СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ШУМА В БАРОКАМЕРАХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01H17/00 

Изобретение относится к области акустических измерений, преимущественно для измерения уровней эксплуатационного шума в отсеках водолазных и медицинских барокамер, подвергаемых акустической аттестации, а также в бароаппаратах и других объектах, отличающихся переменными эксплуатационными величинами удельного акустического (волнового) сопротивления газовой среды.

Изменение волнового сопротивления газовой среды в барокамерах связано с особенностями режимов их эксплуатации и обусловлено изменениями статического давления, температуры и газового состава этой среды, что приводит к определенным трудностям при измерении шума в отсеках барокамер.

Известен способ акустических измерений в барокамерах, не требующий корректировки результатов измерений, связанных с изменением физических параметров газовой среды, а также устройство для реализации этого способа, состоящее из приемника звука пьезокерамического типа, установленного внутри барокамеры и соединенного микрофонными кабелями через электрогермоввод с усилительными, анализирующими и индикаторными приборами, размещенными снаружи ее корпуса [1]
Недостатком данного способа и устройства является низкая чувствительность приемников звукового давления пьезокерамического типа (порядка 100 МкВ/Па против 100 МВ/Па для других типов приемников) и высокий уровень собственных шумов пьезокерамики, не позволяющих достоверно производить измерения уровней звука в газах ниже 80 дБ.

В качестве прототипа выбран способ измерения шума в барокамерах с корректировкой результатов в зависимости от изменения характеристик приемника звука, работающего при переменных физических параметрах газовой среды, путем предварительной градуировки используемого приемника в гипербарическом газе, параметры которого соответствуют исследуемому эксплуатационному режиму барокамеры [2] Устройство для реализации данного способа состоит из электроакустического приемника звука конденсаторного типа, микрофонных кабелей, преобразовательных, анализирующих и индикаторных приборов, а также средств моделирования эксплуатационного режима барокамеры и калибровки измерительного приемника звука калибровочных барокамеры и источника звука, средств поддержания и контроля параметров газовой среды. Непосредственно перед измерением шума в исследуемой барокамере используемый микрофон калибруется одним из стандартных способов [3] в калибровочной барокамере, параметры газовой среды которой соответствуют параметрам среды на эксплуатационном режиме исследуемой барокамеры. Данная процедура ввиду своей сложности выполняется в лабораторных условиях. Определенные при калибровке коэффициенты изменения чувствительности микрофона учитываются путем корректировки амплитудно-частотной характеристики шума, измеренной этим микрофоном на эксплуатационном режиме барокамеры.

Недостатком данного способа является невозможность его использования для оперативного измерения шума в гипербарических объектах, установленных на мобильных носителях, например судах, автотранспорте и т.п. ввиду сложности создания и поддержания эксплуатационных параметров газовой среды в калибровочной барокамере и трудоемкости процесса предварительной калибровки, требующего значительных затрат времени и материальных средств.

Целью изобретения является обеспечение оперативного измерения шума в барокамерах, установленных на мобильных объектах, без предварительной калибровки приемника звука в калибровочной барокамере.

Поставленная цель достигается тем, что калибровка звука производится непосредственно в исследуемой барокамере с помощью калибровочного источника звука, установленного также внутри барокамеры и образующего с приемником звука общий измерительный тракт, при этом измерения производятся в следующей последовательности: при атмосферном давлении в исследуемой барокамере, а также после вывода ее на эксплуатационный режим и создания соответствующих параметров газовой среды на калибровочный источник звука в исследуемых частотных полосах подаются фиксированные по амплитуде калибровочные сигналы с генератора синусоидальных напряжений и фиксируются показания измерительного тракта, соответственно N_ко и N_кр (дВ), затем калибровочный источник отключается и производится измерение амплитудно-частотной характеристики шума с фиксированием величин звукового давления L_р (дБ), после чего расчетным путем определяются истинные значения звуковых давлений (L_ри), учитывающие изменение характеристики чувствительности приемника звука.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для измерения уровня шума в барокамере калибровочный источник звука также установлен внутри барокамеры на одной оси с измерительным приемником звука, соединен кабелем с генератором синусоидальных напряжений и образует с приемником звука общий измерительный тракт, при этом генератор синусоидальных напряжений смонтирован в блоке с измерительным прибором снаружи барокамеры.

Калибровочный источник звука устанавливается от измерительного приемника звука на расстоянии не менее r = 2D²/λ, м (где D диаметр приемника; λ длина звуковой волны калибровочного сигнала).

В качестве калибровочного источника звука может быть использован малогабаритный электроакустический преобразователь пьезокерамического типа или капсюль, аналогичный капсюлю измерительного приемника звука конденсаторного типа.

Схема устройства для измерения уровней звукового давления в барокамерах при повышенном давлении газовой среды представлена на чертеже.

Устройство состоит из измерительного узла 1, включающего измерительный приемник звука (микрофон) 2 конденсаторного типа и установленный на его оси с помощью штатива 3 на расстоянии "r" калибровочный источник звука 4, которые с помощью микрофонных кабелей 5 и 6, через электрогермоввод 7 корпуса барокамеры 8, соединены с входом микрофонного усилителя 9, узкополосным частотным фильтром 10, генератором синусоидальных напряжений 11 и индикаторным блоком 12, которые для удобства могут быть смонтированы в одном корпусе в виде переносного измерительного прибора 13.

Для измерения уровней звукового давления в исследуемом частотном диапазоне шума в газовой среде барокамеры предлагаемым способом выполняются следующие операции.

Измерительный узел 1 размещается в исследуемом месте отсека барокамеры 8, с помощью кабелей 5 и 6 через электрогермоввод 7 барокамеры 8 подключается к измерительному прибору 13. При атмосферном давлении производится калибровка измерительного приемника звука 2 в исследуемом диапазоне частот шума, для чего с генератора 11 подаются узкополосные синусоидальные сигналы на калибровочный источник звука 4, при этом с помощью усилителя 9, узкополосного фильтра 10 и индикаторного блока 12 фиксируются полученные показания измерительного тракта (N_ко, дБ).

После выведения барокамеры 8 на эксплуатационный режим, создания соответствующих ему параметров газовой среды производится калибровка измерительного приемника звука 2 указанным выше образом при выключенных штатных источниках звука, при этом также фиксируются показания измерительного тракта (N_кр, дБ).

На эксплуатационном режиме барокамеры, при работе ее штатных источников звука и отключенном калибровочном источнике звука 4, производится измерение амплитудно-частотной характеристики эксплуатационного шума. При этом в исследуемом частотном диапазоне фиксируются измеренные величины звуковых давлений (L_р, дБ), не учитывающие изменения характеристики чувствительности измерительного приемника звука 2, связанные с изменением волнового сопротивления газовой среды.

Истинные значения уровней звуковых давлений (L_ри, дБ) в исследуемых частотных полосах шума в барокамерах определяются на основании проведенных замеров расчетным путем по формуле:
L_ри= L_р- 20lgM + ΔM, дБ
где 20 lgM паспортная чувствительность используемого измерительного звука, дБ;
ΔM поправка на изменение чувствительности измерительного приемника звука в среде повышенного статического давления, дБ;
ΔM = (N_ко- N_кр) + (20lgρ_рC_p- 20lgρ_oC_o)- при использовании в качестве калибровочного источника звука преобразователя, выходные характеристики которого не зависят от параметров среды, например преобразователя пьезокерамического типа;
при использовании в качестве калибровочного источника звука капсюля, аналогичного капсюлю измерительного приемника звука конденсаторного типа, поправка ΔM умножается на 0,5;
ρ_oC_o, ρ_рC_р волновые сопротивления атмосферного воздуха и гипербарической среды, Па•с/м (заранее рассчитаны для номинальных эксплуатационных режимов и принимаются по данным таблиц).

Преимущества предлагаемого способа и устройства для измерения уровней эксплуатационного шума в барокамерах по сравнению с прототипом заключаются в возможности проведения оперативных акустических измерений в барокамерах, установленных на мобильных объектах, повышении точности измерений, снижении материальных затрат и времени на предварительную градуировку измерительного приемника звука путем проведения его градуировки на эксплуатационном режиме исследуемой барокамеры, непосредственно перед измерениями уровня шума.

Использование: в области акустических измерений, преимущественно для измерения уровней эксплуатационного шума в отсеках водолазных и медицинских барокамер, подвергаемых акустической аттестации, а также в бароаппаратах и других объектах. Сущность изобретения состоит в исключении предварительной калибровки используемого приемника звука в калибровочной барокамере за счет ее выполнения непосредственно в исследуемой барокамере с помощью калибровочного источника звука. На основе калибровочных измерений, последовательно производимых при атмосферном давлении воздуха и на эксплуатационном режиме исследуемой барокамеры, а также известных акустических характеристик газовых сред расчетным путем определяются уровни звукового давления шума в барокамере, учитывающие изменения чувствительности приемника звука в гипербарической газовой среде. Устройство для реализации данного способа содержит установленные внутри барокамеры на одной оси, на определенном (малом) расстоянии друг от друга, измерительный приемник и калибровочный источник звука, соединенные с помощью кабелей соответственно с измерительным прибором и генератором синусоидальных напряжений, смонтированных в одном блоке снаружи барокамеры. В качестве калибровочного источника звука используется малогабаритный электроакустический преобразователь пьезокерамического типа или капсюль, аналогичный капсюлю измерительного приемника звука конденсаторного типа. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ измерения уровня шума в барокамерах, заключающийся в калибровке измерительного приемника звука, измерении амплитудно-частотных характеристик шума на эксплуатационном режиме исследуемой барокамеры и последующей корректировке по результатам калибровки измеренных характеристик шума, отличающийся тем, что калибровка приемника звука производится непосредственно в исследуемой барокамере с помощью калибровочного источника звука, установленного также внутри барокамеры и образующего с приемником звука общий измерительный тракт, при этом измерения производятся в следующей последовательности: при атмосферном давлении в исследуемой барокамере, а также после вывода ее на эксплуатационный режим и создания соответствующих параметров газовой среды на калибровочный источник звука в исследуемых частотных полосах подаются фиксированные по амплитуде калибровочные сигналы с генератора синусоидальных напряжений и фиксируются показания измерительного тракта, соответственно N_ко и N_кр (дБ), затем калибровочный источник звука отключается и производится измерение амплитудно-частотной характеристики шума с фиксированием величин звукового давления L_р (дБ), после чего расчетным путем определяются истинные значения звуковых давлений (L_ри) по формуле
L_ри = L_p - 20lgM + ΔM, дБ,
где 20 lg M паспортная чувствительность используемого измерительного приемника звука, дБ;
ΔM - поправка на изменение чувствительности измерительного приемника звука в среде повышенного статического давления, дБ;
ΔM = (N_ко - N_кр) + (20lgρ_pC_p - 20lg_oC_o) - при использовании в качестве калибровочного источника звука преобразователя, выходные характеристики которого не зависят от параметров среды, например преобразователя пьезокерамического типа; при использовании в качестве калибровочного источника звука капсюля, аналогичного капсюлю измерительного приемника звука конденсаторного типа, поправка ΔM умножается на 0,5;
ρ_oC_o, ρ_pC_p - волновые сопротивления атмосферного воздуха и гипербарической среды, Па•с/м (заранее рассчитаны для номинальных эксплуатационных режимов и принимаются по данным таблиц). 2. Устройство для измерения уровня шума в барокамере, содержащее измерительный приемник звука конденсаторного типа, установленный внутри исследуемой барокамеры и соединенный микрофонным кабелем, пропущенным через эпектрогермоввод, с измерительным прибором в виде микрофонного усилителя, узкополосного частотного фильтра и индикаторного блока, отличающееся тем, что в нем калибровочный источник звука также установлен внутри барокамеры на одной оси с приемником звука, соединен кабелем с генератором синусоидальных напряжений и образует с приемником звука общий измерительный тракт, при этом генератор синусоидальных напряжений смонтирован в блоке с измерительным прибором снаружи барокамеры. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что калибровочный источник звука устанавливается от измерительного приемника звука на расстоянии r = 2D²/λ, м (где D диаметр приемника; λ - длина звуковой волны калибровочного сигнала). 4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что в качестве калибровочного источника звука используется малогабаритный электроакустический преобразователь пьезокерамического типа. 5. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что в качестве калибровочного источника звука используется капсюль, аналогичный капсюлю измерительного приемника звука конденсаторного типа.