УСТРОЙСТВО КАЛИБРОВКИ ПЕРВИЧНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована при калибровке первичных акустических преобразователей (микрофонов).
В настоящее время, известны различные устройства, с помощью которых осуществляется калибровка первичных акустических преобразователей. Откалиброванный микрофон устанавливают в рабочую точку поля, настраивают генератор на реперную частоту, снимают показания вольтметра и отчет по магазину затухания. Аналогичные операции проводят с калибруемым микрофоном. На основе имеющихся значений уровня чувствительности откалиброванного микрофона, а также полученных показаний вычисляют уровень чувствительности калибруемого микрофона. (Метод описан, например, в ГОСТ 8.153-75. Микрофоны измерительные конденсаторные. Методы и средства поверки. - М.: Государственный комитет стандартов Совета Министров СССР, 1975. - 13 с.). Недостатком подобных устройств является сильная зависимость фонового уровня шума от демпфирующего материала «заглушенной камеры», что значительно снижает точность измерений.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, описанное в стандарте IEC 61094-5:2001 Measurement microphones - Part 5: Methods for pressure calibration of working standard microphones by comparison, 35 p.
Устройство содержит безэховую камеру, два источника питания, звуковой анализатор спектра, коммутатор, эталонный микрофон.
Безэховая камера включает динамик, расположенный в верхнем куполе. Через динамик осуществляется одновременная подача звукового давления на эталонный и калибруемый микрофоны. Нижняя часть безэховой камеры заполнена звукопоглощающим материалом для устранения влияния отраженного звука в рабочей области на результаты измерений.
Источники питания подают напряжение питания на эталонный и калибруемый микрофоны.
Звуковой анализатор содержит два входных измерительных канала. По ним звуковой анализатор измеряет отношение выходных напряжений эталонного и калибруемого микрофонов.
Коммутатор переключает измерительные каналы звукового анализатора спектра при повторном измерении, при котором микрофонные капсюли меняются местами, а полученные значения отношений напряжений усредняются.
Эталонный и калибруемый микрофоны подвергаются воздействию одного и того же звукового давления, создаваемого динамиком, так что отношение выходных напряжений холостого хода микрофонов эквивалентно отношению их чувствительностей по давлению. Измерение этого отношения напряжений позволяет определить чувствительность по давлению калибруемого микрофона, зная чувствительность по давлению эталонного микрофона.
Устройство-прототип имеет существенный недостаток. Каждый источник питания микрофона отличается от другого метрологическими характеристиками, в-первую очередь, инструментальной погрешностью. Поэтому напряжения, подаваемые на эталонный и калибруемый микрофоны, различаются даже при одинаковом задаваемом значении напряжения на источниках питания микрофонов, что приводит к значительному снижению точности измерений.
В результате известные устройства имеют недостаточную точность результатов измерений.
Задачей данной полезной модели является повышение точности результатов измерений.
Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее безэховую камеру, звуковой анализатор спектра, эталонный микрофон, введены вместо двух источников питания и коммутатора двухканальный генератор, осуществляющий питание эталонного и калибруемого микрофонов, ЭВМ с программным обеспечением, осуществляющим управление звуковым анализатором спектра и двухканальным генератором и обработку измерительной информации, переключающий контакт, соединяющий двухканальный генератор либо со звуковым анализатором спектра, либо с калибруемым микрофоном, замыкающий контакт, соединяющий или разъединяющий эталонный микрофон и звуковой анализатор спектра.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства калибровки первичных акустических преобразователей.
На фиг. 1 обозначены: безэховая камера 1, звуковой анализатор спектра 2, двухканальный генератор 3, ЭВМ с программным обеспечением 4, эталонный микрофон 5, переключающий контакт 6, замыкающий контакт 7.
Блоки устройства работают следующим образом.
Эталонный микрофон 5 соединяется с калибруемым микрофоном с помощью безэховой камеры 1. Используя эталонный микрофон 5 в качестве источника звука, запитываемого от двухканального генератора 3, а калибруемый микрофон в качестве приемника, с помощью звукового анализатора спектра 2 измеряется электрический передаточный импеданс. При этом переключающий контакт 6 соединяет звуковой анализатор спектра 2 и двухканальный генератор 3, замыкающий контакт 7 разомкнут. Зная акустический передаточный импеданс системы, состоящей из эталонного микрофона 5 и калибруемого микрофона, определяется произведение чувствительностей по давлению.
От динамика безэховой камеры 1 на эталонный микрофон 5 и калибруемый микрофон воздействует одинаковое звуковое давление. Отношение двух выходных напряжений, измеренное звуковым анализатором спектра 2, равно отношению чувствительностей по давлению эталонного микрофона 5 и калибруемого микрофона. При этом переключающий контакт 6 соединяет двухканальный генератор 3 и калибруемый микрофон, замыкающий контакт 7 замкнут. Из произведения чувствительностей по давлению и отношения чувствительностей по давлению эталонного микрофона 5 и калибруемого микрофона определяется чувствительность по давлению калибруемого микрофона.
ЭВМ с программным обеспечением 4 через управляющий вход устройства соединена с двухканальным генератором 3 и через него осуществляет управление подачей питания на эталонный и калибруемый микрофоны, соединена через приборный интерфейс устройства со звуковым анализатором спектра 2 и через него осуществляет сбор измерительной информации и расчет чувствительности по давлению калибруемого микрофона.
Принцип действия устройства заключается в следующем.
Во-первых, предполагают, что два микрофона соединены между собой с помощью камеры связи. Определяют произведение значений чувствительностей по давлению этих микрофонов.
Во-вторых, предполагают, что на оба микрофона воздействует одинаковое звуковое давление от вспомогательного источника звука, тогда отношение двух выходных напряжений равно отношению чувствительностей по давлению этих микрофонов. Таким образом, из произведения и отношения чувствительностей по давлению этих двух микрофонов можно определить значение чувствительностей каждого из двух микрофонов.
В заявленном устройстве осуществлен ряд технических решений по сравнению с аналогичными устройствами. Двухканальный генератор подает одинаковое напряжение питания на эталонный и калибруемый микрофоны, что исключает влияние измерительных каналов звукового анализатора спектра и эффекта электрической нагрузки предусилителей. Это может быть устройство любого типа.
Расстояние между микрофонами выбирается менее одной десятой длины волны, например, 1,7 мм при частоте 20 кГц. Такое расстояние обеспечивает равенство звукового давления, воздействующего на эталонный и калибруемый микрофоны.
Для обмена информацией с ЭВМ в качестве приборного интерфейса в зависимости от типа звукового анализатора спектра и двухканального генератора могут быть выбраны, например, RS-232C, LAN, GPIB.
В отличие от прототипа, в предлагаемом устройстве расчет чувствительности по давлению калибруемого микрофона осуществляется с помощью ЭВМ с программным обеспечением, тем самым снижается субъективная погрешность вычислений.
Таким образом, применение предлагаемого практического решения позволяет повысить точность измерений.
Данная полезная модель является промышленно применимой при калибровке первичных акустических преобразователей (микрофонов).