人体手传振动的测量与评价方法GT

人体手传振动的测量与评价方法GB/T1490-93国家技术监督局1993-12-28发布1994-10-01实施　本等效采用国际标准ISO5349—1986《机械振动-人体接触手传振动的测量与评价指南》。1　主题内容与适用范围　　本标准规定了人体手传振动测量和报告的一般方法，即手传振动在三个正交轴向上中心频率6.3-1250Hz的1/3倍频程，中心频率8-1000Hz的倍频程测量，覆盖频率5.6-1400Hz的频率计权测量。　　本标准只给出了按频率计权加速度和日接振时间评价手传振动的方法，未规定安全接振限度。　　本标准适用于周期的、随机的或非周期的振动。暂时还可适用于重复性冲击振动。2　引用标准　　GB　2298　机械振动、冲击名词术语　　GB　3241　声和振动分析用1/1和1/3倍频程滤波器。　　GB　10084　振动、冲击数据分析和表示方法3　术语　3.1　手臂系统　hand-amsystem　　作为一个振动和冲击的承受器的人的上肢。　3.2　手传振动　handtransmittedvibretion　　通过手或手指直接加在或传到手臂系统的机械振动。　3.3　基本中心座标系　basicentricconordinatesystem　　原点设在机械振动或冲击借以传到人体的接触表面上的某点或与其相关的点的右旋直角座标系。　3.4　生物动力学座标系　biodynamiccoordinatesystem　　在生物动力学中应用的右旋直角座标系，其原点设在人体内按解剖学所确定的某点。　3.5　频率计权加速度　frequency-weightedacceleration　　根据人体对不同频率振动的感觉响应及产生的生理效应规律进行计权的加速度，简称计权加速度。　3.6　等能量频率计权加速度　energyequivalentfrequency-weightedacceleration　　在某一规定时间内的频率计权加速度的能量平均值，称为该时间内的等能量频率计权加速度，简称等能量计权加速度。4　手传振动的特性　4.1　影响因素　　在工作状态下，手传振动的生物学效应的严重程度受以下因素影响：　　a.振动的频谱；　　b.振动的幅值；　　c.每个工作日的接振时间；　　d.瞬态接振动方式及工作方式，即工作与间歇的频次及时间长短；间歇时工具是放下还是拿在手中空转等等。　　e.到调查时的累计接振时间；　　f.通过操作者的手施加给工具或工件的力的大小和方向；　　g.在接触振动时，手臂的姿势及身体和姿势(腕、肘及肩关节的角度)；　　h.振动的机械、手持工具或工件的类型及状况。　　i.手接触振动的部位和面积。　　在工作状态下，手传振动的生物学效应的严重程度可能还受以下因素影响：　　a.传递到手的振动的方向；　　b.工作方式及操作者的技术水平；　　c.个人健康的素质性因素。　　下列因素可能对手传振动引起的血液循环改变有特别影响：　　a.气候条件；　　b.影响血液循环的疾病；　　c.影响末梢循环的因素，如吸烟、某些药物或工作环境中的某些化学剂；　　d.噪声。　　在对手传振动进行测量和评价时，应同时报告上述全部因素及用于振动评价的测量方法和统计技术。　4.2　振动方向　　应当按与图T1所示的生物动力学座标系报告传向手的振动方向。以第三掌骨头作为座标原点，Z轴(Zh)由该骨的纵轴方向确定。当手处于正常解剖位置时，(手掌朝前)，X轴垂直于掌面，以离开掌心方向为正向。　　在对手握的振动的机械、工件、手柄或控制装置进行测量时，振动的方向也可参照相应的基本中心座标系(座标系旋转以使Y轴与手柄轴平行)确定(见图Tla)。　　手座标系中各个方向的运动应以“h”作下标表示(Z方向的加速度记为azh，X轴、Y轴的以此类推)。　4.3　振动的量值　4.3.1　描述振动量值的基本量是加速度，用m/s＾2来表示。振动的量值应以加速度的有效值(r.m.s)表示。加速度也可以用符合4.4.5和表1规定的计权网络的测定值表示。　　当接有频率分析装置(如1/3倍频程滤波器)测量加速时不应当进行计权。　　表1中描述的滤波器的计权特性要求其在16Hz以下衰减量为0，在16Hz以上衰减量按6dB/倍频程的比率增加。　4.3.2　振动的量值也可用加速度级表示，单位是分贝(dB)，其定义为：Lh=20lg(a/a0)(1)式中：a—加速度的有效值，m/s＾2，a0—加速度参考值，10＾(-8)m/s＾2.表1　手传振动测量用频率计权滤波器衰减特性━━━━━━━━━━━┯━━━━━━━━━━━━━频　　率│标　准　增　益Hz│dB───────────┼─────────────　　6.3│0　　8.0│0　　10.0│0　　12.5│0　16│0　20│-2　25│-4　　31.5│-640│-850│-1063│-1280│-14100│-16125│-18160│-20200│-22250│-24315│-26400│-28500│-30630│-32800│-341000│-361250│-38━━━━━━━━━━━┷━━━━━━━━━　　加速度级也可以用符合4.4.5和表1规定的计权网络的测定值表示，称为计权加速度级Lhw(见5.4)。当接有频率分析装置(如1/3倍频程滤波器)测量加速度级时不应当进行计权。　4.4　手传振动的测量　4.4.1　测量仪器　　振动测量仪器一般应由传感器、放大器、幅值或电平指示器或仪组成。还可包括用来限制仪器频率范围的电子网络。也可使用适当的记录仪器获得有代表性的记录供以后分析。还可包括有效值测量装置。　　全部振动测量仪器都应当正确适时地校准，其特性及基本操作方法应当同测量结果一起写入报告。诸如频率响应、动态特性等参数(如仪器的时间常数、动态范围和分辨率)也应写入报告。应尽可能报告对信号进行的有效值检波、磁带记录、频率分析或者对信号进行类似处理的精度。　　在所要求的频率范围内，整个系统的动态范围应尽可能大。若有可能，应对2000Hz上的信号进行衰减，这种衰减环节应当尽可能接近传感器。　4.4.2　有效值的测量　　如果所分析的信号持续时间很短，或者其量值实际上是随时间变化的，为获得有效值，必须使用积分器或带有线性积分装置的分析仪，可以“线性积分”作为优先采用的分析方法。　　只有当信号随时间相对稳定或者持续时间足够长时，才可以使用通常用于噪声分析的仪器组成的测试系统。此时选择的时间常数应当与信号的持续时间相适应。　4.4.3　频率范围和传感器要求　　测量的频率范围至少应当为5-1500Hz　　振动传感器必须体积小、重量轻，其横向灵敏度至少应比要测量轴向的低20dB。　　对峰值很高的加速度信号，必须正确选择传感器。传感器的测量范围应能满足这类振动测量的要求。共振频率应当在25kHz以上。最好是在振动表面和传感器之间插入一个经适当标定的具有线性传递函数的低通机械滤波器，以降低信号的高频分量(即3000Hz以上分量)产生的峰值。　4.4.4　振动传感器的定位与安装　　应当在能量传入人体处或明显相关区域中进行单手(或双手)的三轴向测量。如果人手直接与手柄振动表面接触，传感器应当紧固在振动的结构上。如果振动量值在手柄的不同部位显著不同，则应记录手接触部位的最大值。如果在手和振动结构间有弹性元件(例如减振手柄)，允许使用适当的传感器安装座(例如一个薄的适当形状的金属板)置于手和弹性材料表面之间。无论哪种情况都要注意传感器的重量、尺寸、形状和安装方法，所使用的专用传感器支座在所测量频率范围内不能对振动的传递有明显影响。　　在手和振动结构间有弹性元件的情况下，上述推荐的方法并不满足所有状态，尤其是装置有薄减振材料、主要影响较高频率振动传递的情形。此时，最好将传感器刚性地固定在手柄或振动结构上进行测量，同时分别记录减振材料的类型、厚度、物理特性及估算的衰减量。　4.4.5　测量的量　　在一个轴向或几个轴向测得的加速度可以按计权加速度或者按倍频程或1/3倍频程分析的加速度谱的形式予以报告。应尽可能对每个加速度分量给出1/3倍频程的频谱数据。　　计权加速度的测量应当使用符合表1规定的计权网络。　　在所有分析网络中使用的倍频程和1/3倍频程滤波器都应当符合GB3241的规定。　4.4.6　手与振动源的接触状态　　手与工具的接触状态能明显影响传到人体的能量和测得的振动量。振动测量必须在手与振动的机械的典型接触状态，即工具有的典型操作方式、施加给手柄的一定压力和静态力下进行。　4.4.7　接振条件与接振时间　　传递的接触振动强度和频谱随操作者的任务、操作技术、体力、体重和耐力的不同而异，因此就应根据能代表各种操作条件、操作时间及间歇时间的典型情况，做出全天接振时间的基本估计。应针对操作者的状态和操作方法，报告手臂姿势或腕、肘及肩关节的角度及其变化。5　手传振动的评价方法　5.1　日接振量　　手传振动的评价以日接振量为基础。日接振量以4小时持续时间内的等能量计权加速度来表示。　　如果一个工作日内振动总接触时间不是4小时，则4小时等能量计权加速度应以计权加速度的平方在全天总接振时间上的积分由公式(2)来确定：(ahw)eq(4)＝｛(1/T4)∫［ahw(t)］＾2dt｝＾1/2(2)式中：(ahw)eq(4)—4小时等能量计权加速度，m/s＾2；ａhw(t)—频率计权加速度的瞬时值，m/s＾2；τ一个工作日的总接振时间，h；T4—4小时。　5.1.1　如果等能量计权加速度的测量时间T不是4小时，则4小时等能量计权加速度可由公式(3)确定：(ahw)eq(4)＝(T/T4)＾1/2(ahw)eq(T)(3)式中：(ahw)eq(T)—T小时内的等能量计权加速度，m/s＾2。　5.1.2　如果一个工作日作业中总接振量是由几段不同的计权加速度组成的，则总的等能量计权加速度可由公式(4)确定：n(ahw)eq(T)＝｛(1/T)Σ［(ahw)eq(ti)］＾2ti｝＾1/2(4)i=1式中：(ahw)eq(ti)—ti时间内第i段接振量的等能量计权加速度，m/s＾2；nT=Σti。i=1　　如果查T不等于4小时，公式(3)也可用来确定4小时等能量频率计权加速度，此时应分别报告各段接振量在(ahw)eq(T)中所占的比例。　5.1.3　上述评价方法也可用于倍频程和1/3倍频程的数据处理。　5.2　多轴向振动　　应对三个轴向都进行振动测量，然后以最大的轴向加速度分量作为评价的依据。　5.3　倍频程和1/3倍频程数据与计权加速度的换算　　由倍频程和1/3倍频程分析得出的结果按公式(5)计算相应的计权加速度值。nahw=[Σ(Kjahj)＾2]＾(1/2)(5)i=1式中：Kj—第j个1/3倍频程或倍频程的计权系数，见表2和表3；ahj—第j个1/3倍频程或倍频程上测得的加速度，m/s＾2；n—使用的1/3倍频程或倍频程的频带数目。注：如果频谱中含有占优势的某一频率成分，而且该分量的频率与倍频程或1/3倍频程中心频率不一致时，按公式(5)计算得出的计权加速度与直接测得的计权加速度值之间会有误差。表2　1/3倍频程测量值与计权测量值换算的Kj值［根据公式(5)和(8)计算时用的计权系数］━━━━━━━━┯━━━━━━━━━━━频率│计权系数Hz│Kj　────────┼───────────　6.3│1.0　　8.0│1.0　　10.0│1.0　　12.5│1.0　16│1.0　20│0.8　25│0.63　　31.5│0.540│0.450│0.363│0.2580│0.2100│0.16125│0.125160│0.1200│0.08250│0.063315│0.05400│0.04500│0.03630│0.025800│0.021000│0.0161250│0.0125━━━━━━━━┷━━━━━━━━━━━表3　倍频程测量值与计权测量值换算的Kj值［按公式(5)和(8)计算时用的计权系数］━━━━━━━━━━┯━━━━━━━━━━━频率│计权系数Hz│Kj　──────────┼───────────　8.0│1.0　　16.0│1.0　　31.5│0.563│0.25125│0.125250│0.063500│0.031000│0.016━━━━━━━━━━┷━━━━━━━━━━━4　振动加速度级当使用加速度级来描述振动时，与公式(3)和(4)对应的公式就分别为公式(6)、(7)，计算举例见附录A(参考件)：(Lhw)eq(4)=(Lhw)eq(T)+10lg(T/4)(6)式中：(Lhw)eq(4)—4小时等能量计权加速度级，dB；(Lhw)eq(T)—T小时等能量计权加速度级，dB。n(Lhw)eq(T)=10lg｛(1/T)Σ［10＾[0.1(Lhw)eq(ti)]ti］｝(7)i=1式中：(Lhw)eq(ti)—ti时间内第i个接振分量的等能量计权加速度级，dB。　　与公式(5)对应的确定频率计权加速度级公式为：nLhw=20lg[Σ(Kj×10＾Lhj/20)＾2]＾1/2(8)i=1式中：Lhj—在第j个倍频程或1/3倍频程中测得的加速度级，dB。附　录　A计　算　举　例(参考件)　A.1　按标准中公式(3)计算4小时能量计权加速度　　例：若(ahw)eq(8)=10m/s＾2　　则(ahw)eq(4)=(6/4)＾1/2×10＝12.25m/s＾2　A.2　按标准中公式(4)计算总的等能量计权加速度　　例：若相对于接振1、3和5小时的频率计权加速度分别为15、12、和10m/s＾2　则(ahw)eq(9)=［(15＾2×1+12＾2×3+10＾2×5)/9］＝11.34m/s＾2　　由公式(3)(ahw)eq(4)=(9/4)＾1/2×11.34＝17.01m/s＾2　A.3　按标准中公式(6)计算4小时等能量计权加速度级　　例：对A1例中的数据按标准中公式(1)计算(Lhw)eq(6)=140dB(Lhw)eq(4)=140+10lg(6/4)=142dB　A.4　按标准中公式(7)计算总的计权加速度级　　例：对A2例中的数据按公式(1)计算得出在1、3和5小时内接振的计权加速度级分别为143.5、141.5和140dB(Lhw)eq(9)＝10lg1/9［10＾(14.35)+(10＾(14.15)×3)+(10＾(14)×5］＝141dB