中国计量院建立次声源标准装置
发布日期：2015-04-21 07:37:58
据悉，中国计量科学研究院成功建立基于激光活塞发生器法的次声源标准装置，将助我国提升次声传感器水平和环境次声监测水平。
日前从中国计量科学研究院了解到，该院建立的基于激光活塞发生器法的次声源标准装置，失真度和频率下限达到国际高水平，并填补了我国低于20Hz的次声声压量值复现与传递能力的空白，为次声的监测防护和利用提供技术支撑。
次声是频率低于20Hz的声波，人耳听不到，也很少意识到它的存在。作为一种低频声波，次声总是伴随着许多自然现象而出现。工业设施或机电设备甚至人体自身都能产生次声。次声的波长很长，不容易衰减，可传播很远的距离。某些频率的次声可与人体器官发生共振，易导致头晕、心慌、神志不清等现象，超过一定强度时可致人死亡。
一般来说，次声波强度都较弱，对人体不会产生损伤。但是随着现代工业的发展，汽车及高速列车行使、大型机械运行、高大建筑中均产生大量的次声波。随着人们对次声波损伤效应的认识不断加深，世界各国正积极采取措施，监测并减少次声对人体的伤害。
次声声压量值的准确测量是人体避免次声伤害和次声技术广泛应用的前提和保障。目前我国声压基准的频率范围为20Hz~25kHz，在低于20Hz的次声频段，尚没有量值溯源能力和量值传递手段，而在此领域技术水平高的英国、丹麦等国家的计量实验室已经将声学传感器的校准频段拓展至1Hz甚至更低。
中国计量科学研究院和浙江大学经多年合作研究，在国际上首次提出利用位移反馈型的激光活塞发生器获得低失真的次声声压，并建立次声声压校准装置。据了解，该装置在0.1Hz~20Hz范围内，声信号总谐波失真小于0.8%；稳定性优于0.01dB，声压级不确定度在0.1Hz~20Hz，范围为：0.20dB~0.04dB(k=2)。
该装置采用高精度的活塞-腔体套组，使得低频测量下限可延伸至0.01Hz，活塞发声器的泄露时间常数达到50s，技术指标高于国际同行目前已公布的结果，此前，泄漏时间常数zui好结果是英国国家物理实验室的12s。该常数是腔内的脉冲压力衰减至1/e时对应的时间，泄露时间常数越大，意味着计算腔内的声压时所需的声泄漏修正值越小。
据课题负责人何龙标博士介绍，该方法的主要原理是：利用超低频振动台推动活塞在腔体内作往复运动产生声压，采用激光测振仪测量活塞位移获得腔内气体体积变化量，依据理想气体状态方程计算获得声压。次声源标准装置由信号源、功率放大器、光栅位移测量及失真反馈系统、低频振动台、活塞、腔体、激光测振仪、数据采集和处理系统等组成。
次声源标准装置的建立，实现了次声频段声压量值的复现和传递，有助于我国次声传感器水平和环境次声监测水平的提升，为次声防护和应用提供技术保障。
日前从中国计量科学研究院了解到，该院建立的基于激光活塞发生器法的次声源标准装置，失真度和频率下限达到国际高水平，并填补了我国低于20Hz的次声声压量值复现与传递能力的空白，为次声的监测防护和利用提供技术支撑。
次声是频率低于20Hz的声波，人耳听不到，也很少意识到它的存在。作为一种低频声波，次声总是伴随着许多自然现象而出现。工业设施或机电设备甚至人体自身都能产生次声。次声的波长很长，不容易衰减，可传播很远的距离。某些频率的次声可与人体器官发生共振，易导致头晕、心慌、神志不清等现象，超过一定强度时可致人死亡。
一般来说，次声波强度都较弱，对人体不会产生损伤。但是随着现代工业的发展，汽车及高速列车行使、大型机械运行、高大建筑中均产生大量的次声波。随着人们对次声波损伤效应的认识不断加深，世界各国正积极采取措施，监测并减少次声对人体的伤害。
次声声压量值的准确测量是人体避免次声伤害和次声技术广泛应用的前提和保障。目前我国声压基准的频率范围为20Hz~25kHz，在低于20Hz的次声频段，尚没有量值溯源能力和量值传递手段，而在此领域技术水平高的英国、丹麦等国家的计量实验室已经将声学传感器的校准频段拓展至1Hz甚至更低。
中国计量科学研究院和浙江大学经多年合作研究，在国际上首次提出利用位移反馈型的激光活塞发生器获得低失真的次声声压，并建立次声声压校准装置。据了解，该装置在0.1Hz~20Hz范围内，声信号总谐波失真小于0.8%；稳定性优于0.01dB，声压级不确定度在0.1Hz~20Hz，范围为：0.20dB~0.04dB(k=2)。
该装置采用高精度的活塞-腔体套组，使得低频测量下限可延伸至0.01Hz，活塞发声器的泄露时间常数达到50s，技术指标高于国际同行目前已公布的结果，此前，泄漏时间常数zui好结果是英国国家物理实验室的12s。该常数是腔内的脉冲压力衰减至1/e时对应的时间，泄露时间常数越大，意味着计算腔内的声压时所需的声泄漏修正值越小。
据课题负责人何龙标博士介绍，该方法的主要原理是：利用超低频振动台推动活塞在腔体内作往复运动产生声压，采用激光测振仪测量活塞位移获得腔内气体体积变化量，依据理想气体状态方程计算获得声压。次声源标准装置由信号源、功率放大器、光栅位移测量及失真反馈系统、低频振动台、活塞、腔体、激光测振仪、数据采集和处理系统等组成。
次声源标准装置的建立，实现了次声频段声压量值的复现和传递，有助于我国次声传感器水平和环境次声监测水平的提升，为次声防护和应用提供技术保障。