5. 物理污染监测技术

5. 物理污染监测技术 崔兆杰 2004. 6

5. 物理污染监测技术 • 噪声污染监测 • 振动污染监测 • 电磁污染监测 • 放射性污染监测

5.1 噪声污染监测技术 • 噪声危害: • 环境噪声污染干扰人们的正常工作、生活和休息，严重时甚至影响人们的身体健康， • 如心血管系统疾病、神经系统疾病、内分泌系统疾病等，噪声还可使人暂时性或永久性 • 失聪，即所谓的噪声性耳聋。噪声可使办公效率降低，产品质量下降，房地产贬值，在 • 特定条件下，噪声甚至成为社会不稳定因素之一

5.1.1 噪声污染机理及量度 • 从广义来说，凡是人们不愿听的声音以及对人的休息、学习和工作有干扰的声音都是噪声 • 狭义讲噪声是一些杂乱无章的无序声音。如机械的摩擦声、交通车辆的噪杂声和公共场所的喧闹声等，这种声音听起来不舒服甚至使人感到厌烦 • 噪声的持点是波形复杂而无规律

5.1.1 噪声污染机理及量度 1. 声压的分贝标度——声压级 • 人耳对声音的感觉和声学仪器的测量，都是对声压变化的反映。所以在实际测量中就需要一种量度这种变化的简便标度 • 声压的分贝标度叫做声压级，用Lp表示。声压级的定义可用数学式表示:

5.1.1 噪声污染机理及量度 2. 多声压级的合成

5.1.1 噪声污染机理及量度 • 查表法

5.1.2 噪声频谱及分析 • 声压级为纵坐标，频率为横坐标绘制成的噪声特性曲线为噪声频谱图 • 噪声频谱能形象地反映出声音的频率分仑和声级大小的关系

5.1.3 噪声测量仪器 • 测量噪声的常用仪器有 • 声级计 • 频谱分析仪 • 自动记录仪 • 磁带录音机

5.1.3 噪声测量仪器 1. 声级计 • 声级计是测量噪声的基本仪器 • 组成：传声器、放大器、计权网络和有效值检波器 • 原理：声压大小经传声器后转换成电压讯号，此讯号经前置放大器放大后，最后从显示仪表上指示出声压级的分贝数值 • 根据设计精密度和测定范围的不同，声级计分为普通型和精密测两种

5.1.3 噪声测量仪器

5.1.3 噪声测量仪器 • 传声器 • 传声器又称话筒，是将声压转变为电压的换能元件 • 优质的传声器应满足如下要求：灵敏度高、工作稳定；频率响应特性平直、位相畸变小；受外界环境(如温度、湿度、振动、电磁波等)影响小；动态范围大 • 根据换能原理和结构的不同，常用的传声器分为电容式、压电式和动圈式三种

5.1.3 噪声测量仪器

5.1.3 噪声测量仪器 • 放大器 • 放大器是声级计和频谱分析仪内部放大电讯号的电子线路 • 用于声级测量的放大器应满足下面几个条件： • 要有足够大的增益而且稳定 • 频率响应特性要平直 • 在声频范围(20一20000Hz)内要有足够的动态范围 • 放大器的固有噪声要低；耗电量小

5.1.3 噪声测量仪器 • 计权网络 • 它是由电阻和电容组成的，具有特定频率响应的滤波器，它能使欲测定的频带顺利地通过，而把其它频率的波尽可能地除去 • 有效值检波器 • 声级计中，由放大器输出的都是交流讯号，为取得推动指示仪表的直流讯号，在声级计中还没有检波器 • 指示器 • 声级计的指示方式有两种，即电表指示和数字显示，目前生产的声级计大部分采用电表指示

5.1.3 噪声测量仪器 2. 频谱分析仪 • 频谱分析仪是测量噪声频谱的仪器，它的基本组成大致与声级计相似。但是频谱分析仪中，设置了完整的计权网络(滤波器)。借助于滤波器的作用，可以将声频范围内的频率分成不同的频带(决定于频程数M)进行测量 3. 自动记录仪 • 自动记录仪与声级计或频谱分析仪联合使用时，可以连续测量、记录声级与频谱，并能将噪声随时间的变化情况记录下来，所以它能给噪声测量和研究带来很大的方便 4. 磁带录音机 • 用于录制噪声的录音机，与家用录音机不同，应具有：频率响应特性平直、线性动态范围宽、信噪噪比大等特点。同时不能有自动电平控制电路

5.1.4 噪声测量技术 1. 城市环境噪声的测点选择 • 城市环境噪声的监测，大体可分为普查性监测、例行监测和交通噪声的监测 • 在作噪声普查时，可将全市划分为500m×500m的网格，测点选在每个网格的中心(在城市地图上用作网格的办法决定)，网格数目一般不少于100个，也可根据实际情况决定，但不宜过少。如果城市较小，网格间距也可小一些，例如采用250mx 250m划分网格。无论用什么距离划分网格，若网格中心受建筑物、污沟和禁区等影响而不宜测量时，可移至该点附近可进行测量的位置 • 进行长期性例行监测时，测点数目要少得多，但一般希望木少于7个。7个点的位置可按下列区域布设：繁华市区一点；典型居民区一点；交通干线两点；工厂区一点；混合区两点 • 在进行城市交通噪声的监测时，在每两个交通路口之间的交通线上选择一个测点，测点设在马路边的人行道上，一般离马路边沿20cm

5.1.4 噪声测量技术 2. 工厂车间内的测点 • 车间内部的测点，要根据车间大小和声级波动情况选择。若车间较小且车间内各处的A声级的差别不大时(小于3dB)，只在车间内选择1—3个测点；若车间较大旦车间内各处A声级的差别较大时(大于3dB)，则要技声级大小将车间划分为着干个区域，每个区域应包括工人经常活动和工作的地方，任意两个区域的A声级差应大于3dB，每个区域内设1个测点

5.1.4 噪声测量技术 3. 噪声源的测点 • 扰民噪声源的测点 • 选点时，把每个工厂看作一个噪声源，在一个工厂边界线外1m的周围路线上选择若干个测点。如果两个或几个工厂相连成工业小区，则可在小区周围路线外1m处选择几个测点。每个测点问的噪声平均声级相差幅度为5dB • 单台机械噪声源的测点 • 测量这类机械噪声的选点原则是：尽可能接近发声的机器，使机器的直达声远大于背景噪声和反射声

5.1.4 噪声测量技术 4. 测量时间和气候条件的选择 • 测量时间分白天和夜间，白天测量可选在上午8：00一12：00或下午14：00—18：00，夜间测量应选在晚上22：00对至凌晨5：00时进行 • 对气候条件的选择，在没要求在有雨、有雷的特殊条件下测量时，一般在无雨、无雪的天气进行，以减除气候条件的影响，因风力大小等都直接影响噪声测量结果 • 对车间和机械噪声源的测量。一般用不着选择测定时间和气候条件，在车间进行正常生产作为噪声源的机器开动后，随时可进行测量

5.1.4 噪声测量技术 5. 噪声干扰因素的消除 • 反射声的消除 • 当测量现场附近的物体的尺寸大于声波的波长时，物体就会对声波产生反射。为避免反射声对测量的影响，应使这种物体远离声源及传声器或在选择测点时尽可能使噪声源的直达声大于反射声10dB以上，在这种情况下反射声的叠加就可忽略不计 • 风力影响的消除 • 室外的测量工作，最好在无风大气进行。当风力小于3级时，也可以用防风罩罩住传声器进行测量。待测噪声的强度不高而风力超过3级时，则不宜进行测量

5.1.4 噪声测量技术 • 颤动噪声的消除 • 倍频程声压级在120dB以上的强噪声、可能引起测量器机壳的振动，这种振动传导给传声器会引起颤噪声，为避免颐噪声的干扰，可将测量仪器与噪声场隔离 • 背景噪声的消除 • 背景噪声(也称本底噪声)是指被测噪声派停止发声时，在同一位置上所测得环境噪声。在测量时，背景噪声也会叠加在被测噪声之中，但影响程度有所不同。若被测噪声各频带的声压级大于背景噪声声压级的10dB时，背景噪声的影响可以忽赂不计。若两者的差值小于10dB时，则要按表5—5进行背景噪声的修正，即从测得值中扣除背景值

5.1.4 噪声测量技术 6. 测量数据的处理与表达

5.1.4 噪声测量技术

5.2 振动污染监测技术 5.2.1 振动污染机理及量度 • 所渭环境振动是指特定环境条件引起的所有振动，通常是由远近许多振动源产生的振动组合 • 能使人感觉到的最小振动称为振动感觉阀 • 环境振动的主要特征: • 频率低，其作用范围为1—80Hz，人体对20Hz以下的振动最为敏感 • 振动强度低，一般10-3m/S2的微弱振动就可以被人们感知。对于环境振动，只要人们感觉到，就会造成不良影响 • 振动方向分为垂直方向(z方向)和两个水平方向(x、y方向)．人对垂直方向的振动最敏感 • 量度振动的物理量主要有频率、强度、振动方向和暴露时间

5.2.2 振动测量仪器 • 环境振动的测量仪器称为振级计。振级计是指一种符合有关国际标准的，专门用来测量振动对人体影响的测振仪器。 • 环境公害振动测量设备一般由下列部分组成：传感器(拾振器)。放大器、振幅或振级指示器(记录器)、滤波器、频谱分析器

5.2.2 振动测量仪器 1. 压电式加速度计 • 环境振动的量值表示有位移、速度、加速度、普遍采用加速度值表示，因此，一般用于环境振动的是压电式加速度计 • 特点： • 具有宽的频响和测量范围 • 谐振频率高 • 体积小、重量轻 • 灵敏度高 • 坚固

5.2.2 振动测量仪器 2. 公害测振仪 • 公害振动与机器振动相比，其显著特点是振动强度小，频率低 • 目前，用于人体振动的公害测振仪—振级计是根据IS02631附录和ISO／D15349来实现的 • 频率计权特性 • 时间计权特性

5.2.3 振动监测技术 • 振动的测量技术核心是如何用实地测量或模拟试验的方法来观察、研究振动系统的振动特性，如位移、速度或加速度的幅值、频率、相位、振动方式的频谱等 • 振动测量可以用位移、速度或加速度表示 • 环境振动的测量一般测量1—8Hz范围内的振动，要在x、y、z三个方向分别测量 • 在振动测量中最广泛应用的是压电加速度计 • 优点：体积小，重量轻、频响宽、稳定性好、坚固 • 频率宽度：0.01Hz一100kHz

5.2.3 振动监测技术 • 使用时注意： 1)加速度计的下限额率因低到几赫，甚至百分之儿赫，故后面的放大，分析仪器必须满足低频要求 2)加速度计须妥帖，牢固地安装在被测物件上 3)要考虑加速度计本身质量的影响问题 4)调节声级计的下限截止频率 5)应配用不同序号的衰减器刻度盘 6)振动的绝对值的表盘刻度在声学量刻度的反面 7)计权网络开关置于线性，并加接低通滤波器，或用外接滤波器来进行频率分析 8)避免环境中的强电磁场和温度剧变的影响 9)放置在混凝上、金刚板等坚硬面上时，不得晃动，表面易滑时，使用橡皮泥粘牢；放置在如沥清面的坚硬地面时，轻轻地放稳即可，要避开草地、田地等柔软的地表面，不得已时，应先除草，并将土地充分踩实后放置

5.2.3 振动监测技术 对环境振动测量的数据分析整理及布点问题，注意： • 修正本底振动影响 • 各种振动类型的读数方法P • 稳态振动：每个测点测量—次，取5s内的平均值 • 冲击振动：以最大值10个值的算术平均值作为振动级的读数 • 随机振动：作为随机事件，读取按某时间间隔区分的瞬时值，再从中推导出统计数值的方法 • 间歇振动：原则是不分上行和下行列车，对连续通过的20辆列车读取该处每次通过列车的峰值振级

5.2.3 振动监测技术 • 环境振动测量布点： • 室内振动：在室内居中位置选择一个测点，在一般情况下室内较为窜旷的地方是否居中位置 • 室外振动：在受干扰的城郊居住区、机关、学校、医院等环境，在室外距建筑物外墙1m处选择测点．对于建筑稠密区的测点，距外墙距离可缩短到0.5m • 工厂厂界振动．在工厂法定边界线上布置测点，若工厂有围墙，则在围墙外1m处布点 • 铁路振动：距铁路中心线7．5m处选择测点、若要掌损铁路振动传播规律和影响，则在15m、30m处加布测点 • 交通干线振动：应在公路便道上距公路边缘0.5m处(距路n距离应大于50m)选择测点、若掌握公路振动传播及影响，则在距边缘2.5m、5m、10m处加布测点 • 建筑施工振动：应在规定的工地边界上选择测点

5.2.3 振动监测技术 • 测量条件 ①测量时间；白天是上午8：00一11：00；下午是2：00一5：00 ②测点应避开松软地面，传感器必须牢靠地放置在坚实的地向上 ③振动测量应避开其它环境因素，如温度剧变、电磁场、强风、地震等因素干扰 • 测量数据记录和整理 • 要填写环境振动测量记录表，并要画出“测点分布示意图”，在图上标出测点与主要振动源的相对方位相距离，测点周围的环境条件

5.3 电磁污染监测技术 • 电磁辐射(Electromagenetic Radiation)，就是能量以电磁波的形式通过空间传播的现象 • 电磁辐射对机体的损伤主要是由于大量热能沉积引起的生理功能紊乱和病理变化等生物效应而造成的症状为记忆力衰退、失眠、多梦、脱发、乏力、头昏、月经不调等

5.3.1 电磁辐射监测仪器 • 测量仪器根据测量目的分为非选频式宽带辐射测量仪和选频式辐射测量仪 1. 非选频式宽带辐射仪原理 • 偶极子和检波二极管组成探头 • 由三个正交的2一10cm长的偶极子天线，端接肖特基检波二极管、RC滤波器组成 • 检波后的直流电流经高阻传输线或光缆送入数据处理和显示电路

5.3.1 电磁辐射监测仪器 • 热电偶型探头 • 采取三条相互垂直的热电偶结点阵作电场测量探头，提供了和热电偶元件切线方向场强平方成正比的直流输出 • 磁场探头 • 由三个相互正交环天线和二极管、RC滤波元件、高阻线组成，从而保证其全向性和频率响应 • 对电性能的要求： • 各向同性误差＜土1dB • 系统频率响应不均匀度＜土3dB • 灵敏度：0.5V／m • 校准精度：土0.5dB

5.3.1 电磁辐射监测仪器 2. 选频式辐射仪原理 • 用于环境中低电乎电场强度、电磁兼容、电磁干扰测量 • 场强仪(干扰场强仪) • 待测场的场强值：E(dBµV/m)＝K(dB)十Vγ(dBµV)十L(dB) • 频谱仪测量系统 • 这种测量系统工作原理和场强仪一致，只是用频谱仪作接收机，此外频谱仪的dBm读数须换算成dBµv G对50Ω系统，场强值为： E(dBµV/m)＝K(dB)十A(ABm)十107(dBµV)十L(dB) • 微波测试接收机 • 用微波接收机、接收天线也可以组成环境监测系统

5.3.2 电磁辐射污染源监测方法 1. 监测的环境条件选择 • 应符合行业标准和仪器标准中规定的使用条件。测量记录表应注明环境温度、相对湿度。 • 可使用各向同性响应或有方向性电场探头或磁场探头的宽带辐射测量仪。 • 测量仪器工作频带应满足待测场要求，仪器应经计量标准定期鉴定

5.3.2 电磁辐射污染源监测方法 2. 测量时间和位置的确定 • 在辐射体正常工作时间内进行测量，每个测点连续测5次，每次测量时间不应小于15s，并读取稳定状态的最大值 • 若测量读数起伏较大时，应适当延长测量时间 • 测量位置取作业人员操作位置，距地面0.5、1.7m三个部位 3. 数据处理及分析评价 • 求出每个测量部位平均场强值(若有几次读数)。 • 根据各操作位置的互值(H、Pd)按国家标准《电磁辐射防护规定》(GB8702—88)或其它部委制定的“安全限值”作出分析评价

5.3.3 一般环境电磁辐射监方法 1. 监测点位的布设方法 • 典型辐射体环境测量布点 • 对典型辐射体，以辐射体为中心，按间隔45℃的八个方位为测量线，每条测量线上选取距场源分别50、50、100m等不同距离定点测量，测量范围根据实际情况确定 • 一般环境测量布点 • 对整个城市电磁辐射测量时，根据城市测绘地图，将全区划分为lkm×1km或2km×2km小方格，取方格中心为测量位置

5.3.3 一般环境电磁辐射监方法 2. 监测仪器的选定 • 非选频式辐射测量仪 • 具有各向同性响应或有方向性探头的宽带辐射测量仪属于非选频式辐射测量仪，有有方向性探头时，应调整探头方向以测出最大辐射电平 • 选频式辐射测量仪 • 各种专门用于EMI测量的场强仪，干扰测试接收机，以及用频谱仅、接收机、天线自行组成测量系统经标准场校准后可用于此目的

5.3.3 一般环境电磁辐射监方法 3. 监测条件的选择 • 测量高度：取离地面1.7—2m高度。也可根据不同目的，选择测量高度。气候条件应符合行业标准和仪器标准中规定的使用条件。测量记录表应注明环境温度、相对湿度。 • 测量频率：取电场强度测量值＞50dBµV／m的频率作为测量频率 • 测量时间，基本测量时间为5：00一9：00，11：00—11：00，18：00一23：00城市环境电磁辐射的高蜂期。若24小时昼夜测量，昼夜测量点不应少于10点，测量间隔时间为1h，每次测旦观察时间不应小于15s，若指针摆动过大，应适当延长观察时间

5.3.3 一般环境电磁辐射监方法 4. 数据处理、制图评价 • 如果测量仪器读出的场强瞬时值的单位为分贝(dBµv／m)，则先按下列公式换算成v／m为单位的场强 • 绘制污染图 • 绘制：频率—场强、时间—场强、时间—频率、测量位—总场强值等各组对应曲线。典型辐射体环境污染图、居民区环境污染图等

5.4 放射性污染监测技术 5.4.1 放射性及核衰变机理 • 放射性是具有不稳定原子核元素的一种特性，这种核子的自发转换和随之引起本身物理和化学性质改变的现象，称为放射性 • 各种同位素的原子核分为两类：一类是能够稳定存在的稳定原子核；另一类则属于不稳定的同位素。此类核素能自发地放射出。α、β射线(带电粒子)和γ射线(不带电粒子)，这种现象称为“核衰变”

5.4.1 放射性及核衰变机理 1. α衰变 • 放射性核亲自发地放射α粒子而变成另一种新的核素．称为α衰变 2. β衰变 • β-衰变 • 放射性核亲自发地放射β-粒子的过程称作β-衰变。在β-哀变过程中，原子核中有一个中于转变为质子，同时放出一个β-粒子和中微子 • β+衰变 • β+衰变指放射性核素自发的放射β+粒子的过程。 β+粒子本质上就是正电子。它除电荷符号与β-粒子不同外，其性质基本相同。在β+衰变过程中。原子核内一个质子转变成一个电子，并放射出β-粒子和中微子

5.4.1 放射性及核衰变机理 • γ衰变 • 当子核从较高能级的激发态跃迁到较低能级的激发态或基态时，所放射的电磁辐射就是γ射线 • 电子俘获 • 不稳定原子核俘获一个核外轨道电子的衰变称为电子俘获 • 该过程使核中的一个质子转变成中于并放出一个中微子，即子核的原子序数减少1

5.4.2 放射性的度量单位 1. 放射性活度(A) • 放射性活度(强度)反映某种放射性核京的数量值 • 该量值的大小与核衰变相关 • 活度指放射性物质在单位时间内所发生的核衰变的数目 • A=dA/dt • 活度单位为贝可勒尔，简称贝可(Bq) 2. 吸收剂量(D) • 吸收剂量是反映物体对辐射能量的吸收状况,是指电离辐射给予一个体积单元中物体的平均能量de除以该体积单元中物质的质量dm所得商，即：D=de/dm • 吸收剂量单位为戈瑞(Gy)

5.4.2 放射性的度量单位 3. 剂量当量(H) • 表征所吸收辐射能量对人体可能产生的危害情况。H是指在人体组织内某一点上的剂量当量等于吸收剂量与其它修正因素的乘积，其单位为希沃特(Sv)。1Sv＝1J／Kg,关系式如下：H=DQN 4. 照射量(X) • 是指在一个体积单元的空气中(质量为dm)，由光子释放的所有电子负电子和正电子)在空气中全部被阻时，形成的离子总电荷的绝对值(负电子或正电子，X=dQ/dm

5. 物理污染监测技术

5. 物理污染监测技术

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