Измерение шумовых характеристик импульсных источников шума

Импульсным называют шум, состоящий из одного или повторяющихся звуковых импульсов, каждый длительностью менее 1 с.

В качестве шумовых характеристик выбирают уровни звукового давления в октавных, третьоктавных и более узких полосах частот, уровни звука на характеристиках (А I ) и Пик, уровень звуковой мощности, корректированный уровень звуковой мощности и показатель направленности. Импульсные шумы, состоящие из одиночного импульса звукового давления, например, ударной волны при прохождении самолетом звукового барьера, треугольного импульса при выстреле из оружия, оценивают параметрами функции времени, основными из которых являются пиковое значение и период. Одинаковые повторяющиеся импульсы дополнительно оцениваются частотой повторений. Определяют функцию времени уровня звукового давления и спектр уровней звукового давления в полосах частот [ 30].

Измерение шумовых характеристик источников шумов, колеблющихся во времени

У шумов, колеблющихся во времени, например, создаваемых транспортом, уровень непрерывно меняется во времени значительно больше, чем время усреднения измерительного прибора.

За шумовые характеристики принимают эквивалентный уровень звука А или звукового давления в октавных или третьоктавных полосах частот, эквивалентный корректированный уровень звуковой мощности и др.

Эквивалентный уровень измеряют интегрирующим шумомером. При измерении в разных точках на измерительной поверхности, а также в разных полосах частот целесообразно использовать многоканальную запись шума на магнитофоне с последующей оценкой эквивалентного уровня.

Относительную дозу шума можно измерить дозиметром шума. По показаниям дозиметра шума можно вычислить эквивалентный уровень звука или абсолютную дозу шума в Па²·ч [ 30].

Эквивалентный уровень звука L_p Ае q , дБ А, и максимальный уровень звука L_p А I , дБ AI - для импульсного шума.

Уровень звукового давления следует измерять в октавных полосах частот: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц или в соответствующих третьоктавных полосах частот.

Уровни звука измеряют шумомерами 1-го или 2-го класса точности по ГОСТ 17187. Уровни звукового давления в полосах частот измеряют по ГОСТ 17187 с подключенными к ним полосовыми фильтрами по ГОСТ 17168 или комбинированными измерительными системами соответствующего класса точности.

Эквивалентные уровни звука измеряют интегрирующими шумомерами. Допускается использовать дозиметры шумов с параметром эквивалентности q = 3.

В ГОСТ 12.1.050 даны указания по расположению микрофона при измерениях шума и выбору временных и частотных характеристик шумомера.

Требования к методам измерений шумовых характеристик мест пребывания людей и источников шума установлены в стандартах ГОСТ 12.1.050, ГОСТ 23941 и в международных стандартах ИСО 9612, ИСО 3740, ИСО 9614, ИСО 11200.

Измерения проводят портативными приборами или измерительными автоматизированными системами с предохранением микрофона от ветра, осадков, электрических и магнитных полей, вибрации. В результаты измерений вносят поправки на уровень помех, атмосферные условия, на неравномерность частотной характеристики измерительной системы. До и после проведения серии измерений проводят акустическую калибровку измерительных приборов. Периодически проводят поверку приборов в органах Госстандарта России.

Методы и приборы измерения параметров запыленности воздуха. Измерение дисперсных параметров пыли является трудной технической задачей, что обусловлено тем, что пыль является сложной многопараметрической системой [ 17]. Методы измерения параметров пыли можно разделить на две основные группы: методы, основанные на предварительном осаждении, и методы без предварительного осаждения. [ 23].

Основным преимуществом методов первой группы является возможность измерения массовой концентрации. К недостаткам следует отнести цикличность измерения, высокую трудоемкость, низкую чувствительность, что обусловливает длительность пробоотбора до нескольких часов при измерении малых концентраций. Для методов первой группы используют приборы предварительного осаждения, которое может быть осуществлено путем седиментации или инерционного осаждения частиц с помощью термо- или электропреципитатора. При этом размеры частиц могут быть определены по скорости их осаждения, например, оптическим методом. Если частицы электрически заряжены, то их скорость и размер могут быть определены по скорости их движения в электрическом поле. Определение концентрации частиц производится либо путем счета частиц визуально, либо с применением современных средств (видеокамера, фотография).

В качестве базового для определения массовой концентрации частиц принят метод прокачивания аэрозоля через фильтр с помощью отсасывающего компрессора.

Основной проблемой при использовании методов, основанных на предварительном осаждении частиц, является получение представительной пробы. Эффективность этих методов зависит от условий отбора проб и неопределенностей, вносимых пробоотборным устройством и связанных с неизбежными искажениями внутри прибора. Кроме того, выполнение условий изокинетичности в общем случае невозможно из-за непостоянства скорости аэродисперсной среды. Условия изокинетичности выполняются только в случае равенства по величине и направлению скорости всасывания аэрозоля в прибор и внешней скорости течения.

Первыми приборами, разработанными для отбора проб аэрозоля, были инерционные, которые появились в конце XIX - середине XX веков. Типичными приборами такого типа являются импакторы и импиджеры, конифуги, термо- и электропреципитаторы с автоматическим исследованием частиц фотоэлектрическими методами.

Один из перспективных методов измерения концентрации пыли - пьезоэлектрический, при котором возможны два варианта использования: изменение частоты колебаний пьезокристалла при осаждении на его поверхность пыли и за счет электрических импульсов, возникающих при соударении частиц пыли с пьезокристаллом. Применяют также радиоизотопные и фотоэлектрические методы, основанные на определении концентрации осевшей на фильтре пыли по изменению коэффициента поглощения радиационного или оптического излучения до и после осаждения частиц аэрозоля на фильтр.

Свободными от недостатков методов измерения с предварительным осаждением частиц аэрозоля являются приборы без предварительного осаждения частиц.

Эти приборы используют в основном оптические и электрические методы измерения параметров аэрозоля. По сравнению с другими методами, применяемыми для этих целей, оптические методы обладают рядом преимуществ: они быстродействующие, не вносят искажений в исследуемый объект и не изменяют его свойства, дают возможность проведения дистанционных измерений [ 25].

Оптические методы измерения основаны на использовании свойств рассеянного и поглощенного в аэрозольной среде оптического излучения. Наибольшее распространение получили:

методы, основанные на измерении поглощения оптического излучения аэрозолем;

методы, основанные на измерении параметров индикатрисы рассеянного излучения; в том числе:

метод счета частиц по измерению интенсивности рассеянного излучения.

На этом принципе измерения построены приборы фирмы Malvern (Англия), Frich (Германия) и МИД-5 (Россия).

Для измерения малых концентраций частиц аэрозолей широко используются счетчики частиц, основанные на измерении интенсивности рассеянного частицей света. При этом в момент измерения в освещаемом объеме счетчика находится только одна частица. Импульсы рассеянного света регистрируются фотоприемником и поступают на амплитудный анализатор или аналогово-цифровой преобразователь. Таким образом, определяется не только счетная концентрация частиц, но и их дисперсный состав, объемная концентрация. К приборам этой серии необходимо отнести счетчики фирмы Hiac - Royco (США), АЗ-5, ПК.ГТА 0,3-002, ПКЗВ-906, «Монитор-93Б» (Россия).

Параметры счетчика частиц в существенной степени зависят от угла рассеяния, под которым регистрируется свет. Обычно в счетчиках используют углы рассеяния равные 90° или близкие к 0°. Счетчики с углом 0° целесообразно применять для регистрации частиц, коэффициент преломления которых изменяется в широких пределах, поскольку в области малых углов определяющую роль играет дифракционная составляющая, которая мало зависит от материала частиц.

Однако счетчики аэрозольных частиц обладают существенным недостатком, связанным с необходимостью отбора пробы из потока частиц, что влечет за собой неизбежные неопределенности измерения дисперсного состава и счетной концентрации.

Электрические методы измерения параметров аэрозоля можно подразделить на индукционный, контактно-электрический, емкостной и пьезоэлектрический.

В основу индукционного метода положено определение наведенного на электроде камеры заряда, возникающего при движении через камеру заряженных частиц. Величина заряда является мерой массовой концентрации частиц аэрозоля. Наибольшее распространение получил метод зарядки пылевых частиц коронным разрядом. При этом поток частиц сигнала пропускают через зарядную камеру, состоящую из цилиндра и расположенной по его оси коронирующей иглы или нити, а затем направляют в измерительную камеру, в которой и измеряется заряд, приобретенный частицами. Хотя приборы, построенные по этому принципу, могут иметь довольно простую конструкцию, однако им присущи и недостатки, связанные с особенностями работы с высоковольтной аппаратурой, а также погрешности, обусловленные неопределенностью значения величины заряда, приобретенного частицами аэрозоля в неоднородном электрическом поле.

Контактно-электрический метод основан на способности частиц аэрозоля электризоваться при соприкосновении с твердым телом. При этом основными элементами прибора являются электризатор, где происходит зарядка пылевых частиц, и токосъемный электрод, которому частицы передают свой заряд. В этом случае величина тока в цепи токосъемного электрода зависит от концентрации частиц. Очевидно, что величина заряда существенно зависит от физико-химического состава вещества пыли, а также влажности и температуры воздуха. Методу присущи также и неопределенности, обусловленные пробоотбором.

Емкостной метод основан на изменении емкости конденсатора при введении частиц аэрозоля между его пластинами. Параметры измерительного средства на его основе в существенной степени зависят от физических свойств частиц аэрозоля - их проводимости и диэлектрической проницаемости. Поэтому пользоваться этим методом целесообразно при неизменных физических параметрах частиц аэрозоля с предварительной калибровкой прибора на его основе.

Пьезоэлектрический метод измерения концентрации частиц аэрозоля основан на возникновении электрических импульсов на электродах пьезокристалла при соударении частиц аэрозоля с кристаллом, причем амплитуда электрических импульсов будет зависеть от массы частицы, ее размеров и скорости соударения с пьезокристаллом. Поэтому приборы, построенные по такому методу, должны обладать системой пробоотбора со всеми присущими ей недостатками, или пьезоэлемент должен помещаться в движущийся с известной скоростью аэрозоль.

Приборы, используемые для контроля микробного загрязнения воздуха, можно разделить на два основных типа: первый, связанный с предварительным отбором проб и последующим их анализом с использованием современных биофизических методов индикации белковых субстратов [ 21], и второй, основанный на явлении флюоресценции белков в поле возбуждающего ультрафиолетового (УФ) излучения.

Первый тип приборов для контроля микробиологического загрязнения воздуха основан на инерционном, седиментационном методах и методе фильтрации.

Метод инерционного осаждения и метод осаждения под действием центробежных сил используются в пробоотборниках-импакторах. Эти методы основаны на осаждении частиц - носителей микроорганизмов на поверхность питательной среды. Затем подложку с питательной средой инкубируют в течение заданного времени. Для роста колоний бактерий ее выдерживают при температуре от 30 до 35 °С обычно в течение 48 ч. Дополнительная инкубация в течение 72 ч при температуре от 20 до 25 °С обеспечивает рост грибков. Инерционный метод основан на осаждении частиц микробного аэрозоля из воздушного потока на поверхность питательного агара с последующим инкубированием (проращиванием) осевших микроорганизмов в термостате. Через определенное время микроскопические частицы аэрозоля дают на поверхности агара видимые глазом колонии микроорганизмов (колониеобразующие единицы - КОЕ), число которых можно подсчитать под микроскопом визуально или с помощью современной видеотехники.

Несмотря на разнообразие конструкций, во всех приборах-пробоотборниках инерционного типа частицы аэрозоля при набегании на препятствие (поверхность агара или жидкости) в силу инерции не огибают препятствие, а продолжают прямолинейное движение до столкновения с препятствием (импакция). Приборы, действующие по принципу инерционного осаждения на твердые поверхности - импакторы, бывают щелевыми, с ситовыми решетками, центрифужного типа (ротационные). В первых аэрозоль входит в щель и далее попадает на вращающуюся чашку Петри с агаром (отечественный прибор: модель 818 - прибор Кротова, зарубежный BIAP SLITSAMPLER - Швеция). Во вторых аэрозоль проходит через решетку с калиброванными отверстиями, диаметр которых рассчитан на инерционное осаждение частиц массой больше заданной. Обычно это частицы размером более 5 мкм. В каскадных импакторах используют несколько ступеней (каскадов) с последовательным увеличением скорости прохождения аэрозоля через отверстия с меньшим, чем в предыдущей ступени, диаметром. Таким путем удается осаждать аэрозольные частицы размером от 5 до 10 мкм и получить распределение частиц аэрозоля по фракциям (импактор Андерсена, импактор Мея и др.) В ротационных импакторах осаждение аэрозольных частиц происходит за счет центробежной силы также на поверхность агара.

Импакторы позволяют определять число аэрозольных частиц, содержащих то или иное количество микроорганизмов, находящихся в пробе воздуха определенного объема.

В импинжерах осаждение аэрозольных частиц, содержащих микроорганизмы, происходит в жидкости (обычно это физиологический раствор - 0,9 %-ный раствор NaCl в дистиллированной воде). В жидкости частицы деагрегатируются, в итоге получается микробная суспензия. Последующий посев суспензии на чашки Петри и инкубирование в термостате также дает рост колоний, однако здесь каждая колония формируется из одной микробной клетки, а не из агрегированных клеток, как это происходит в импакторах. Таким образом, импинжер дает представление о количестве микробных клеток в отобранной пробе воздуха (или в единичном объеме). Отметим, что в импинжерах происходит значительная гибель клеток при контакте с физиологическим раствором.

При выборе того или иного пробоотборника нужно принимать в расчет величину (объем) отбираемой пробы, которая должна быть достаточно представительной для надежной оценки микробной контаминации воздуха, в особенности в помещениях высокого класса чистоты. Важное значение имеют диапазон размеров частиц, отбираемых пробоотборником, а также его чувствительность. Под чувствительностью понимается минимальное количество микробных частиц (КОЕ), определяемых в расчете на единицу объема пробы. Большая чувствительность пробоотборника нужна при оценке стерильности воздуха.

Седиментационный метод заключается в определении микробных частиц, оседающих на поверхность чашек Петри с агаром. Этот метод не дает количественной характеристики обсемененности воздуха и служит лишь дополнением к другим методам пробоотбора, так как на чашки Петри оседают лишь частицы большого размера, в то время как мелкие частицы продолжают витать в воздухе и не идентифицируются. Косвенно этот метод характеризует загрязнение поверхностей.

Метод фильтрации. Имеются два типа фильтров для отбора проб. Первый - «абсолютный», отверстия в котором имеют калиброванный размер (например, пористые трековые мембраны и фильтры из полимерных материалов, отверстия в которых создаются их бомбардировкой частицами атомов с помощью ускорителей). Такой фильтр задерживает все частицы, размер которых больше размера отверстий. Дальнейшая оценка микробной загрязненности может проводиться путем микроскопирования или методом отпечатков на питательную среду. Второй тип фильтров - объемный, представляющий собой тонковолокнистую структуру со случайным распределением волокон. Фильтры такого типа часто изготовляют из водорастворимых материалов, например, желатина. В этом случае при последующем посеве пробы на твердую питательную среду получают оценку числа клеток, а не частиц, содержащих несколько клеток. Метод фильтрации обычно сопровождается повышенной (по сравнению с методами импакции на поверхность агара) гибелью клеток при осаждении на поверхность фильтра.

В известных работах по биологическому контролю загрязнений воздуха используется так называемый проточный оптико-люминесцентный метод определения биоагентов. Работы по нему ведутся, начиная с 1995 г. [ 31, 32, 35]. При этом были исследованы некоторые виды биоаэрозолей и разработан метод их индикации по сигналам флюоресценции индивидуальных белковых частиц аэрозолей при возбуждении их УФ-излучением (4-я гармоника лазера на алюмо-иттриевом гранате с длиной волны излучения λ = 266 нм). В работе [ 36] были исследованы спектры флюоресценции биологических объектов и показано, что основная доля их интенсивности лежит в области 300 - 400 нм. В работе [ 22] описан лазерный проточный анализатор аэрозолей, позволяющий осуществить возбуждение индивидуальных частиц аэрозоля с помощью лазера на длине волны λ = 266 нм и регистрацию сигналов флюоресценции в области 330 - 388 нм. Этот прибор предназначен для оценки концентрации микробной заселенности в приземном слое атмосферы и почве.

Список используемой литературы:

• «Медицинское обеспечение мероприятий гражданской обороны», учебное пособие под ред. д.м.н. С.А.Разгулина, Н.Новгород, изд. НижГМА, 2012 год.

• «О гражданской обороне» от 12.02.1998 г. № 28 (в редакции от 25.11.2009г.).

• Закон РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения».

• Закон РФ «Об обеспечении единства измерений»