Способ измерения уровня импульсной вибрации в заданном частотном диапазоне

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ИМПУЛЬСНОЙ ВИБРАЦИИ В ЗАДАННОМ ЧАСТОТНОМ ДИАПАЗОНЕ(71) Заявитель Государственное учреждение Республиканский научнопрактический центр гигиены(72) Авторы Запорожченко Анатолий Андреевич Соколов Сергей Михайлович Худницкий Станислав Станиславович Соловьева Ирина Владимировна Быкова Надежда Петровна Запорожченко Сергей Анатольевич(73) Патентообладатель Государственное учреждение Республиканский научно-практический центр гигиены(56) Методы и критерии гигиенической оценки импульсной локальной вибрации. Информационное письмо АМН СССР. Москва, 1987. - С. 2-9.2029252 1, 1995.1402810 1, 1988.1448218 1, 1988.2003042836 , 2003. Инструкция 2.2.4.10-13-39-2006. Гигиеническая оценка импульсной вибрации и импульсного шума. - Минск,2006.(57) Способ измерения уровня импульсной вибрации в заданном частотном диапазоне измерительной аппаратурой с динамической характеристикой Пик, отличающийся тем,что задают частотный диапазон с нижней границей не менее 0,125 Гц и верхней - не более 1000 Гц, для аппроксимации используемой частотной характеристики определяют предварительный набор стандартных и/или ограниченных по частоте частотных коррекций с полосой пропускания на уровне -3 дБ, шириной от 2 до 8 октавных полос, расположенных в порядке возрастания их среднегеометрических частот и перекрывающих заданный частотный диапазон без пропусков и повторений входящих в него октавных полос, измеряют уровни , дБ, импульсной вибрации в полосах частот частотных коррекций упомянутого набора, где- номер частотной коррекции в наборе, по измереннымвычисляют критерий , дБ, определяющий вклад каждой оцениваемой частотной коррекции в суммарный уровень импульсной вибрации, из выражения где- номер критерия, соответствующий номеру оцениваемой частотной коррекции в наборе- количество оцениваемых частотных коррекций,из величин , меньших заданной допустимой погрешности П, дБ, выбирают наименьшую, а соответствующую ей частотную коррекцию удаляют из набора и повторяют цикл 12536 1 2009.10.30 измерений при меньших значенияхдо тех пор, пока оставшиеся величиныбудут больше П, по которым определяют окончательный набор частотных коррекций, который используют для получения уровня импульсной вибрации. Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в медицине труда для оценки воздействия импульсной вибрации на человека, а также для оценки виброактивности ручного инструмента, кузнечно-прессового и другого оборудования, создающего импульсную вибрацию. Известен способ измерения амплитуды вибрационных импульсов путем определения их уровней на динамической характеристике измерительной аппаратуры Пик без указания требуемой частотной характеристики, являющийся прототипом по отношению к заявляемому. Косвенно (по набору рекомендуемой измерительной аппаратуры) можно говорить о нечетко определенной частотной характеристике с нижней границей от 0,5 до 20 Гц и верхней границей от 700 до 1400 Гц и выше 1. Таким образом, в указанном способе не учитывается влияние ширины спектра исследуемого сигнала. Этот факт является существенным недостатком известного способа, поскольку верхняя граница частотного диапазона для подобного импульсного режима может значительно превосходить по частоте верхнюю границу, используемую в известном способе. В этом случае из спектра удаляются составляющие с частотами, например, выше 700 Гц и, как следствие, занижается амплитуда импульсного сигнала, измеренная на таком режиме. Другим недостатком способа является нестабильность результатов измерений, вызванная неопределенностью (неоднозначностью) как верхней, так и нижней границ частотного диапазона. Кроме того, не вся выпускаемая в настоящее время аппаратура для измерения вибрации и шума может обеспечить стабильность измерений на динамической характеристике Пик при ширине пропускания в одну октаву. Аппаратура фирмы(Дания), например, обеспечивает такие измерения,а приборы моделей 101 В, 101 фирмы Октава (Российская Федерация), моделей 2800,2900 фирмы-(США) в режиме спектр (т.е. и в октавных, и в третьоктавных полосах частот) отсчет уровней Пик не производят. Аппроксимация частотного диапазона октавными полосами в этом случае невозможна. Как выход из создавшегося положения следует рекомендовать в данной ситуации использование набора стандартных частотных коррекций, каждая из которых состоит из нескольких октавных полос, расположенных в порядке возрастания их среднегеометрических частот и перекрывающих заданный частотный диапазон без пропусков и повторений входящих в него октавных полос. В связи с тем, что в целом ряде случаев могут существовать несколько вариантов аппроксимирующих наборов, целесообразно исключать из рассмотрения частотные коррекции, вклад которых в общий уровень меньше заданной допустимой погрешности. Общим признаком для заявляемого способа и прототипа является измерение уровня импульсной вибрации в заданном частотном диапазоне измерительной аппаратурой с динамической характеристикой Пик. Задачей заявляемого изобретения является повышение точности и стабильности результатов измерений уровня импульсной вибрации за счет учета ширины спектра исследуемого сигнала. Поставленная задача достигается следующим образом. Предложен способ измерения уровня импульсной вибрации в заданном частотном диапазоне измерительной аппаратурой с динамической характеристикой Пик, отличающийся тем, что задают частотный диапазон с нижней границей не менее 0,125 Гц и верхней - не более 1000 Гц, для аппрок 2 12536 1 2009.10.30 симации используемой частотной характеристики определяют предварительный набор стандартных и/или ограниченных по частоте частотных коррекций с полосой пропускания на уровне - 3 дБ шириной от 2 до 8 октавных полос, расположенных в порядке возрастания их среднегеометрических частот и перекрывающих заданный частотный диапазон без пропусков и повторений входящих в него октавных полос, измеряют уровни , дБ, импульсной вибрации в полосах частот частотных коррекций упомянутого набора, гденомер частотной коррекции в наборе, по измереннымвычисляют критерий , дБ, определяющий вклад каждой оцениваемой частотной коррекции в суммарный уровень импульсной вибрации, из выражения 1 где- номер критерия, соответствующий номеру оцениваемой частотной коррекции в наборе,- количество оцениваемых частотных коррекций из величин , меньших заданной допустимой погрешности П, дБ, выбирают наименьшую, а соответствующую ей частотную коррекцию удаляют из набора и повторяют цикл измерений при меньших значенияхдо тех пор, пока оставшиеся величиныбудут больше П, по которым определяют окончательный набор частотных коррекций, который используют для получения уровня импульсной вибрации. Указанный частотный диапазон включает в себя весь нормируемый диапазон частот для локальной, общей и общей низкочастотной вибрации 2. Для устранения неоднозначности границ частотного диапазона и тем самым обеспечения стабильности результатов измерений частотную характеристику аппроксимируют набором стандартных и/или ограниченных по частоте частотных коррекций. Обозначения и краткая техническая характеристика стандартных частотных коррекций приведены в таблице. Характеристика стандартных частотных коррекций Обозначе- Ширина полосы,Среднегеометрические частоты Источник ние октава октавных полос, Гц информации 7 1-2-4-8-16-31,5-632631-2 6 Алгоритм осуществления способа следующий. Определяют предварительный набор стандартных частотных коррекций, перекрывающих заданный частотный диапазон. Диапазон, например, 0,125-16 Гц перекрывается без пропусков и повторений следующим набором стандартных частотных коррекций(0,125-0,25)-(0,5-1-2)-(4-8-16). Затем проводят измерения уровнейна динамической характеристике Пик с применением этих частотных коррекций, определяют для каждой из них критерийи сравнивают его с заданной допустимой погрешностью П. Если всеП, то формирование набора аппроксимирующих частотных коррекций считают законченным и определяют уровни импульсной вибрации в заданном частотном 3 12536 1 2009.10.30 диапазоне путем энергетического суммирования измеренных значений в поддиапазонах,определяемых частотными коррекциями. Если существуютП, то выбирают наименьший из них, определяют соответствующую ему частотную коррекцию и удаляют ее из рассмотрения. Затем цикл повторяют при меньших , до тех пор пока будут выявляться критерии , меньшие заданной допустимой погрешности П. Для частотного диапазона, например, 0,125-1000 Гц требуемого набора стандартных частотных коррекций без пропусков и повторений октавных полос не существует, но могут быть подобраны следующие наиболее близкие варианты(0,125-0,25)-(0,5-1-2)-(4-8-16)-(8-16-31,51000) с повторением октавных полос со среднегеометрическими частотами 8 и 16 Гц или(0,125-0,25)-(0,5-1-2)-(8-16-31,51000) с отсутствующей октавной полосой 4 Гц. В первом случае проводят измерения в полосах частотных коррекций (8-16) и(4-8-16) затем известным способом (7, таблица 1.1 8, приложение 3) по разности полученных уровней определяют расчетным путем уровень в октавной полосе 4 Гц и используют в дальнейшем ограниченную по частоте частотную коррекцию .огр(4) вместо стандартной (4-8-16). Аппроксимирующий набор в этом случае будет выглядеть следующим образом (0,125-0,25)-(0,5-1-2)-.огр(4)-(8-16-31,51000). Во втором случае набор аппроксимирующих частотных характеристик дополняют ограниченной по частоте коррекцией .огр(4), которая определена так же, как указано выше. Способ осуществляют следующим образом. Требуется провести измерения уровня импульсной вибрации в заданном частотном диапазоне на измерительной аппаратуре с динамической характеристикой Пик, используя частотную характеристику с нижней границей 0,125 Гц и верхней границей 1000 Гц. На первом этапе указанную частотную характеристику аппроксимируют предварительным набором стандартных и/или ограниченных по частоте частотных коррекций с полосой пропускания на уровне - 3 дБ шириной от 2 до 8 октавных полос, расположенных в порядке возрастания их среднегеометрических частот и перекрывающих заданный частотный диапазон без пропусков и повторений входящих в него октавных полос. Заданный частотный диапазон 0,125-1000 Гц требуемого набора стандартных частотных коррекций без пропусков и повторений октавных полос не имеет. В этом случае составляют набор стандартных частотных коррекций с минимальными отклонениями от указанных выше требований (0,125-0,25)-(0,5-1-2)-(4-8-16)-(8-16-31,51000). Полученный набор имеет повторение октавных полос со среднегеометрическими частотами 8 и 16 Гц. Для устранения этого несоответствия осуществляют замену стандартной частотной коррекции (4-8-16) на ограниченную по частоте следующим образом проводят измерения уровней импульсной вибрации в полосах (4-8-16), а также (8-16) и получают, например, значения 123 дБ и 116 дБ соответственно, по разности которых в соответствии с 7, 8 определяют расчетным путем, что уровень в октавной полосе 4 Гц равен 122 дБ, и используют в дальнейшем ограниченную по частоте частотную коррекцию.огр(4) вместо стандартной (4-8-16). Аппроксимирующий набор в этом случае будет выглядеть следующим образом (0,125-0,25)-(0,5-1-2)-.г(4)-(8-16-31,51000). На втором этапе проводят измерения уровней , дБ ( - номер частотной коррекции) импульсной вибрации в полосах стандартных частотных коррекций для найденного аппроксимирующего набора 1108 дБ для (0,125-0,25),2106 дБ для (0,5-1-2),3122 дБ для .(4),4118 дБ для (8-16-31,51000). 4 12536 1 2009.10.30 На следующем этапе по измеренным уровнямпроизводят расчет критериев , дБ,определяющих вклад каждой оцениваемой частотной коррекции в суммарный уровень, по формуле 1 где- номер критерия, соответствующий номеру оцениваемой частотной коррекции в наборе,- количество оцениваемых (стандартных и/или ограниченных по частоте) частотных коррекций. В данном случае 4 10,12 дБ,20,08 дБ,35,01 дБ,41,38 дБ. Затем определяют , которые по величине меньше заданной допустимой погрешности П 0,5 дБ и получают, что 1 и 2 П выбирают наименьший из них (т.е. 20,08 дБ), а соответствующую ему частотную коррекцию (0,5-1-2) удаляют из набора аппроксимирующих частотных коррекций и получают следующий аппроксимирующий набор(0,125-0,25)-.г(4)-(8-16-31,51000). Повторяют цикл при меньшем значении(т.е. при 3), получают для трех новых значений критериев , что 1 П,2 и 3 П, и удаляют из набора аппроксимирующих частотных коррекций (0,125-0,25). На следующем шаге повторяют цикл при 2 и получают, что оба оставшихся критерия 1 и 2 больше заданной допустимой погрешности П, а окончательный аппроксимирующий набор частотных коррекций имеет следующий вид.г(4)- (8-16-31,5 1000),который и используют при определении уровня импульсной вибрации в данном случае по известной методике энергетического суммирования двух полученных ранее уровней 122 дБ для .г(4) и 118 дБ для (8-16-31,51000) получают, что общий уровень импульсной вибрации равен 123,5 дБ. В результате значимыми оказались только 2 частотные полосы. Суммарный уровень для этих оставшихся полос составляет 123,50 дБ, а для начального набора из четырех полос - 123,66 дБ (энергетическое сложение уровней 108, 106, 122 и 118 дБ). Потеря всего лишь 0,16 дБ позволила произвести обоснованную замену нижней границы частотного диапазона (среднегеометрической частоты нижней октавной полосы) с 0,125 Гц до 4 Гц. В то же время пренебрежение только одной октавной полосой 4 Гц (смещение нижней границы с 4 до 8 Гц) приведет к ошибке 5,5 дБ. Таким образом, достигаемый технический результат заявляемого способа заключается в повышении точности и стабильности результатов измерения уровня импульсной вибрации. Источники информации 1. Методы и критерии гигиенической оценки импульсной локальной вибрации информационное письмо от 24.07.1987 / АМН СССР. - М., 1987. - С. 21. 2. ГОСТ 80412006. Воздействие вибрации на человека. Средства измерений. 3.5349-12001. Вибрация. Измерение локальной вибрации и оценка ее воздействия на человека. Ч. 1. Общие требования. 4.2631-11997. Вибрация. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Ч. 2. Общие требования. 12536 1 2009.10.30 5.2631-22003. Вибрация. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Ч. 2. Вибрация в зданиях в диапазоне частот от 1 до 80 Гц. 6.2631-42004. Вибрация. Измерение общей вибрации и оценка ее воздействия на человека. Ч. 4. Руководство по оценке воздействия вибрации и угловых колебаний на условия комфорта пассажиров и бригады рельсовых транспортных средств. 7. Юдин Е.Я. и др. Борьба с шумом на производстве справочник / Под общ. ред. Юдина Е.Я. - М. Машиностроение, 1985. - С. 400. 8. ГОСТ 12.1.050-86. ССБТ. Методы измерения шума на рабочих местах. - М. Изд-во стандартов, 1985. - С. 15. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6