МИКРОБАРОГРАФ С ЛАЗЕРНОЙ РЕГИСТРАЦИЕЙ Российский патент 2013 года по МПК G01L7/00 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в средствах регистрации колебаний атмосферного давления, генерируемых естественными и искусственными источниками (например, химическими или ядерными взрывами), находящимися на различных расстояниях.

Известны устройства - микробарографы, включающие в себя акустический датчик, состоящий из чувствительного элемента и преобразователя колебаний чувствительного элемента в электрический сигнал, электрический усилитель и регистратор [1, 2].

Наиболее близкими по техническим признакам к настоящему микробарографу являются микробарографы [3, 4], а прототипом микробарограф [5], в котором чувствительный элемент выполнен в виде горизонтального уравновешенного маятника с двумя разнесенными относительно оси качаний инертными массами, одна из которых является монолитной, а вторая пустотелой герметичной и имеющей больший объем и меньшую массу, чем монолитная, причем для уравновешивания маятника длина плеча пустотелой массы больше плеча монолитной массы, причем в пустотелую большую массу введен малый воздушный капилляр, и вся маятниковая система с параметрическим преобразователем помещена в объемный контейнер, имеющий контакт с внешней средой через большой воздушный капилляр. В качестве преобразователя такого датчика может использоваться, например, переменный конденсатор, одной из пластин (группы пластин) которого является подвижная пластина (группа пластин), скрепленная с инертной массой на большем плече маятника, а второй -измерительная пластина (группа пластин), скрепленная с внутренней поверхностью контейнера параллельно подвижной пластине.

При изменении атмосферного давления на пустотелую с большим объемом массу в соответствии с законом Архимеда воздействует большая сила выталкивания или опускания, чем на монолитную массу, что приводит к колебаниям маятника в определенном частотном диапазоне (за счет применения капилляров) и изменению сопротивления конденсатора, а, следовательно, падению напряжения на нем в соответствии с колебаниями давления. В дальнейшем изменяющееся в соответствии с колебаниями давления напряжение усиливается электрическим усилителем и регистрируется самописцем или иным регистратором.

Недостатки данного микробарографа связаны с конструктивными особенностями и характеристиками используемых конденсаторов, таких как удельная емкость, номинальное напряжение, саморазряд, пьезоэффект и др. Аналогичные недостатки имеют и все другие параметрические преобразователи (индуктивные и прочие), что приводит к изменениям напряжения не полностью соответствующим колебаниям атмосферного давления.

Задачей изобретения является создание микробарографа, обеспечивающего получение технического результата, состоящего в повышении точности преобразования колебаний атмосферного давления с регулируемой полосой пропускания.

Этот технический результат в предлагаемом микробарографе, содержащем горизонтальный уравновешенный маятник с двумя разнесенными относительно оси качаний инертными массами, одна из которых является монолитной, а вторая пустотелой герметичной и имеющей больший объем и меньшую массу, чем монолитная, причем для уравновешивания маятника длина плеча пустотелой массы больше плеча монолитной массы, малый воздушный капилляр, введенный в пустотелую массу и контейнер с большим воздушным капилляром, в который помещается сам горизонтальный уравновешенный маятник, достигается тем, что в качестве преобразователя колебаний на пустотелую массу укрепляется LCCD-линейка, а на внутренней поверхности контейнера - лазер, таким образом, что траектория лазерного луча при качании плеча маятника будет проходить точно вдоль LCCD-линейки. Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображены: К - контейнер, L1 - большой капилляр, M1 - монолитная масса, R1 - ее плечо, М2 - пустотелая масса, R2 - ее плечо, L2 - малый капилляр, 1 - LCCD-линейка, 2 - лазерная установка.

Устройство работает следующим образом. При колебаниях атмосферного давления в контейнер через большой капилляр L1 проходят относительно низкочастотные колебания, так как акустическое сопротивление капилляра возрастает с увеличением частоты колебаний. Таким образом, первый большой капилляр L1 пропускает сигналы нижних частот и не пропускает (подавляет) помеховые колебания верхних частот. Из всей суперпозиции частот, прошедших в контейнер К, через малый капилляр L2 пустотелой массы М2 также будут проникать только самые низкочастотные колебания, и, в этом случае, давление внутри пустотелой массы М2 практически будет равно давлению в контейнере К, и маятниковая система останется в покое. Реагировать маятниковая система будет только на высокочастотные составляющие низкочастотных волн, прошедших в контейнер К, то есть пустотелая масса М2 в соответствии с законом Архимеда будет опускаться или подниматься только в некотором диапазоне частот, который будет определяться объемами контейнера К и пустотелой массы М2 и длинами и (или) радиусами капилляров L2, L1. В итоге, колебания маятника приводят к изменению положения LCCD-линейки 1, перемещению луча лазера по ней и получению на выходе LCCD-линейки 1 цифрового сигнала, который может подаваться для дальнейшей обработки в ЭВМ.

Сравнительный анализ с наиболее близким по техническим признакам микробарографом [5] показал, что заявленное изобретение позволяет повысить точность преобразования колебаний атмосферного давления определенного частотного диапазона, то есть микробарографа, за счет применения лазерной установки и LCCD-линейки, что было невозможно в прототипе. Следовательно, техническое решение соответствует критерию "новизна".

Кроме того, так как заявленный технический результат достигается введением всей совокупности существенных признаков, что в известной патентной и научной литературе не обнаружено на дату подачи заявки, изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Источники информации

1. Техническое описание на изделие приема, регистрации и автоматизированной обработки колебаний атмосферного давления (микробарограф) К-303-А. - М.: Министерство Обороны, 1985.

2. Техническое описание на изделие, предназначенное для приема колебаний атмосферного давления (микробарограф) К-304-А. - М.: Министерство обороны, 1984.

3. Авторское свидетельство SU 1624287 от 30.01.1991. G01L 7/12, 4 с.

4. Авторское свидетельство SU 569885 от 25.08.1977. G01L 7/12, 3 с.

5. Патент на изобретение №2376562 от 20.12.2009. G01L 7/12, 3 с.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в средствах регистрации колебаний атмосферного давления, генерируемых естественными и искусственными источниками (например, химическими или ядерными взрывами). Техническим результатом является повышение точности преобразования колебаний атмосферного давления с регулируемой полосой пропускания. Микробарограф содержит горизонтальный уравновешенный маятник с двумя разнесенными инертными массами, одна из которых является пустотелой. Малый воздушный капилляр введен в пустотелую массу. Микробарограф содержит контейнер с большим воздушным капилляром, в который помещается сам горизонтальный уравновешенный маятник. Преобразователь колебаний маятниковой системы в цифровой сигнал выполнен путем установки на пустотелую массу LCCD-линейки, а на внутреннюю поверхность контейнера-лазера. Траектория луча при качании маятника будет проходить точно вдоль LCCD-линейки. 1 ил.

Микробарограф с лазерной регистрацией, содержащий горизонтальный уравновешенный маятник с двумя разнесенными относительно оси качаний инертными массами, одна из которых является монолитной, а вторая пустотелой и имеющей больший объем и меньшую массу, чем монолитная, причем длина плеча пустотелой массы больше плеча монолитной массы, малый воздушный капилляр, введенный в пустотелую массу и контейнер с большим воздушным капилляром, в который помещается сам горизонтальный уравновешенный маятник, отличающийся тем, что на пустотелую массу укрепляется LCCD-линейка, а на внутреннюю поверхность контейнера - лазер, таким образом, что траектория лазерного луча при качании маятника будет проходить точно вдоль LCCD-линейки.