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中國計量院建立次聲源標(biāo)準(zhǔn)裝置
時間:2015-04-21 15:37 來源:未知 作者:admin
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據(jù)悉，中國計量科學(xué)研究院成功建立基于激光活塞發(fā)生器法的次聲源標(biāo)準(zhǔn)裝置，將助我國提升次聲傳感器研制水平和環(huán)境次聲監(jiān)測水平。
日前從中國計量科學(xué)研究院了解到，該院建立的基于激光活塞發(fā)生器法的次聲源標(biāo)準(zhǔn)裝置，失真度和頻率下限達(dá)到國際水平，并填補(bǔ)了我國低于20Hz的次聲聲壓量值復(fù)現(xiàn)與傳遞能力的空白，為次聲的監(jiān)測防護(hù)和利用提供技術(shù)支撐。
次聲是頻率低于20Hz的聲波，人耳聽不到，也很少意識到它的存在。作為一種低頻聲波，次聲總是伴隨著許多自然現(xiàn)象而出現(xiàn)。工業(yè)設(shè)施或機(jī)電設(shè)備甚至人體自身都能產(chǎn)生次聲。次聲的波長很長，不容易衰減，可傳播很遠(yuǎn)的距離。某些頻率的次聲可與人體器官發(fā)生共振，易導(dǎo)致頭暈、心慌、神志不清等現(xiàn)象，超過一定強(qiáng)度時可致人死亡。
一般來說，次聲波強(qiáng)度都較弱，對人體不會產(chǎn)生損傷。但是隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，汽車及高速列車行使、大型機(jī)械運行、高大建筑中均產(chǎn)生大量的次聲波。隨著人們對次聲波損傷效應(yīng)的認(rèn)識不斷加深，世界各國正積極采取措施，監(jiān)測并減少次聲對人體的傷害。
次聲聲壓量值的準(zhǔn)確測量是人體避免次聲傷害和次聲技術(shù)廣泛應(yīng)用的前提和保障。目前我國聲壓基準(zhǔn)的頻率范圍為20Hz~25kHz，在低于20Hz的次聲頻段，尚沒有量值溯源能力和量值傳遞手段，而在此領(lǐng)域技術(shù)水平的英國、丹麥等國家的計量實驗室已經(jīng)將聲學(xué)傳感器的校準(zhǔn)頻段拓展至1Hz甚至更低。
中國計量科學(xué)研究院和浙江大學(xué)經(jīng)多年合作研究，在國際上首次提出利用位移反饋型的激光活塞發(fā)生器獲得低失真的次聲聲壓，并建立次聲聲壓校準(zhǔn)裝置。據(jù)了解，該裝置在0.1Hz~20Hz范圍內(nèi)，聲信號總諧波失真小于0.8%；穩(wěn)定性優(yōu)于0.01dB，聲壓級不確定度在0.1Hz~20Hz，范圍為：0.20dB~0.04dB(k=2)。
該裝置采用高精度的活塞-腔體套組，使得低頻測量下限可延伸至0.01Hz，活塞發(fā)聲器的泄露時間常數(shù)達(dá)到50s，技術(shù)指標(biāo)高于國際同行目前已公布的結(jié)果，此前，泄漏時間常數(shù)結(jié)果是英國國家物理實驗室的12s。該常數(shù)是腔內(nèi)的脈沖壓力衰減至1/e時對應(yīng)的時間，泄露時間常數(shù)越大，意味著計算腔內(nèi)的聲壓時所需的聲泄漏修正值越小。
據(jù)課題負(fù)責(zé)人何龍標(biāo)博士介紹，該方法的主要原理是：利用超低頻振動臺推動活塞在腔體內(nèi)作往復(fù)運動產(chǎn)生聲壓，采用激光測振儀測量活塞位移得到腔內(nèi)氣體體積變化量，依據(jù)理想氣體狀態(tài)方程計算獲得聲壓。次聲源標(biāo)準(zhǔn)裝置由信號源、功率放大器、光柵位移測量及失真反饋系統(tǒng)、低頻振動臺、活塞、腔體、激光測振儀、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)等組成。
次聲源標(biāo)準(zhǔn)裝置的建立，實現(xiàn)了次聲頻段聲壓量值的復(fù)現(xiàn)和傳遞，有助于我國次聲傳感器研制水平和環(huán)境次聲監(jiān)測水平的提升，為次聲防護(hù)和應(yīng)用提供技術(shù)保障。
日前從中國計量科學(xué)研究院了解到，該院建立的基于激光活塞發(fā)生器法的次聲源標(biāo)準(zhǔn)裝置，失真度和頻率下限達(dá)到國際水平，并填補(bǔ)了我國低于20Hz的次聲聲壓量值復(fù)現(xiàn)與傳遞能力的空白，為次聲的監(jiān)測防護(hù)和利用提供技術(shù)支撐。
次聲是頻率低于20Hz的聲波，人耳聽不到，也很少意識到它的存在。作為一種低頻聲波，次聲總是伴隨著許多自然現(xiàn)象而出現(xiàn)。工業(yè)設(shè)施或機(jī)電設(shè)備甚至人體自身都能產(chǎn)生次聲。次聲的波長很長，不容易衰減，可傳播很遠(yuǎn)的距離。某些頻率的次聲可與人體器官發(fā)生共振，易導(dǎo)致頭暈、心慌、神志不清等現(xiàn)象，超過一定強(qiáng)度時可致人死亡。
一般來說，次聲波強(qiáng)度都較弱，對人體不會產(chǎn)生損傷。但是隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，汽車及高速列車行使、大型機(jī)械運行、高大建筑中均產(chǎn)生大量的次聲波。隨著人們對次聲波損傷效應(yīng)的認(rèn)識不斷加深，世界各國正積極采取措施，監(jiān)測并減少次聲對人體的傷害。
次聲聲壓量值的準(zhǔn)確測量是人體避免次聲傷害和次聲技術(shù)廣泛應(yīng)用的前提和保障。目前我國聲壓基準(zhǔn)的頻率范圍為20Hz~25kHz，在低于20Hz的次聲頻段，尚沒有量值溯源能力和量值傳遞手段，而在此領(lǐng)域技術(shù)水平的英國、丹麥等國家的計量實驗室已經(jīng)將聲學(xué)傳感器的校準(zhǔn)頻段拓展至1Hz甚至更低。
中國計量科學(xué)研究院和浙江大學(xué)經(jīng)多年合作研究，在國際上首次提出利用位移反饋型的激光活塞發(fā)生器獲得低失真的次聲聲壓，并建立次聲聲壓校準(zhǔn)裝置。據(jù)了解，該裝置在0.1Hz~20Hz范圍內(nèi)，聲信號總諧波失真小于0.8%；穩(wěn)定性優(yōu)于0.01dB，聲壓級不確定度在0.1Hz~20Hz，范圍為：0.20dB~0.04dB(k=2)。
該裝置采用高精度的活塞-腔體套組，使得低頻測量下限可延伸至0.01Hz，活塞發(fā)聲器的泄露時間常數(shù)達(dá)到50s，技術(shù)指標(biāo)高于國際同行目前已公布的結(jié)果，此前，泄漏時間常數(shù)結(jié)果是英國國家物理實驗室的12s。該常數(shù)是腔內(nèi)的脈沖壓力衰減至1/e時對應(yīng)的時間，泄露時間常數(shù)越大，意味著計算腔內(nèi)的聲壓時所需的聲泄漏修正值越小。
據(jù)課題負(fù)責(zé)人何龍標(biāo)博士介紹，該方法的主要原理是：利用超低頻振動臺推動活塞在腔體內(nèi)作往復(fù)運動產(chǎn)生聲壓，采用激光測振儀測量活塞位移得到腔內(nèi)氣體體積變化量，依據(jù)理想氣體狀態(tài)方程計算獲得聲壓。次聲源標(biāo)準(zhǔn)裝置由信號源、功率放大器、光柵位移測量及失真反饋系統(tǒng)、低頻振動臺、活塞、腔體、激光測振儀、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)等組成。
次聲源標(biāo)準(zhǔn)裝置的建立，實現(xiàn)了次聲頻段聲壓量值的復(fù)現(xiàn)和傳遞，有助于我國次聲傳感器研制水平和環(huán)境次聲監(jiān)測水平的提升，為次聲防護(hù)和應(yīng)用提供技術(shù)保障。
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