Методические указания по проведению измерений и гигиенической оценки шумов на рабочих местах № 1844-78
%PDF-1.6 % 1 0 obj > endobj 14 0 obj > endobj 5 0 obj > endobj 148 0 obj >stream 2009-05-23T22:24:04+04:002009-05-23T22:24:01+04:002009-05-23T22:24:04+04:00application/pdf
Показатели и единицы измерения уровня шумов | Испытание мощных трансформаторов и реакторов | Архивы
Страница 80 из 86
Звуковое давление — дополнительное давление сверх атмосферного, которое создается звуковой волной в данном месте пространства. Единицей звукового давления является паскаль (Па), т. е. давление, вызываемое силой 1 ньютон, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м2.
Интенсивность звука (сила звука) — поток звуковой энергии в 1 Вт, передаваемый через поверхность 1 м2, перпендикулярную направлению распространения звука. Единицей интенсивности звука является ватт (Вт). Интенсивность звука и звуковое давление связаны квадратичной зависимостью.
Порог слышимости — граница чувствительности человеческого уха при частоте 1000 Гц (самый тихий слышимый звук), т.
е. самое слабое (пороговое) звуковое давление, воспринимаемое человеком с нормальным слухом при частоте 1000 Гц, соответствует 2· 10-5 Па (0,0002 мкбар). Звук, давление которого лежит ниже порога слышимости, ухом не воспринимается. Человеческое ухо наиболее чувствительно к колебаниям с частотами в области 1000—4000 Гц; к более низким и более высоким частотам оно значительно менее чувствительно. Колебания с частотами менее 20 (инфразвук) и более 20000 Гц (ультразвук) человеческое ухо не слышит.Частота, Гц
Рис. 14-1. Область слышимости звука.
Порог болевого ощущения или порог осязания — значение звукового давления, при котором звук превращается в болевое ощущение, т. е. вызывает в ухе осязательное чувство болевого давления. Болевые ощущения наступают при силе звука, достигающей 100 Па. Дальнейшее увеличение звукового давления опасно для здоровья.
На рис. 14-1 дана для различных частот (20—20 000 Гц) область слышимости, лежащая между порогами слышимости и болевого ощущения. Разность ординат диаграммы слышимости пропорциональна динамическому диапазону слышимости для заданной частоты. Из рис. 14-1 следует, что наибольший динамический диапазон, воспринимаемый человеческим ухом, соответствует частотам 1000— 4000 Гц. Наименьший динамический диапазон имеет место на боковых границах диаграммы слышимости, соответствующих частотам около 30—20 и 15 000—20 000 Гц.
Единица измерения разности уровней звуковых давлений (децибел). Субъективная громкость звука не поддается точному количественному измерению. Применение измерений звукового давления непосредственно в паскалях неудобно, так как человеческое ухо реагирует скорее на относительное изменение давления, нежели на абсолютное. Таким образом, гораздо более удобно использовать относительную шкалу звукового давления, чем абсолютную.
Децибел (дБ) определяется как умноженный на 10 десятичный логарифм отношения двух значений звуковых мощностей:
откуда 1 дБ = 10lg (р/р2) ИЛИ lg2 (р/р) =0,1, или р/р2= 1,259, т. е. один децибел — это разность уровней двух звуковых энергий. Она соответствует отношению этих энергий и численно равна:
LДВ=10lg (p/p2) =10 (Igp-lgp2).
Так как интенсивность — мощность звука пропорциональна квадрату звукового давления р, то шкалу для измерения звука (шума) можно представить в виде формулы, дБ:
где р0=2· 10—8 (Па) — звуковое давление на пороге слышимости.
Уровень звука LA, дБ — величина, значение которой вычисляется по формуле:
где рA — среднеквадратичное значение звукового давления стационарного сигнала или квазипиковое значение импульсного сигнала, Па, соответствующее временной характеристике «импульс» с учетом «коррекции А» шумомера; р0=2-10-5 Па.
Уровень звука измеряется шумомером при включении «коррекции А» и при отсутствии полосовых фильтров. Уровень звуковой мощности Lp, дБ — величина, значение которой определяется по формуле:
Lp = 10lg(p/po),
где р — звуковая мощность, Вт; p0=10_12 Вт.
Весь широкий диапазон слышимых звуков — от едва слышных до оглушительных громких, вызывающих болевые ощущения и отличающихся по своей силе в десятки и сотни миллионов раз,— разделяется всего значением 130—140 дБ (нуль — порог слышимости, значение 120—130 дБ — порог болевого ощущения или порог осязания). Это позволяет при оценке различных уровней звука пользоваться небольшими целыми числами.
- Назад
- Вперед
Измерение фазового шума | Keysight
Анализаторы и тестеры фазового шума в соответствии с вашими потребностями
Компания Keysight предлагает специализированные системы анализа фазового шума, которые упрощают измерения фазового шума и максимально повышают эффективность.
Благодаря 35-летнему опыту разработки и измерения низкого фазового шума, ВЧ-проектирования и измерений инновационные тестеры фазового шума компании Keysight обеспечивают максимально точные данные и экономически адаптированы для удовлетворения ваших текущих и будущих потребностей.
См. техпаспорт
Найдите модель, которая подходит именно вам
У вас уже есть один из этих продуктов? Посетите службу технической поддержки
Предыдущая
Н5511А
Система измерения фазового шума N5511A
Система измерения фазового шума Keysight N5511A (PNTS) заменяет стандартную систему измерения фазового шума Keysight E5500.
Э5055А
E5055A Анализатор источников сигналов SSA-X, от 1 МГц до 8 ГГц
E5055A Анализатор источников сигналов SSA-X (от 1 МГц до 8 ГГц) обеспечивает точные и точные измерения в одном устройстве для анализа фазового шума и источника сигнала (SSA).
Э5052Б
E5052B Анализатор источника сигнала (SSA)
Анализатор источников сигналов (SSA) E5052B компании Keysight обеспечивает непревзойденную производительность и универсальность при работе с различными источниками сигналов для различных отраслей промышленности.
Э5053А
E5053A Понижающий микроволновый преобразователь
E5053A — микроволновый преобразователь с понижением частоты для анализатора источников сигналов E5052B, повышающий чувствительность фазового шума к микроволновым и миллиметровым частотам.
Посмотреть и сравнить все модели
Следующий
Начиная с
{{#if DATA_SHEET_LINK}}
{{DATA_SHEET_LABEL}}
{{/если}}
{{{ОПИСАНИЕ}}}
{{#if PRODUCT_HIGHLIGHTS_VIEW}}
{{{PRODUCT_HIGHLIGHTS_VIEW}}}
{{#если KEYSIGHT_CARE_LOGO}}
{{/если}}
{{/если}}
{{#если PRODUCT_PATH}} Посмотреть детали {{/если}}
Основы шума | TeachSpin
Основы шума
Обнаружение и количественная оценка шума Джонсона, «броуновского движения» электронов
Определите постоянную Больцмана, кБ, из температурной зависимости шума Джонсона
Наблюдение и количественная оценка дробового шума для измерения основного заряда «e»
Настройка входной низкоуровневой электроники для различных измерений
Исследование «спектральной плотности мощности» и «плотности шума по напряжению» сигналов и их единиц В²/Гц и В/√Гц
Применение методов Фурье для цифровой обработки шумовых сигналов в плотности шума
Изучение усиления, фильтрации по частоте, возведения в квадрат и усреднения по времени
Развитие навыков, применимых во всем спектре наук об измерениях
Введение
TeachSpin’s Noise Fundamentals — это набор инструментов для обучения и изучения электронного шума в лабораториях продвинутого и среднего уровня.
Шум, присутствующий во всех электронных сигналах, ограничивает чувствительность многих измерений. Это само по себе было бы достаточной причиной, чтобы мотивировать изучение способов количественной оценки шума. Но электронный шум может быть чем-то большим, чем просто помехой или ограничением — по известной фразе Ландауэра, иногда «шум — это сигнал». На самом деле есть как минимум два случая, когда измерение шума может дать значения фундаментальных констант.
Концентрируясь на обработке и измерении шума Джонсона и дробового шума, TeachSpin’s Noise Fundamentals позволяет учащимся определить как постоянную Больцмана, kB, так и величину заряда электрона, ‘e’.d
Шум Джонсона Флуктуирующая ЭДС, которая возникает спонтанно в любом резисторе при абсолютной температуре t> 0. Прогноз Найквиста заключается в том, что средний квадрат этого ЭМП подчиняется
, где ⌂f – ширина полосы, в которой измеряется шум. Этот результат позволяет измерить постоянную Больцмана kB .
Дробовой шум — это мера флуктуаций, наблюдаемых в определенных токах из-за степени детализации, налагаемой на них квантованием заряда. В этом случае предсказание Шотта состоит в том, что постоянный ток DC I DC будет сопровождаться колебаниями, подчиняющимися другой средней квадратной связи,
<[ΔI (T)]> = 2 2 E I ⌂f DC
Этот результат позволяет измерить величину основного заряда e .
Шум от любого из этих и многих других источников можно наблюдать благодаря модульному и настраиваемому пользователем устройству нашей электроники. Прозрачная схема потока сигналов в нашем устройстве очень четко показывает, как шум определяется количественно на практике, поскольку процессы усиления, фильтрации по частоте, возведения в квадрат и усреднения по времени можно понимать отдельно и в деталях. Результатом стал метод количественной оценки шума и плотности шума, понятный учащимся. Это создает портативный набор навыков, применимых во всей широте измерительной науки.
Измерения шума очень актуальны во многих областях физики. Просмотрите это недавнее объявление коллоквиума от физического факультета Университета Буффало (университет доктора Райхерта). На этом коллоквиуме обсуждались измерения шума, которые помогают охарактеризовать флуктуации спинов электронов и дырок в полупроводниках. Шум — это забытая тема в наших программах бакалавриата, но это можно улучшить, включив Основы шума (NF1-A) в вашу лабораторную программу.
Прибор
Прибор TeachSpin Noise Fundamentals позволяет учащимся исследовать многие аспекты электронного измерения шума. Аппарат состоит из нескольких частей: прозрачного дьюара, установленного на регулируемой по высоте деревянной подставке; температурный модуль с термозондом, в который можно монтировать различные образцы; контроллер электроники высокого уровня с индивидуально доступными модулями; и низкоуровневый электронный контроллер, который ученики откроют, чтобы перенастроить предусилитель.
Блок-схема ниже дает обзор процесса.
Некоторые эксперименты требуют, чтобы учащиеся открыли коробку с электроникой, осмотрели печатную плату, а также выбрали и установили соответствующие компоненты, необходимые для проведения измерений. Что характерно для всех экспериментов TeachSpin, аппаратура достаточно надежна, чтобы позволить учащимся делать и исправлять широкий спектр «ошибок», не повреждая инструмент. И именно эта способность исследовать с уверенностью дает учащимся не только владение конкретным измерением, но и вкус удовлетворения от экспериментального исследования.
В традиционном деревянном корпусе TeachSpin размещается электроника высокого уровня, которая содержит два модуля фильтрации (для определения полосы шума), секцию основного усилителя (для обеспечения адекватного усиления), секцию аналогового умножителя (для выполнения необходимая операция возведения в квадрат) и, наконец. усреднитель по времени (для выполнения «среднеквадратичной» операции, необходимой для количественного определения шума).
Также на фотографии показаны два поставляемых пользователем компонента, необходимых для выполнения необходимых функций диагностики и измерений: цифровой мультиметр и осциллограф. Не показаны «контейнеры для деталей», содержащие все электронные детали, инструменты и кабели, необходимые для настройки этого универсального устройства в форме, необходимой для самых разных проектов.
Низкоуровневая электроника содержит несколько вспомогательных функций (вверху слева) и два модуля. В левом верхнем углу вы видите модуль термоконтроля для взаимодействия с датчиком. В нем находятся источник напряжения (для нагревателя, поднимающего температуру зонда выше 77 К) и источник тока (для питания трансдиодного преобразователя температуры в зонде).
В правом верхнем углу фотографии предусилитель, входная электроника для всех измерений шума. Элементы управления на передней панели дополняют внутренние конфигурации, выбранные пользователем, что делает его очень универсальным первым этапом измерения различных видов шума.
Внизу вы видите положение для затухания сигнала (используется в дополнительных действиях по калибровке) и вспомогательное последовательное сопротивление. Также видны два источника питания с низким уровнем шума, которые используются для различных задач смещения и подачи питания. Дополнительные малошумящие источники питания питают все цепи низкоуровневой электроники — батарейки не требуются.
Вся передняя панель низкоуровневой электроники легко вынимается из металлического корпуса, что обеспечивает легкий доступ внутрь для изменения конфигурации пользователем. На этом изображении секция предусилителя находится в правом нижнем углу, и видны клеммные колодки с винтовыми зажимами. Они позволяют повторно подключить (без пайки!) переднего конца. Учащиеся могут создавать инвертирующие и неинвертирующие усилители или преобразователь тока в напряжение. Даже микросхема входного операционного усилителя легко заменяется или заменяется.
На этом виде электроника управления температурой находится внизу справа.
Они также допускают реконфигурацию через клеммные колодки. В частности, пользователи имеют полный контроль над выводами, направляемыми в термодатчик.
В правом верхнем углу находится сильно экранированная алюминиевая «ванна», в которой входная мощность для всего блока регулируется для снижения уровня шума. Вверху находится плата, поддерживающая вспомогательные функции низкоуровневой электроники. И здесь клеммные колодки обеспечивают максимальную гибкость использования существующих (и будущих!) модулей передней панели.
Высокоуровневая электроника также организована в модульную форму, чтобы пользователь мог гибко соединить ее с помощью прилагаемых кабелей. Здесь вы можете увидеть два модуля частотной фильтрации (которые определяют полосу пропускания шума, подлежащую количественному определению), модуль основного усилителя с переменным коэффициентом усиления и модуль умножителя (обычно используемый для выполнения функции возведения в квадрат). Здесь также находится секция вывода, которая выполняет усреднение по времени, запускает измеритель дисплея и отправляет напряжение на цифровой мультиметр, предоставляемый пользователем, или другой источник постоянного тока.
прибор для измерения напряжения.
На этом изображении не показан калибратор шума на задней панели, источник фиксированной мощности, фиксированной полосы пропускания и точно поддающегося количественному определению псевдошума. Это обеспечивает дополнительную проверку реальности для студентов, изучающих количественную оценку шума.
Питание всей цепочки электроники обеспечивается универсальным блоком питания, установленным дистанционно в шнуре питания высокоуровневой электроники. Все вопросы кондиционирования питания и привязки к земле были решены, так что наша система готова к использованию без разрывов.
Эксперименты
Количественная оценка шума
Шум описывает электронный сигнал, который имеет нулевое среднее значение и случайное изменение во времени, но со стабильными статистическими свойствами. Но как на самом деле измеряется шум? Как мы можем превратить сигнал переменного тока, содержащий все частоты, в одно измеримое число?
Шумовые напряжения, которыми учащиеся будут манипулировать в этом устройстве, систематически измеряются путем фактического полностью аналогового воссоздания теоретического среднеквадратичного определения шума.
Учащиеся настраивают аппарат так, чтобы крошечное шумовое напряжение V(t) составляло:
* предварительно усиленный с помощью коэффициента усиления G1
* отфильтрованный в частотном пространстве с помощью функции фильтра G(f), обычно используемой для определения нижней и верхней границ спектра
* дополнительно усиленный с помощью выбранного пользователем коэффициента усиления G2
* возводится в квадрат на аналоговый множитель реального времени
* и, наконец, усредняется по времени, выбранному пользователем.
Весь процесс приводит к почти устойчивому постоянному току. напряжение, которое легко измеряется мультиметром, подключенным к выходному разъему блока электроники высокого уровня. Именно это напряжение связано известными коэффициентами с решающим «среднеквадратичным шумом» 
Шум Джонсона
Наше устройство поставляется для немедленного измерения шума Джонсона. Этот источник шума возникает как спонтанно возникающая и флуктуирующая ЭДС VJ(t) на любом резисторе или рассеивающем электрическом элементе. Известная теория Найквиста утверждает, что размер этого шума определяется
<[vj (t)]> = 4 K T R ⌂f.
В нашем аппарате учащиеся могут измерить левую часть с помощью фактического среднеквадратичного определения и проверить предсказанную зависимость от
* сопротивление источника R, от 10 Ом до 100 МОм
* температура источника T, от 77 K до 400 K
* полоса пропускания Df, переменная по ширине и расположению в частотном пространстве, до частоты 100 кГц
При выполнении этих трех тестов учащиеся Затем можно извлечь измеренное значение kB, постоянной Больцмана.
Дробовой шум
Другой очень важной формой электронного шума является дробовой шум, который возникает из-за того, что (некоторые) электрические токи подвержены колебаниям из-за квантования заряда.
Фактически, для любого тока, состоящего из статистически независимых приходов электронов, каждый из которых имеет заряд –e, составляющих в совокупности средний ток i , мгновенный ток i(t) = i + δi(t) имеет флуктуации размером впервые предсказано Шоттки как:
В нашем приборе простейшим источником дробового шума является фототок, возникающий при освещении фотодиода с p-n переходом лампой накаливания. Установив эту сборку в предусилитель и перенастроив входную часть на преобразователь тока в напряжение, студенты могут преобразовать колебания тока в измеренный шум среднеквадратичного напряжения. Они могут проверить прогнозируемую вариацию текущих колебаний:
После проверки зависимостей i и ⌂f учащиеся могут получить полностью электронные измерения основного заряда e. Точность порядка 1% и точность в несколько процентов доступны с прибором как есть, и точность может быть улучшена до 1-2% за счет внимания к различным задачам калибровки.
Более того, учащиеся могут убедиться, что не все токи подвержены дробовому шуму этой формы, показав, что альтернативные источники постоянного тока демонстрируют флуктуации, намного меньшие, чем те, которые предсказываются приведенной выше формулой. Фактически реконфигурируемый интерфейс позволяет исследовать токи с ограничением по дробовому шуму и под дробовым шумом от источников, зависящих от фотоэлектрического эффекта и не зависящих от него.
Калибровка
Мы преднамеренно структурировали низкоуровневую и высокоуровневую электронику, чтобы пользователь мог полностью калибровать каждый фактор, участвующий в экспериментальных измерениях шума.
В состоянии поставки коэффициенты усиления G1 и G2 предварительного и основного усилителей составляют более 1 % в соответствующих полосах пропускания. Секции фильтра дают заданную полосу пропускания с погрешностью выше 2 %, а простая калибровка может уменьшить эту погрешность до <1 %. Более того, мы выбрали схемы с хорошим поведением на высоких частотах, поэтому их характеристикам в соответствующем диапазоне от постоянного тока до 100 кГц можно полностью доверять.
В результате заинтересованные студенты могут с уверенностью отслеживать статистические и систематические ошибки в этом аппарате на уровне 1%.
Встроенный Noise Calibrator выдает псевдослучайный шум, равномерный по плотности в диапазоне
0-32 кГц, с выходным среднеквадратичным значением около 212 мВ. Учащиеся узнают, как это дает «плотность мощности шума» около 1,40 x 10-6 В2/Гц, а также узнают, почему это влечет за собой «плотность шума по напряжению» около 1,19 мВ/√Гц, милливольт на корень Герц, в этой полосе. .
В Руководстве также есть Приложение, в котором подробно описано, как усиленный (но не возведенный в квадрат) шумовой сигнал может быть оцифрован (скажем, с помощью цифрового осциллографа) и обработан (на компьютере) для получения Фурье-спектра шума. и плотность шума. Учащиеся могут научиться делать то, что обычно не делают «осциллографические» функции БПФ: создавать графики спектральной плотности, вертикальные оси которых должным образом откалиброваны в единицах В2/Гц или В/√Гц.
Проекты
Мы разработали нашу систему с максимальной универсальностью. Низкоуровневая электроника может быть переконфигурирована; Электроника высокого уровня может быть повторно подключена. Наше руководство предлагает множество проектов, выходящих за рамки количественной оценки шума, которые позволяют проводить исследования намного шире, чем поиск, зацикленный на числовых значениях для kB и e. Начинающие учащиеся узнают, что делать, но продвинутые учащиеся могут дать волю своему творчеству с нашим аппаратом Noise Fundamental. (См. Основы шума — аннотированное содержание)
Дополнительные ресурсы
Информационный бюллетень – Основы шума – Где шум – это сигнал
Концептуальное введение – основы шума
Технические характеристики
Аксессуары
Модуль предварительного усилителя, настраиваемый пользователем; в состоянии поставки первый каскад представляет собой операционный усилитель с FET-входом, неинвертирующий режим, коэффициент усиления G1 = 600, полоса пропускания -3 дБ > 1,0 МГц, входное сопротивление > 100 МОм
Модуль температуры с источником тока, точность <1%, от 10 нА до 1 мА; напряжение питания нагревателя 0–25 В (для плавающих нагрузок), допустимый ток 330 мА
Высокоуровневая электроника Секции фильтра с переменным состоянием 2-полюсная конструкция Баттерворта; усиление основного усилителя G2, регулируемое в диапазоне от 10 до 104, полоса пропускания -3 дБ > 1,4 МГц
Уровень выходного сигнала калибратора шума ≈ 212 ± 2 мВ, среднеквадратичное значение, расположенное >99% в диапазоне 0 < f < 32 кГц, со спектральной плотностью, равномерной до ± 2%.
