噪聲傳感器計(jì)劃任務(wù)書(shū)

編號(hào) 類(lèi)別 2012 年科研開(kāi)發(fā)項(xiàng)目計(jì)劃任務(wù)書(shū)礦用噪聲聲級(jí)傳感器的研制***項(xiàng)目名稱(chēng)申報(bào)部門(mén)起止時(shí)間礦用噪聲聲級(jí)傳感器的研制***國(guó)內(nèi)外概況、水平和發(fā)展趨勢(shì)及專(zhuān)利情況【應(yīng)分國(guó)內(nèi)外兩種情況進(jìn)行描述。描述時(shí)盡可能詳細(xì)到國(guó)內(nèi)外的具體產(chǎn)品名稱(chēng)、生產(chǎn)企業(yè)、技術(shù)指標(biāo)、市場(chǎng)占有率、存在的技術(shù)問(wèn)題及其原因、目前的技術(shù)研發(fā)方向、擁有的專(zhuān)利情況等。立項(xiàng)開(kāi)發(fā)后擬達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)與目前各企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的分析對(duì)比，知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況描述（含專(zhuān)利、論文、論著、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范等）】：當(dāng)今社會(huì)噪聲污染日趨嚴(yán)重，尤其是輻射強(qiáng)、危害大的地下封閉的采礦環(huán)境污染更嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查，全國(guó)煤礦有近70%的設(shè)備超過(guò)國(guó)家規(guī)定的90dB（A）標(biāo)準(zhǔn)，特別是井下噪聲有強(qiáng)度大、聲級(jí)高、聲源多、干擾時(shí)間長(zhǎng)、反射能力強(qiáng)、衰減慢等特點(diǎn)，長(zhǎng)期接噪聲使人注意力分散，反應(yīng)遲鈍，不安全因素增加，嚴(yán)重的還引起心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)及消化系統(tǒng)疾病，甚至聽(tīng)力下降和職業(yè)性耳聾。噪聲已被公認(rèn)為是煤礦井下主要職業(yè)病危害之一。國(guó)外對(duì)噪聲危害非常重視，如澳大利亞將采掘工作面噪聲控制在90dB以下。安全規(guī)程規(guī)定全班噪聲平均不許超過(guò)85dB，最高（短時(shí)）不許超過(guò)140dB。噪聲控制有專(zhuān)門(mén)監(jiān)察員，企業(yè)開(kāi)工1年必須提供全面噪聲環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)告，以后每5年報(bào)告1次。近年來(lái)，隨著《中華人民共和國(guó)職業(yè)病防治法》、《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》的出臺(tái)，我國(guó)對(duì)煤礦噪聲危害開(kāi)始重視起來(lái)，但我國(guó)目前還沒(méi)有煤礦井下用于噪聲監(jiān)測(cè)的儀器，對(duì)煤礦噪聲危害的調(diào)查多集中在煤炭生產(chǎn)的地面企業(yè)，對(duì)于煤礦井下噪聲危害調(diào)查的相對(duì)較少。因此，急需開(kāi)發(fā)一種煤礦井下在線監(jiān)測(cè)噪聲的儀器，及時(shí)有效的了解作業(yè)場(chǎng)所的環(huán)境噪聲，不僅是噪聲防治的依據(jù)，也可為下一步建立礦工職業(yè)健康評(píng)價(jià)體系提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)，對(duì)保護(hù)煤礦工人的身心健康具有十分重要的意義。噪聲測(cè)量?jī)x器1、聲級(jí)計(jì)聲級(jí)計(jì)是噪聲測(cè)量中最基本、最常用的儀器。其工作原理是聲壓由傳聲器膜片接收后，將聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)前置放大器作阻抗變換后送到輸入衰減器，由于表頭指示范圍一般只有20dB，而聲音范圍變化可高達(dá)140dB，甚至更高，所以必須使用衰減器來(lái)衰減較強(qiáng)的信號(hào)。再由輸入放大器進(jìn)行定量放大。放大后的信號(hào)由計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)權(quán)，它的設(shè)計(jì)是模擬人耳對(duì)不同頻率有不同靈敏度的聽(tīng)覺(jué)響應(yīng)。在計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)處可外接濾波器，這樣可做頻譜分析。輸出的信號(hào)由輸出衰減器減到額定值，隨即送到輸出放大器放大。使信號(hào)達(dá)到相應(yīng)的功率輸出，輸出信號(hào)經(jīng)RMS檢波后（均方根檢波電路）送出有效值電壓，推動(dòng)電表，顯示所測(cè)的聲壓級(jí)分貝值。根據(jù)該精度聲級(jí)計(jì)可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是普通聲級(jí)計(jì)，它對(duì)傳聲器要求不太高。動(dòng)態(tài)范圍和頻響平直范圍較狹，一般不與帶通濾波器相聯(lián)用；另一類(lèi)是精密聲級(jí)計(jì)，其傳聲器要求頻響寬，靈敏度高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，且能與各種帶通濾波器配合使用，放大器輸出可直接和電平計(jì)錄器、錄音機(jī)相聯(lián)接，可將噪聲訊號(hào)顯示或貯存起來(lái)。近年來(lái)有人又將聲級(jí)計(jì)分為四類(lèi)，即0型、l型、2型和3型。它們的精度分別為土0.4dB、±0.7dB、±1.0dB和±1.5dB。儀器上有阻尼開(kāi)關(guān)能反映人耳聽(tīng)覺(jué)動(dòng)態(tài)特性，快擋“F”用于測(cè)量起伏不大的穩(wěn)定噪聲。如噪聲起伏超過(guò)4dB可利用慢擋“S”，有的儀器還有讀取脈沖噪聲的“脈沖”檔。聲級(jí)計(jì)的示值表頭刻度方式，通常采用由-5（或-10）到0，以及0到10，跨度共15（或20）dB。一種普通聲級(jí)計(jì)的外形圖如此所示。2、 聲級(jí)頻譜儀噪聲測(cè)量中如需進(jìn)行頻譜分析，通常在精密聲級(jí)配用倍頻程濾波器。根據(jù)規(guī)定需要使用十檔，即中心頻率為31.5、63、125、250、500、1K、2K、4K、8K、16K。3、 錄音機(jī)有些噪聲現(xiàn)場(chǎng)，由于某些原因不能當(dāng)場(chǎng)進(jìn)行分析，需要儲(chǔ)備噪聲情號(hào)，然后帶回實(shí)驗(yàn)室分析，這就需要錄音機(jī)。供測(cè)量硼錄音機(jī)不同于家用錄音機(jī)，其性能要求高得多。它要求頻率范圍寬（一般為20?15000）Hz，失真?。ㄐ∮?%），信噪比大（35dB以上），此外，還要求頻響特性盡可能平直，動(dòng)態(tài)范圍大等。4、 記錄儀記錄儀是將測(cè)量的噪聲聲頻信號(hào)隨時(shí)間變化記錄下來(lái)，從而對(duì)環(huán)境噪聲做出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，記錄儀能將交變的聲譜電信號(hào)作對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換，整流后將噪聲的峰值，均方根值（有效值）和平均值表示出來(lái)。5、 實(shí)時(shí)分析儀時(shí)分析儀是一種數(shù)字式譜線顯示儀，能把測(cè)量范圍的輸入信號(hào)在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)反映在一系列信號(hào)通道示屏上，通常用于較高要求的研究、測(cè)量。目前使用尚不普遍。考慮到國(guó)家環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)和煤礦企業(yè)噪聲評(píng)價(jià)中均已測(cè)量聲壓作為噪聲等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。因此，本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的噪聲監(jiān)測(cè)儀器將選用測(cè)量噪聲中最常用的聲級(jí)計(jì)。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)聲級(jí)計(jì)的廠商主要有杭州愛(ài)華儀器有限公司和國(guó)營(yíng)紅聲器材廠，但其生產(chǎn)的聲級(jí)計(jì)均為便攜式儀器，不能連續(xù)監(jiān)測(cè)，另外還不具備井下防爆合格證。本項(xiàng)目將按照聲級(jí)計(jì)的工作原理，借鑒地面用聲級(jí)計(jì)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，研制井下在線式噪聲傳感器，增加通訊功能，與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，使其能實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)環(huán)境噪聲。主要研究、試驗(yàn)內(nèi)容、目標(biāo)、技術(shù)關(guān)鍵及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，項(xiàng)目欲解決的技術(shù)問(wèn)題【詳細(xì)描述達(dá)到擬定的技術(shù)指標(biāo)需要解決的技術(shù)關(guān)鍵及其研究試驗(yàn)內(nèi)容。目標(biāo)要具體，包括階段目標(biāo)和最終目標(biāo)】：一、 主要研究?jī)?nèi)容1、 噪聲檢測(cè)基本原理及技術(shù)；2、 噪聲檢測(cè)電路的研究。二、 主要試驗(yàn)內(nèi)容1、 噪聲檢測(cè)探頭結(jié)構(gòu)與噪聲關(guān)系試驗(yàn)；2、 噪聲檢測(cè)儀校準(zhǔn)試驗(yàn)。三、 目標(biāo)通過(guò)項(xiàng)目研究，開(kāi)發(fā)出一種礦用在線式噪聲聲級(jí)傳感器。四、 關(guān)鍵技術(shù)本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)包括：1、 噪聲檢測(cè)技術(shù)；2、 噪聲檢測(cè)儀的校正技術(shù)；3、 網(wǎng)絡(luò)化通信接口技術(shù)。五、 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1、 靈敏度：40mV/Pa；頻率范圍：20Hz?8kHz。2、 測(cè)量范圍：40?130dBA（以2X10-5Pa為參考）3、 頻率范圍：20Hz?8kHz4、 頻率計(jì)權(quán)：A計(jì)權(quán)5、 時(shí)間計(jì)權(quán)：F（快），S（慢）6、 參考方向：為電容傳聲器的軸向7、 準(zhǔn)確度：符合GB/T3785-1983和IEC61672-1:20022級(jí)8、 顯示：4位匚￡。，直接顯示測(cè)量的Lp、Lmax。9、 工作電壓：5VDC，電流＜100mA。10、 使用條件：氣溫：0°C?+40°C相對(duì)濕度：25%?95%；達(dá)到的技術(shù)水平，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益及推廣應(yīng)用的前景分析具體的創(chuàng)新點(diǎn)、先進(jìn)性競(jìng)爭(zhēng)力；產(chǎn)業(yè)化前景等】：項(xiàng)目開(kāi)發(fā)研制出礦用在線式噪聲聲級(jí)傳感器，將采用高精密的傳聲器，將聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再選用低噪聲的前置放大器變換阻抗，使傳聲器與衰減器匹配，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部頻率計(jì)權(quán)，送顯示電路顯示，并輸出與煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)相適應(yīng)的信號(hào)，完成煤礦井下環(huán)境噪聲的在線監(jiān)測(cè)。項(xiàng)目開(kāi)發(fā)出的礦用在線式噪聲聲級(jí)傳感器將填補(bǔ)目前國(guó)內(nèi)煤礦井下噪聲監(jiān)測(cè)儀器的空白，其技術(shù)水平將達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。礦用在線式噪聲聲級(jí)傳感器的研制成功，將使管理人員快速有效的掌握煤礦井下作業(yè)環(huán)境噪聲狀況，采取相應(yīng)的預(yù)防和治理措施，減輕噪聲對(duì)人體產(chǎn)生的職業(yè)危害，同時(shí)也為建立礦工職業(yè)健康評(píng)價(jià)體系提供詳實(shí)數(shù)據(jù)。因此，礦用在線式噪聲聲級(jí)傳感器的研究成功和推廣應(yīng)用將帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。隨著國(guó)家相關(guān)法律的出臺(tái)，國(guó)家對(duì)職業(yè)病危害的高度重視，噪聲監(jiān)測(cè)與防治將成為每座礦的重要任務(wù)之一，因此，礦用在線式噪聲聲級(jí)傳感器成功后將具有廣闊的市場(chǎng)前景。采用的研究、試驗(yàn)方法和技術(shù)路線【詳細(xì)描述擬采取的技術(shù)路線、技術(shù)方法、技術(shù)原理、

技術(shù)驗(yàn)證手段等。包括工藝流程】：一、采用的研究、試驗(yàn)方法了最大限度地減少研究經(jīng)費(fèi)，并滿足煤礦井下用噪聲傳感器使用要求，在研制過(guò)程中將借鑒地面用聲級(jí)計(jì)中的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，剖析地面用聲級(jí)計(jì)中采用的準(zhǔn)確度高的傳聲系統(tǒng)和檢波系統(tǒng)，并增加網(wǎng)絡(luò)通訊電路，使其適應(yīng)煤礦井下的使用環(huán)境。具體方案如圖所示。圖1總體方案圖圖1總體方案圖井下工業(yè)一1完善1性實(shí)驗(yàn)1改進(jìn)1先對(duì)噪聲檢測(cè)基本原理及技術(shù)進(jìn)行初步研究和探討；然后根據(jù)上述理論研究結(jié)果，并結(jié)合地面用聲級(jí)計(jì)設(shè)計(jì)的一些經(jīng)驗(yàn)，確定礦用在線式噪聲聲級(jí)傳感器的檢測(cè)電路，設(shè)計(jì)相關(guān)軟硬件，加工兩臺(tái)樣機(jī)；最后，再在國(guó)家檢測(cè)中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢驗(yàn)。國(guó)家檢測(cè)中心實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)合格后，在現(xiàn)場(chǎng)做工業(yè)性試驗(yàn)，以檢驗(yàn)所研制的兩套樣機(jī)的實(shí)際應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題加以改進(jìn)，直至達(dá)到本計(jì)劃任務(wù)書(shū)提出的目標(biāo)要求。二、技術(shù)路線1、噪聲檢測(cè)探頭結(jié)構(gòu)與噪聲關(guān)系特性研究常見(jiàn)的傳聲器有晶體式、駐極體式、動(dòng)圈式和電容式數(shù)種。其中晶體式和駐極體式主要用于麥克風(fēng)，動(dòng)圈式和電容式主要用于噪聲檢測(cè)。動(dòng)圈式傳聲器由振動(dòng)膜片、可動(dòng)線圈、永久磁鐵和變壓器等組成。振動(dòng)膜片受到聲波壓力以后開(kāi)始振動(dòng)，并帶動(dòng)著和它裝在一起的可動(dòng)線圈在磁場(chǎng)內(nèi)振動(dòng)以產(chǎn)生感應(yīng)電流。該電流根據(jù)振動(dòng)膜片受到聲波壓力的大小而變化。聲壓越大，產(chǎn)生的電流就越大，聲壓越小，產(chǎn)生的電流也越小。電容式傳聲器主要由金屬膜片和靠得很近的金屬電極組成，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)平板電容。金屬膜片與金屬電極構(gòu)成了平板電容的兩個(gè)極板，當(dāng)膜片受到聲壓作用時(shí)，膜片便發(fā)生變形，使兩個(gè)極板之間的距離發(fā)生了變化，于是改變了電容量，位測(cè)量電路中的電壓也發(fā)生了變化，實(shí)現(xiàn)了將聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)的作用。電容式傳聲器是聲學(xué)測(cè)量中比較理想的傳聲器，具有動(dòng)態(tài)范圍大、頻率響應(yīng)平直、靈敏度高和在一般測(cè)量環(huán)境下穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用廣泛。由于電容式傳聲器輸出阻抗很高，因而需要通過(guò)前置放大器進(jìn)行阻抗變換，前置放大器裝在聲級(jí)計(jì)內(nèi)部靠近安裝電容式傳聲器的部位。本項(xiàng)目擬對(duì)這兩種探頭進(jìn)行試驗(yàn)研究，找到一種檢測(cè)范圍大、抗干擾強(qiáng)的、靈敏度高的傳感器結(jié)構(gòu)。

2、傳感及檢測(cè)技術(shù)研究通過(guò)合理化電路設(shè)計(jì)，對(duì)檢測(cè)電路進(jìn)行優(yōu)化，以提高靈敏度。擬對(duì)單端采樣和差分采樣電路進(jìn)行試驗(yàn)研究。分析其輸出與噪聲聲級(jí)的關(guān)系。其原理框圖如下:差分采樣模式單端采樣模式差分采樣模式單端采樣模式圖2檢測(cè)電路模式3、 后處理技術(shù)研究由于聲級(jí)計(jì)中的頻率計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)有A、B、C三種標(biāo)準(zhǔn)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)。A網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對(duì)等響曲線中40方純音的響應(yīng)，它的曲線形狀與340方的等響曲線相反，從而使電信號(hào)的中、低頻段有較大的衰減。B網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對(duì)70方純音的響應(yīng)，它使電信號(hào)的低頻段有一定的衰減。C網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對(duì)100方純音的響應(yīng)，在整個(gè)聲頻范圍內(nèi)有近乎平直的響應(yīng)。本項(xiàng)目擬選用A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率計(jì)權(quán)。4、 礦用在線式礦用噪聲傳感器硬件設(shè)計(jì)根據(jù)項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)方案，結(jié)合地面用聲級(jí)計(jì)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，其總體硬件設(shè)計(jì)如圖所示：圖3圖3硬件設(shè)計(jì)由