)果。其中，我們不可忽視的一個重要實驗設(shè)備是Fir濾波器。Fir濾波器能夠幫助我們篩選到我們所需要的聲波，它最大的優(yōu)勢是在保證我們獲得相同幅度頻率的聲波的同時，又可以獲得嚴格的線性相位特性。因此，我們的濾波器選擇的是Fir數(shù)字濾波器。hi(t)、h2(t)、h3(t) 和h4(t)分別為低通Fir濾波器，衰減系數(shù)分別為10 dB、6 dB、0 dB和0 dB。在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，我們開始對頻率為50 Hz振動噪聲源的主要傳播路徑進行了仿真分析，具體的數(shù)據(jù)和結(jié)果如圖3所示。

我們在分析過程中，為了分析結(jié)果的準確有效，我們首先利用了偏相干分析方法來對數(shù)值獨立進行分析，結(jié)果如圖3所示，偏相干的函數(shù)值分別為0.503 5和0.544 2，0.769 8，這說明了振動頻率為50 Hz的噪聲源的噪聲主要是通過機械的剛性支撐點附近的外表殼向水中傳遞噪聲。

圖3 測量輸入與測量輸出的偏相干函數(shù)

在我們利用偏相干分析方法處理數(shù)據(jù)后，得到了信號為50 Hz的特征頻譜的偏相干函數(shù)值分別為 0.36、0.69 和 0.801 3，這組數(shù)據(jù)說明了50 Hz的特征頻譜主要來源于輸入數(shù)據(jù)x3(t)，然后才為輸入數(shù)據(jù)x2(t)，x1(t)；信號為100 Hz的特征頻譜相干函數(shù)值分別為0.769 8、0.87和0.950 1，這組數(shù)據(jù)說明了信號為100 Hz的特征頻譜的主要來源是輸入數(shù)據(jù)x3(t)，然后才是輸入數(shù)據(jù)x2(t)，x1(t)。由此可知，頻率為50 Hz的信號源的特征信息的主要傳遞路徑是x4(t)，然后是x2(t)，x1(t)，因此我們的分析的結(jié)果和我們仿真設(shè)置的條件一致[3]。

3 結(jié)語

由此我們可以知道，由于油田固井裝置的噪聲源的傳播路徑進很復雜，所以我們要用多種方法進行綜合型的研究分析。雖然現(xiàn)在我們進行這種綜合性的研究的方法還不太成熟，但這是一種發(fā)展趨勢。