УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНФРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к области измерения инфразвуковых колебаний газообразной или жидкой среды.
Известно устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее корпус и чувствительный элемент, связанный с окружающей средой и средой внутри корпуса [1].
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому (прототипом) является устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее корпус, чувствительный элемент, связанный с окружающей средой и средой внутри корпуса, и последовательно соединенные чувствительный элемент, датчик перемещения чувствительного элемента, полосовой усилитель и демодулятор, подключенный к аналоговому выходу устройства, а также генератор, подключенный к датчику перемещения чувствительного элемента и демодулятору [2].
Недостатком прототипа является то, что устройство не обеспечивает требуемой точности измерений из-за недостаточного динамического диапазона и отсутствия калибровки, в том числе при использовании акустических фильтров.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является повышение точности измерения.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее акустический фильтр в виде N секций (N≥1), связанный с корпусом, чувствительный элемент, связанный с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные чувствительный элемент, датчик перемещения чувствительного элемента, полосовой усилитель, и демодулятор, подключенный к аналоговому выходу устройства, а также генератор, подключенный к датчику перемещения чувствительного элемента и демодулятору, дополнительно содержит последовательно соединенные управляемый генератор, управляемый делитель напряжения и первый ключ, последовательно соединенные фильтр, сумматор, первый усилитель и первый преобразователь электрического сигнала в механические колебания, связанный с чувствительным элементом, а для каждой из N секций - последовательно соединенные (N+1) ключ, (N+1) усилитель и (N+1) преобразователь электрического сигнала в механические колебания, установленный на входе в N секцию, причем вход фильтра подключен к выходу демодулятора, входы ключей подключены к выходу управляемого делителя напряжения, второй вход сумматора подключен к выходу первого ключа, а управляющими входами ключи, управляемый делитель напряжения и управляемый генератор подключены ко входам управления устройства.
На фиг.1 представлено устройство, обеспечивающее требуемый технический результат.
Принятые обозначения:
1 - акустический фильтр; 2 - секция акустического фильтра; 3 - корпус; 4 - чувствительный элемент; 5 - датчик; 6 - полосовой усилитель; 7 - демодулятор; 8 - аналоговый выход устройства; 9 - генератор; 10 - управляемый генератор; 11 - управляемый делитель напряжения; 12 - первый ключ; 13 - фильтр; 14 - сумматор; 15 - первый усилитель; 16 - первый преобразователь электрического сигнала в механические колебания; 17 - (N+1) ключ; 18 - (N+1) усилитель; 19 - (N+1) преобразователь электрического сигнала в механические колебания; 20 - первый вход управления; 21 - второй вход управления; 22 - третий вход управления; 23 - четвертый вход управления.
Устройство, представленное на фиг.1, содержит акустический фильтр 1 с секциями акустического фильтра 2; корпус 3, чувствительный элемент, связанный с окружающей средой и средой внутри корпуса 3, последовательно соединенные чувствительный элемент 4, датчик 5 перемещения чувствительного элемента 4, полосовой усилитель 6, и демодулятор 7, подключенный к аналоговому выходу 8 устройства, а также генератор 9, подключенный к датчику 5 перемещения чувствительного элемента 4 и демодулятору 7, последовательно соединенные управляемый генератор 10, управляемый делитель напряжения 11 и первый ключ 12, последовательно соединенные фильтр 13, сумматор 14, первый усилитель 15 и первый преобразователь 16 электрического сигнала в механические колебания, связанный с чувствительным элементом 4, а для каждой из N секции - последовательно соединенные (N+1) ключ 17, (N+1) усилитель 18 и (N+1) преобразователь 19 электрического сигнала в механические колебания, установленный на входе в N секцию, причем вход фильтра 13 подключен к выходу демодулятора 7, входы ключей 17 подключены к выходу управляемого делителя напряжения, второй вход сумматора подключен к выходу первого ключа, причем управляющие входы управляемого генератора 10, управляемого делителя напряжения 11, и ключей подключены ко входам управления.
На фиг.1 представлены пунктиром второй ключ 17, второй усилитель 18 и второй преобразователь 19 для второй секции акустического фильтра с целью пояснения их подключения. Аналогично подключаются указанные блоки для третьей, четвертой и последующих секций. Число секций ограничивается обычно возможностями аппаратуры и целесообразностью.
Устройство, представленное на фиг.1, работает следующим образом.
Акустический фильтр 1 с секциями 2 связан с корпусом 3. Чувствительный элемент 4 закреплен в корпусе 3 между окружающей средой и корпусом, содержащим опорную среду, так, что изменения давления окружающей среды приводят к смещению чувствительного элемента 4, в качестве которого могут быть использованы мембрана, сильфон или пластинка на подвесе. Смещение чувствительного элемента 4 относительно нейтрального положения приводит к изменению параметра (амплитуда, частота, фаза, длительность импульса) электрического сигнала на выходе датчика 5, на который электрический сигнал поступает от генератора 9. С выхода датчика 5 сигнал поступает через полосовой усилитель 6 на демодулятор 7, на который также подается опорный сигнал от генератора 9, благодаря чему на выходе демодулятора 7, подключенном к аналоговому выходу 8 устройства, формируется аналоговый сигнал, амплитуда которого зависит от смещения чувствительного элемента 4. С выхода демодулятора 7 аналоговый сигнал поступает на фильтр 13, формирующий требуемую частотную характеристику устройства и далее, через сумматор 14, поступает на первый усилитель 15, обеспечивающий требуемую амплитуду сигнала для работы первого преобразователя 16 электрического сигнала в механические колебания. Первый преобразователь 16 электрического сигнала в механические колебания связан с чувствительным элементом 4 механически или воздействует на чувствительный элемент 4 через среду, вызывая его перемещения. Таким образом осуществляется отрицательная обратная связь, уменьшающая перемещение чувствительного элемента 4, увеличивающая динамический диапазон устройства и расширяющая частотный диапазон. Это повышает точность измерения в более широком диапазоне амплитуд входных инфразвуковых сигналов. Кроме того, для повышения точности измерений предусмотрена калибровка устройства эталонными синусоидальными инфразвуковыми сигналами. Для этого с выхода управляемого генератора 10 через управляемый делитель напряжения 11, и первый ключ 12 на второй вход сумматора 14 поступает синусоидальный сигнал, амплитуда которого изменяется от нуля до максимального значения путем изменения напряжения на управляющем входе 21, а частота изменяется при изменении напряжения на управляющем входе 20. При подаче напряжения на управляющий вход 22 первый ключ 12 замыкается и подает калибровочный сигнал от управляемого генератора 10 через сумматор 14 и первый усилитель 15 на первый преобразователь 16 электрического сигнала в механические колебания, формирующий эталонные синусоидальные инфразвуковые сигналы.
При изменении амплитуды и частоты управляемого генератора 10 путем изменения напряжения на входах 21, 20, по напряжению на выходе 8, известным характеристикам звеньев и известному напряжению и частоте генератора 10 проводится расчет амплитудной и амплитудно-частотной характеристик устройства.
При снятии сигнала с управляющего входа 22 и подаче на управляющий вход 23, второй ключ 17 замыкается и подает калибровочный сигнал от управляемого генератора 10 через второй усилитель 18 на второй преобразователь 19 электрического сигнала в механические колебания, формирующий эталонные синусоидальные инфразвуковые сигналы.
При изменении амплитуды и частоты управляемого генератора 10 путем изменения напряжения на входах 21, 20, по напряжению на выходе 8, известным характеристикам звеньев и известному напряжению и частоте генератора 10 проводится расчет амплитудной и амплитудно-частотной характеристик устройства в целом, включая акустический фильтр (если включены все ключи 17) или отдельные секции. Это позволяет выявлять изменения, связанные с засорением или повреждением отдельных секций акустического фильтра.
Первый преобразователь 16 может быть установлен также с другой стороны чувствительного элемента 4, на корпусе или на перегородке между отсеками.
Источники информации
1 К.В.Кислов, Ю.А.Колесников, А.Ю.Марченков, Ю.О.Старовойт, Микробарометр, Авторское свидетельство SU 1769172A1, G01V 1/16, G01L 23/00, 1990.
2 Микробарометр MB 2000, Техническое описание, Microbarometre MB 2000, Technical manual, Departement Analyse et Surveillance de L'Environnement (DASE), 1998