噪声传感器计划任务书

编号 类别 2012 年科研开发项目计划任务书矿用噪声声级传感器的研制***项目名称申报部门起止时间矿用噪声声级传感器的研制***国内外概况、水平和发展趋势及专利情况【应分国内外两种情况进行描述。描述时尽可能详细到国内外的具体产品名称、生产企业、技术指标、市场占有率、存在的技术问题及其原因、目前的技术研发方向、拥有的专利情况等。立项开发后拟达到的技术指标与目前各企业产品技术指标的分析对比，知识产权情况描述（含专利、论文、论著、标准、规程、规范等）】：当今社会噪声污染日趋严重，尤其是辐射强、危害大的地下封闭的采矿环境污染更严重。据调查，全国煤矿有近70%的设备超过国家规定的90dB（A）标准，特别是井下噪声有强度大、声级高、声源多、干扰时间长、反射能力强、衰减慢等特点，长期接噪声使人注意力分散，反应迟钝，不安全因素增加，严重的还引起心血管系统、神经系统及消化系统疾病，甚至听力下降和职业性耳聋。噪声已被公认为是煤矿井下主要职业病危害之一。国外对噪声危害非常重视，如澳大利亚将采掘工作面噪声控制在90dB以下。安全规程规定全班噪声平均不许超过85dB，最高（短时）不许超过140dB。噪声控制有专门监察员，企业开工1年必须提供全面噪声环境监测报告，以后每5年报告1次。近年来，随着《中华人民共和国职业病防治法》、《工业企业厂界噪声排放标准》的出台，我国对煤矿噪声危害开始重视起来，但我国目前还没有煤矿井下用于噪声监测的仪器，对煤矿噪声危害的调查多集中在煤炭生产的地面企业，对于煤矿井下噪声危害调查的相对较少。因此，急需开发一种煤矿井下在线监测噪声的仪器，及时有效的了解作业场所的环境噪声，不仅是噪声防治的依据，也可为下一步建立矿工职业健康评价体系提供详实的数据，对保护煤矿工人的身心健康具有十分重要的意义。噪声测量仪器1、声级计声级计是噪声测量中最基本、最常用的仪器。其工作原理是声压由传声器膜片接收后，将声压信号转换成电信号，经前置放大器作阻抗变换后送到输入衰减器，由于表头指示范围一般只有20dB，而声音范围变化可高达140dB，甚至更高，所以必须使用衰减器来衰减较强的信号。再由输入放大器进行定量放大。放大后的信号由计权网络进行计权，它的设计是模拟人耳对不同频率有不同灵敏度的听觉响应。在计权网络处可外接滤波器，这样可做频谱分析。输出的信号由输出衰减器减到额定值，随即送到输出放大器放大。使信号达到相应的功率输出，输出信号经RMS检波后（均方根检波电路）送出有效值电压，推动电表，显示所测的声压级分贝值。根据该精度声级计可分为两类：一类是普通声级计，它对传声器要求不太高。动态范围和频响平直范围较狭，一般不与带通滤波器相联用；另一类是精密声级计，其传声器要求频响宽，灵敏度高，长期稳定性好，且能与各种带通滤波器配合使用，放大器输出可直接和电平计录器、录音机相联接，可将噪声讯号显示或贮存起来。近年来有人又将声级计分为四类，即0型、l型、2型和3型。它们的精度分别为土0.4dB、±0.7dB、±1.0dB和±1.5dB。仪器上有阻尼开关能反映人耳听觉动态特性，快挡“F”用于测量起伏不大的稳定噪声。如噪声起伏超过4dB可利用慢挡“S”，有的仪器还有读取脉冲噪声的“脉冲”档。声级计的示值表头刻度方式，通常采用由-5（或-10）到0，以及0到10，跨度共15（或20）dB。一种普通声级计的外形图如此所示。2、 声级频谱仪噪声测量中如需进行频谱分析，通常在精密声级配用倍频程滤波器。根据规定需要使用十档，即中心频率为31.5、63、125、250、500、1K、2K、4K、8K、16K。3、 录音机有些噪声现场，由于某些原因不能当场进行分析，需要储备噪声情号，然后带回实验室分析，这就需要录音机。供测量硼录音机不同于家用录音机，其性能要求高得多。它要求频率范围宽（一般为20〜15000）Hz，失真小（小于3%），信噪比大（35dB以上），此外，还要求频响特性尽可能平直，动态范围大等。4、 记录仪记录仪是将测量的噪声声频信号随时间变化记录下来，从而对环境噪声做出准确评价，记录仪能将交变的声谱电信号作对数转换，整流后将噪声的峰值，均方根值（有效值）和平均值表示出来。5、 实时分析仪时分析仪是一种数字式谱线显示仪，能把测量范围的输入信号在短时间内同时反映在一系列信号通道示屏上，通常用于较高要求的研究、测量。目前使用尚不普遍。考虑到国家环境噪声标准和煤矿企业噪声评价中均已测量声压作为噪声等级标准。因此，本项目开发的噪声监测仪器将选用测量噪声中最常用的声级计。目前国内生产声级计的厂商主要有杭州爱华仪器有限公司和国营红声器材厂，但其生产的声级计均为便携式仪器，不能连续监测，另外还不具备井下防爆合格证。本项目将按照声级计的工作原理，借鉴地面用声级计的先进经验，研制井下在线式噪声传感器，增加通讯功能，与监控系统联网，使其能实时在线监测环境噪声。主要研究、试验内容、目标、技术关键及主要技术经济指标，项目欲解决的技术问题【详细描述达到拟定的技术指标需要解决的技术关键及其研究试验内容。目标要具体，包括阶段目标和最终目标】：一、 主要研究内容1、 噪声检测基本原理及技术；2、 噪声检测电路的研究。二、 主要试验内容1、 噪声检测探头结构与噪声关系试验；2、 噪声检测仪校准试验。三、 目标通过项目研究，开发出一种矿用在线式噪声声级传感器。四、 关键技术本项目的关键技术包括：1、 噪声检测技术；2、 噪声检测仪的校正技术；3、 网络化通信接口技术。五、 主要技术经济指标1、 灵敏度：40mV/Pa；频率范围：20Hz〜8kHz。2、 测量范围：40〜130dBA（以2X10-5Pa为参考）3、 频率范围：20Hz〜8kHz4、 频率计权：A计权5、 时间计权：F（快），S（慢）6、 参考方向：为电容传声器的轴向7、 准确度：符合GB/T3785-1983和IEC61672-1:20022级8、 显示：4位匚£。，直接显示测量的Lp、Lmax。9、 工作电压：5VDC，电流＜100mA。10、 使用条件：气温：0°C〜+40°C相对湿度：25%〜95%；达到的技术水平，经济、社会效益及推广应用的前景分析具体的创新点、先进性竞争力；产业化前景等】：项目开发研制出矿用在线式噪声声级传感器，将采用高精密的传声器，将声音转换成电信号，再选用低噪声的前置放大器变换阻抗，使传声器与衰减器匹配，经单片机内部频率计权，送显示电路显示，并输出与煤矿安全监控系统相适应的信号，完成煤矿井下环境噪声的在线监测。项目开发出的矿用在线式噪声声级传感器将填补目前国内煤矿井下噪声监测仪器的空白，其技术水平将达到国内先进水平。矿用在线式噪声声级传感器的研制成功，将使管理人员快速有效的掌握煤矿井下作业环境噪声状况，采取相应的预防和治理措施，减轻噪声对人体产生的职业危害，同时也为建立矿工职业健康评价体系提供详实数据。因此，矿用在线式噪声声级传感器的研究成功和推广应用将带来巨大的社会效益和经济效益。随着国家相关法律的出台，国家对职业病危害的高度重视，噪声监测与防治将成为每座矿的重要任务之一，因此，矿用在线式噪声声级传感器成功后将具有广阔的市场前景。采用的研究、试验方法和技术路线【详细描述拟采取的技术路线、技术方法、技术原理、

技术验证手段等。包括工艺流程】：一、采用的研究、试验方法了最大限度地减少研究经费，并满足煤矿井下用噪声传感器使用要求，在研制过程中将借鉴地面用声级计中的先进经验，剖析地面用声级计中采用的准确度高的传声系统和检波系统，并增加网络通讯电路，使其适应煤矿井下的使用环境。具体方案如图所示。图1总体方案图图1总体方案图井下工业一1完善1性实验1改进1先对噪声检测基本原理及技术进行初步研究和探讨；然后根据上述理论研究结果，并结合地面用声级计设计的一些经验，确定矿用在线式噪声声级传感器的检测电路，设计相关软硬件，加工两台样机；最后，再在国家检测中心实验室进行检验。国家检测中心实验室检验合格后，在现场做工业性试验，以检验所研制的两套样机的实际应用效果，发现问题加以改进，直至达到本计划任务书提出的目标要求。二、技术路线1、噪声检测探头结构与噪声关系特性研究常见的传声器有晶体式、驻极体式、动圈式和电容式数种。其中晶体式和驻极体式主要用于麦克风，动圈式和电容式主要用于噪声检测。动圈式传声器由振动膜片、可动线圈、永久磁铁和变压器等组成。振动膜片受到声波压力以后开始振动，并带动着和它装在一起的可动线圈在磁场内振动以产生感应电流。该电流根据振动膜片受到声波压力的大小而变化。声压越大，产生的电流就越大，声压越小，产生的电流也越小。电容式传声器主要由金属膜片和靠得很近的金属电极组成，实质上是一个平板电容。金属膜片与金属电极构成了平板电容的两个极板，当膜片受到声压作用时，膜片便发生变形，使两个极板之间的距离发生了变化，于是改变了电容量，位测量电路中的电压也发生了变化，实现了将声压信号转变为电压信号的作用。电容式传声器是声学测量中比较理想的传声器，具有动态范围大、频率响应平直、灵敏度高和在一般测量环境下稳定性好等优点，因而应用广泛。由于电容式传声器输出阻抗很高，因而需要通过前置放大器进行阻抗变换，前置放大器装在声级计内部靠近安装电容式传声器的部位。本项目拟对这两种探头进行试验研究，找到一种检测范围大、抗干扰强的、灵敏度高的传感器结构。

2、传感及检测技术研究通过合理化电路设计，对检测电路进行优化，以提高灵敏度。拟对单端采样和差分采样电路进行试验研究。分析其输出与噪声声级的关系。其原理框图如下:差分采样模式单端采样模式差分采样模式单端采样模式图2检测电路模式3、 后处理技术研究由于声级计中的频率计权网络有A、B、C三种标准计权网络。A网络是模拟人耳对等响曲线中40方纯音的响应，它的曲线形状与340方的等响曲线相反，从而使电信号的中、低频段有较大的衰减。B网络是模拟人耳对70方纯音的响应，它使电信号的低频段有一定的衰减。C网络是模拟人耳对100方纯音的响应，在整个声频范围内有近乎平直的响应。本项目拟选用A计权网络，对信号进行频率计权。4、 矿用在线式矿用噪声传感器硬件设计根据项目总体设计方案，结合地面用声级计设计经验，其总体硬件设计如图所示：图3图3硬件设计由