本標準參照采用國際標準ISO 2631/1—1985《人體全身振動暴露的評價——第一部分:通用要求》。
1 主題內容與適用范圍
本標準規定了在作業現場或實驗室內監測和研究人體全身振動環境的通用要求和準則,是評價和比較振動環境對人體的影響應當遵循的基礎規范。
本標準適用于通過支撐人體的接觸面作用于人體的周期振動、隨機振動或具有分布頻譜的非周期性振動。作用于人體的其他振動環境(如瞬態振動、連續沖擊型振動)也可參照使用。
2 引用標準
GB 2298 機械振動沖擊名詞術語
GB 3240 聲學測量中的常用頻率
GB 3241 聲和振動分析用的1/1和1/3倍頻程濾波器
3 術語
3.1 全身振動
傳輸到整個身體的機械振動。
3.2全身振動環境
通過支撐身體的接觸面作用于整個身體的振動條件。
3.3連續沖擊型振動
一系列重復的瞬態振動。
3.4 多軸向振動
同時作用于身體的多于一個方向的機械振動。
3.5 暴露時間
機械振動作用于身體的持續時間。
4 人體全身振動環境的特征描述
4.1體軸坐標系
以心臟為原點的直角坐標系是相對于人體解剖軸的。按人體解剖學的規定,互相垂直的三個軸為:人體的背一一胸軸為X軸,右側一一左側軸為Y軸,腳一一頭軸為Z軸。體軸坐標系見下圖。

描述人體振動效應的體軸坐標系
a
X、a
Y、a
Z為X、Y、Z軸向的加速度
X軸為背至胸
Y軸為右側至左側
Z軸為腳(或臀)至頭
4.2 振動作用方向
根據第4.1條的規定,振動作用方向分別為X軸向、Y軸向和Z軸向。人體承受振動時,沿著X軸向的加速度表示為a
X,沿著Y軸向的加速度表示為a
Y,沿著Z軸向的加速度表示為a
Z。
圍繞各軸的旋轉振動稱為角振動。繞X軸的角振動稱為滾轉,繞Y軸的角振動稱為俯仰,繞Z軸的角振動稱為偏轉。
4.3 測量的量
4.3.1 加速度是描述人體全身振動環境強度的基本量,以m/s
2為單位。
注:在生理學中,振動強度常習慣以g為單位表示加速度,當涉及本標準時應當用國際標準重力加速度值g
n(g
n=9.80665m/s
2)進行單位換算。
4.3.2 振動的量值大小,以均方根值(r.m.s)表示。
均方根值(r.m.s)的一般表達式為:

式中:a(t)——某時刻t的加速度值,m/s
2;
T——積分時間,s。
4.3.3 振動的量級(簡稱振級)可用分貝(dB)表示。
振動量級(L)的一般表達式為:

式中:a
0——參考加速度,等于10
-6m/s
2。
4.3.4 對含有離散頻率成分的振動或隨機振動應當進行頻率分析。頻率分析的帶寬分割應當不大于1/3倍頻程。分析結果表示為各1/3倍頻帶的均方根值。
4.3.5 為了用一個單值表示不同軸向的人體全身振動環境,可進行振動量值的頻率計權分析。分析可由具有計權特性網絡的分析儀完成,亦可在1/3倍頻程分析的基礎上按以下公式計算。分析結果可表示為均方根值或分貝值。
計算計權加速度均方根值(a
we):

4.3.6 等效連續均方根值的計算法
4.3.6.1 等效連續均方根值(a
eq),指在某一時間T內的平均振動量值。其一般表達式為:

4.3.7.3 頻率計權測量
以上計算方法適用于頻率計權測量。但是,L
i應為t
i時間內測得的計權振級(L
wi)。
4.3.8 為了描述振動信號的波形特征,應當測定峰值因數。
4.3.8.1 峰值因數的一般表達式

4.3.8.4 求取峰值因數的振動信號,其持續時間不得小于1 min。
4.4 暴露時間
4.4.1 當工作日人體間斷地暴露于量值穩定的重復振動時,其有效總暴露時間等于各段暴露時間之和。
4.4.2 工作日由不同振動量值A
i的若干段暴露時間t
i組成時,應當計算等效總暴露時間T′。
4.4.3 等效總暴露時間T′的計算方法
4.4.3.1 在A
i值的范圍內選擇一個方便的名義值A′,然后根據相應的人體全身振動允許界限標準,找出與A′相應的允許暴露時間τ′。用同樣的方法,對應每一個A
i均可找出相應的τ
i。
4.4.3.2 相對于名義值A′,每一個A
i的等效暴露時間為:

4.4.4 多軸向振動同時發生時,應當分別描述各個軸向的等效總暴露時間。
4.4.5 計算有效總暴露時間或等效總暴露時間時,其暴露期間,不論是連續的,還是間斷的,以24h為限。
5 測量位置
5.1 測量位置應當在振動傳遞給人體并與人體接觸的支撐界面上,而不是支撐結構的其他部位上。測點應當是該接觸面上最靠近中心的點。
5.2 根據人體不同體位(坐、立、臥),在確定測量位置時,首先必須確定主要支撐面(如:坐姿人的座位上),同時必須注意輔助支撐面(如:座椅的靠背)。不論主支撐面或輔支撐面,布設的測點距離人體接觸區域的中心均不應大于10cm。
5.3 如果支撐面是剛性的,即具有硬接觸面,測量可在此剛性面上進行。若支撐面是彈性的,例如在人體與振動結構之間存在座墊、靠墊等,即具有軟接觸面時,允許在人體與支撐面之間放置一定形式的剛性托板(如:一塊形狀適當的金屬片),但不能因此而影響通過支撐面傳遞給人體的振動或產生本來不存在的轉動。報告中必須注明該裝置的材料名稱、性質和有關的物理特性。
5.4 如果支撐面上的測量不可能實現時,可測支撐裝置上相應的剛性結構點。但必須測定該點與支撐面之間的傳遞特性,并在計算傳遞給人體的實際振動時予以計入。報告中應當詳細說明該傳遞系統的特性。
6 測量儀器
6.1 測量儀器一般由傳感器、放大器、指示器或記錄器及附屬裝置(如:頻率分析、計權網絡)組成。可配置合適的記錄設備(如磁帶記錄儀)以采集信號供進一步分析。
6.2 根據被測部位的實際情況,選擇適當的傳感器(靈敏度、量程范圍)。傳感器的安裝固定應符合本標準第4.1條和第5章的有關規定。傳感器靈敏軸與坐標方向軸之間的偏差應不大于10°。可采用附錄A(參考件)所示的用以固定傳感器的墊盤。
6.3 測量儀器的頻率范圍應當不小于0.1~200Hz。在此頻率范圍內應有足夠的幅值動態范圍。
6.4 1/3倍頻帶的中心頻率、邊界頻率以及濾波器的性能應當符合GB 3240和GB 3241的規定。
6.5 計權網絡的特性:對1~80Hz的振動信號計權,其頻率響應特性應與各軸向人體暴露允許界限的特性相對應,即計權網絡的插入損失應當符合下表的規定。下表為相對于人體最敏感頻率范圍的計權系數。網絡特性在兩個指定的頻率(a
Z為6.3Hz和31.5Hz,a
X、a
Y為1.25Hz和31.5Hz)上的允差應當不大于±1dB,在其他頻率范圍內應當不大于±2dB。
相對于人體敏感頻率范圍的計權系數

續表

注:人體最敏感頻率范圍:
a
Z振動:4~8Hz,a
X、a
Y振動;1~2Hz。
6.6 儀器的指示部分應具有指示峰值和均方根值的功能。時間計權的時間常數應不小于1s。積分時間應不小于60s。
6.7儀器的校準
實施測量之前,測量系統及加速度計校準系統均應處于檢定的有效期之內,并進行正確地校準(靈敏度、頻率響應特性、幅值線性度)。加速度計校準系統的誤差應不大于±3%。
7 測量條件
7.1 根據被測系統的運行條件(如:運載器的運行速度、機器的轉速),界面環境條件(如:路面、水面、高度)和載荷情況(設備和人員的負荷),首先應當選擇常規工作狀況,即系統的常規工況條件進行測量,在需要和可能的情況下,在高負荷和低負荷兩極端工作狀態及其與常規狀態之間的過渡狀態下進行測量。
7.2 支撐面上人體的體位姿勢和動作、約束條件,應當取人們通常工作活動的自然狀態。
7.3 根據測量儀器的使用條件,應當注意其他環境條件(溫度、濕度、聲場、磁場和電源等)對測量的影響。
8 測量方法
8.1 測點數目
根據實際情況布設測點,但是在主支撐面的規定范圍內必須設點。多點布設時應當同步測量。
8.2 測點方向
根據具體條件考慮測點方向。一般應進行同一測點或規定范圍內測點的X、Y、Z三向測量。
8.3 測量時間
在測量條件相對穩定狀態下,測量時間一般不得少于2min。
8.4 取值方法
測量可以使用模擬式儀表取值,也可使用數字式儀器顯示、打印。
8.4.1 峰值
在測量的時間內讀取峰值的最大值。若儀器具有峰值保持功能,則可直接取值。
8.4.2 均方根值和振級
指示器為指針顯示時,觀測時間8s。若指針穩定,可直接讀取指示量值;若指針不穩定,可讀指針擺動的中間值。記為a
i(不同序號的均方根值)或L
i (不同序號的振級),分別按照第4.3.6條和4.3.7條計算等效連續均方根值和等效連續振級。若儀器具有測定等效連續均方根值(a
eq)或等效連續振級(L
eq)的功能,則可直接取值。
9 測量報告
測量報告應包括以下內容:
a.測量場所(飛機、艦船、輪式車輛、履帶車輛、工程機械、鍛造、鑄造、沖壓機、拋沙機、落沙機等);
b.測量部位和具體位置(座艙、駕駛艙、指揮室、操作控制室、輪機室、乘員室、甲板等部位的具體位置);
c.測點布設情況(數目、方向、被測界面情況、傳感器安裝固定方式);
d.測量條件
運行條件:行駛速度、機器轉速,
界面條件;路面、水面、高度,
載荷情況;設備、人員,
被測部位人體的體位姿勢和活動狀態,
其他環境條件:溫度、濕度、聲場等;
e.可能的振動來源(發動機、動力裝置、機械間隙或不平衡);
f.測量儀器(名稱、主要性能指標)
主要性能指標;頻率響應特性、動態特性、(時間常數)、動態范圍、分辨率、均方根檢波器的精度、頻率分析和計權分析的方法和精度、計權網絡特性,
g.校準儀器(名稱、性能);
h.測量和分析結果(峰值、均方根值或等效連續均方根值、計權振級或等效連續振級);
i.測量持續時間和人體暴露時間;
j.測量過程中可能影響結果的情況說明;
k.測量日期、地點;
l.測量操作者及其技術狀況。
附錄A
固定傳感器的墊盤結構圖
(參考件)

圖A1用以固定傳感器的墊盤結構圖
附加說明:
本標準由全國機械振動和沖擊標準化技術委員會提出。
本標準由全國機械振動和沖擊標準化技術委員會歸口。
本標準由航天醫學工程研究所負責起草。
本標準主要起草人劉建忠。