Transcript 第五部分物理污染监测技术

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
①



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
②

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
③

④

⑤

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
①
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
②
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
①
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
②
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
③

④

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
5.1.4 噪声测量技术
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


磁场探头


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
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)


频谱仪测量系统


待测场的场强值：E(dBµV/m)＝K(dB)十Vγ(dBµV)十
L(dB)
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
① 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
② 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
① 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
② 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
①
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
②
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
③

④


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
5.4.3 放射性的来源及进入人体的途径
1.
①

②



③

天然放射性来源
宇宙射线
宇宙射线是一种从宇宙空间辐射到地球表面的射线，它
由初级宇宙射线和次级宇宙射线组成
天然放射性核素
宇宙射线产生的放射性核素
中等质量的天然放射性核素
重天然放射性核素
天然本底辐射对人体造成的总剂量率
自然环境中本来存在着的宇宙射线和天然放射性物质，
统称为天然放射性本底，它是判定环境是否受到放射性
污染的基游
5.4.3 放射性的来源及进入人体的途径
2. 人工放射性来源
①
核试验

核试验产生的放射性核素有核裂变产物和中子活化产物
②
核工业及其他
③
人类在环境中受到的辐射总剂量
5.4.3 放射性的来源及进入人体的途径
3. 放射性进入人体的途径
(1)呼吸道进入：由呼吸道吸入的放射性物质。
其吸收程度与气态物质的性质和状态有关。难
溶性气溶胶吸收较慢，可溶性较快。气溶胶粒
径越大，在肺部的沉积越少．气溶胶被肺泡膜
吸收后，可直接进入血液流向全身。
(2)消化道食入：食入的放射性物质由肠胃吸收
后，经肝脏随血液进入全身。
(3)皮肤或粘膜侵入：可溶性物质易被皮肤吸收，
由伤口侵人的污染物吸收率极高
5.4.4 放射性监测仪器
1. 电离探测器
 电离探测器是利用气体电离特性的探测器
2. 闪烁探测器
 基于激发特性的探测器
3. 半导体探测器
4. 照相乳胶曝光法
5.4.5 放射性监测
1. 采样和监测频率
 监测频率应依环境受污染的情况而定，常规监测可一年两
次或每季度一次。若监测排放源对环境污染情况时，则可
根据排放的变化情况、放射性核素的半衰期、环境介质稳
定情况及统计学的要求而定
 放射性样品的采集：

放射性气体的采集：
 固体吸附法



放射性气溶胶的采集


液体吸收法
冷凝法
采集方法有过滤法、沉积法、粘着法、撞击法和向心法等
放射性水样的采集

放射性水样的布点、采样原则与水质污染监测基本相同
5.4.5 放射性监测
2. 放射性气溶胶监测
(1)直接法：将经过拍气过滤法采集到的气溶胶
滤膜直接放在与面积同样大小的计数管窗口下
测量，或者将滤膜剪裁成与计数管窗口同样大
小的面积进行测量
(2)灰化法：将采集到的滤膜置于瓷柑蜗内。于
高温炉内500℃灰化，测量灰分放射性强度
(3)有机溶剂提取法：采用丙酮或乙酸乙酯抽提，
然后使有机溶剂挥发。测量残渣放射性强度
5.4.5 放射性监测
3. 放射性气体监测
 空气中3H的测量
 放射性131I的测量
 大气中放射性222Rn的测量
 水中226Ra的测定