噪声计量计校准方法的探讨

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　　一、前言

       噪声剂量计是一种个人佩戴式的测量噪声的仪器，用于监测在一段时间内的人们所受的总噪声剂量。因目前没有相应的国家标准和国际标准作为依据，因此校准工作参考国家计量检定规程—《JJG655-1990噪声剂量计检定规程》(以下简称“检定规程”)。

　　根据我国颁布的《工业企业噪声卫生标准(试行草案)》第五条规定，工业企业的生产车间和作业场所的工作地点的噪声标准为85分贝 (A)。现有工业企业经过努力暂时达不到标准时，可适当放宽，但不得超过90分贝 (A)。目前市面上部分剂量计的噪声标准可以调整，可以自行设置噪声标准，但也有部分剂量计，其噪声标准是不可以自行调整的，如美国3M公司的剂量计。而检定规程中只规定了噪声参考声级90dB一种，对于其他参考声级的剂量计就不再适用。另外检定规程的操作基于带有“校准”挡的剂量计，但大部分剂量计都不具备此挡位;因此，规程中的校准方法存在操作上的不适宜性和局限性，很容易给计量操作人员造成困惑。本文针对常见的剂量计的校准方法进行讨论。

　　二、校准原理

       为了合理评价噪声对于人们听力损害程度，考虑到声压增加一倍，听力损害程度超过一倍这一事实，引入了“幅度计权”的过程，即在声压级的量值上加幂，下面的公式是噪声剂量的表达式：

　　式中，p(t)为经“A”计权后的声压，单位为Pa；T为测量时间，单位为s;0.632是对应90dB(A)的系数;n为幂常数，两个剂量计广泛采用的听力保护——标准“ISOR1999”和“OSHA”分别规定了n=2和n=1.2。

　　将上式中的声压转换为用dB表示，得到：

　　进一步的

　　式中的LTef为参考声级90dB。由上式可以看到，与规程中给出的剂量计算公式相比，当采用ISOR1999标准时，n=2，带入上式得到：

　　上式与规程中给出的计算公式一致;当剂量计采用OSHA标准时，n=1.2，带入

　　得到剂量计表达式：

　　由此，我们得到两个不同的剂量计算公式。因此在计量工作开展之前，我们需要清楚其依据的听力保护标准是哪一个，否则其理论值与测得值无法对应，导致误判。

　　三、校准方法

       针对剂量计的校准项目，这里讨论当参考声压级为90dB时，对应两种标准即ISOR1999以及OSHA，各个校准项目的校准方法和判定指标。对于参考声压级为其他情况时，只需要将参考声压带入以上两式即可计算得到。

　　1、绝对灵敏度
　　校准方法可以采用替代法或声校准器法，方法与规程相同，针对大部分剂量计并无“校准”挡的情况，对测量参数做如下调整：

　　(1) 当采用替代法校准时，按照下表1调整正弦信号发生器的信号幅值和测量时间：

　　表1 替代法参数设置

　　噪声剂量计的示值应满足表2的要求。

　　表2 剂量计示值允许范围

　　(2) 当采用声校准器法校准时，当剂量计采用ISO1999标准时，采用114dB校准信号经过115s持续时间后读取剂量计的示值;当剂量计采用OSHA标准时，采用114dB校准信号经过1046s持续时间后读取剂量计的示值。剂量计的示值应满足表2要求。

　　2、频率计权特性
　　频率计权是其恒幅稳态正弦输入信号级与显示装置上指示信号级两者之间作为频率函数关系而规定的差值，是剂量计内部计权网络的特性，当剂量计可显示A计权声压级，可按照JJG 188-2002声级计检定规程中7.1.3.3规定的方法测试剂量计的频率计权，这样可以大大缩短校准时间，而没有必要通过剂量显示值来判断剂量计的频率计权特性是否满足技术要求。

　　3、检波器特性
　　对于有“校准”档位的剂量计，校准方法参考检定规程即可，对于大部分没有“校准”档位的剂量计，按照下面的步骤开展：

　　a、按照本文表1中标准系统指示声级来设置施加于剂量计的1000Hz正弦信号幅度;

　　b、将上一步的信号施加给剂量计，记录剂量计显示100%时的持续时间;

　　c、将频率为2000Hz的猝发音加到标准系统，调节信号幅度使得与(a)步的幅度相同;

　　d、将上一步的猝发音施加给剂量计，在经历与(b)步相同持续时间后记录剂量计的显示值。对2级剂量计，其示值应在79%~126%之间。

　　4、积分器特性
　　对于参考标准ISOR1999的剂量计，校准方法同规程。对于参考标准OSHA的剂量计，信号幅值增加10dB经过相同的持续时间，和信号幅值不变持续时间增加10倍，所得到噪声剂量示值与原示值的关系应分别满足以下两式(括号中为3级)：

　　式中：DL2、DL1为声压级增加10dB或持续时间延长10倍前后剂量计的读数。

　　四、方法验证

       以美国3M公司型号为eg4的噪声剂量计作为样品来验证本文的校准方法，其采用的是OSHA的标准，校准结果如下：

　　1、绝对灵敏度
　　采用B&K公司的4231声校准器的114dB，持续时间1046s，得到剂量显示为：101.0%。

　　2、主要频率点的频率计权

　　3、检波器特性
　　按照本文的校准方法，在猝发音信号作用下，剂量计经历与连续正弦信号时相同有效值，相同持续时间后，剂量计示值为101.7%。

　　4、积分器特性
　　按照下表校准不同声压级和不同持续时间的积分器特性：

　　*DL2/DL1是该行对应的剂量测量值与上一行对应的剂量测量值之比。

　　综合以上项目，该eg4型号的剂量计满足2级噪声剂量计的技术要求。

　　五、结论

       综上，本文针对规程存在的与实际校准工作中不一致的内容进行了探讨，并给出以下建议：计量部门开展剂量计校准前，应首先理清楚其所依据的听力保护规范，是参照ISOR1999标准还是OSHA标准;其次要查看其是否有“校准”档位，参考声级是多少，然后参考检定规程和本文推荐的校准方法开展剂量计的校准工作。

　　参考文献：
　　[1] JJG655-1990《噪声剂量计检定规程》.


　　[2] 周伦彬.声学计量[M].北京：中国计量出版社,2008:117-122.


　　[3] 汪建宇.噪声剂量与噪声剂量计[J].自动化与仪器仪表,2001(2):46-48.

　　来源：振动声学计量公众号，作者：赵莹