ИНФРАЗВУКОВОЙ МИКРОБАРОМЕТР Российский патент 2019 года по МПК G01H11/00 

Изобретение относится к измерительным приборам и может быть использовано для измерения инфразвуковых колебаний в диапазоне от 0,01 ГЦ до 10 Гц и преобразования их в электрический сигнал. Конструкция МБ должна обеспечивать фильтрацию длиннопериодных колебаний атмосферного давления и колебания звуковой частоты.

Известен микробарометр индукционного типа МВ2000 («Martec Tekelec Systems», Франция; см.: Elements of an Operational System. First International Workshop on Acoustic Remote Sensing of Volcanoes. - Quito, Ecuador, January 22, 2006). Принцип действия основан на деформации пластин анероидного барометра пропорционально изменению атмосферного давления. Для измерения степени деформации применен датчик смещения на основе LVDT (линейный трансформатор с переменным коэффициентом передачи).

Известны аналогичные друг другу по конструкции микробарометры конденсаторного типа: микробарометр Метеорологического института Королевства Нидерланды (KNMI; см.: L.G. Evers. The inaudible symphony: on the detection and source identification of atmospheric infrasound. - Gildeprint B.V., Enschede, Netherlands, 2008. - C. 13-15) и принятый в качестве прототипа К-304-АМ1.1 (НТЦ «Географические измерения», Новосибирск. 2013; ISGM-03M - экспортный вариант: http://ntcgi.ru/products/differential-mikrobarometr-isgm-03m.php). Конструкция микробарометров содержит приемную и опорную камеры, разделенные мембраной и соединенные дросселем. Дроссель и объемы приемной и опорной камеры образуют фильтр верхних частот. Принцип действия заключается в том, что деформируемая под действием атмосферного давления мембрана создает совместно с неподвижным электродом микробарометра плоский конденсатор, емкость которого изменяется пропорционально изменению амплитуды инфразвуковых колебаний в определенном диапазоне. Колебательный контур, в состав которого входит данный конденсатор, управляет частотой генератора.

Сложностью конструкции известных микробарометров является использование анероидной коробки и датчика смещения или, в другом исполнении, необходимостью формирования колебательного контура, в состав которого входит плоский конденсатор.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции микробарометра, фильтрация длиннопериодных колебаний атмосферного давления и колебания звуковой частоты и обеспечение защиты от перегрузок давлениями, превышающими измеряемые давления.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:

1 - приемная камера;

2 - опорная камера;

3 - мембрана;

4 - ограничители хода мембраны;

5 - шток;

6 - мембранно-рычажный тензопреобразователь;

7, 8 - дроссели с акустическими сопротивлениями R1 и R2.

Устройство работает следующим образом:

Для компенсации длиннопериодных колебаний атмосферного давления применен фильтр верхних частот, для чего приемная камера соединена с опорной камерой капилляром с акустическим сопротивлением R1. Тензопреобразователь, связанный с измерительной мембраной штоком, преобразует разность давлений между приемной и опорной камерами в электрический сигнал. С одной стороны на измерительную мембрану действует входное давление, равное сумме постоянного атмосферного Р_А и измеряемого переменного Р_И. На другую сторону мембраны действует давление опорной камеры, которое выравнивается с давлением в приемной камере за счет перетекания воздуха через капилляр. Параметры капилляра рассчитываются таким образом, чтобы на частотах выше 0,01 Гц перетекание давления было незначительным, и давление в опорной камере равнялось атмосферному Р_А. В этом случае дифференциальное давление, приложенное к мембране, будет равно Ри. Мембрана обеспечивает возможность измерения малых давлений, равных единицам паскаля. При возникновении перегрузок мембрана ложится на упоры.

Параметры капилляра (диаметр и длина) выбираются исходя из требования обеспечить величину нижней граничной частоты 0,01 Гц: чем больше акустическое сопротивление капилляра R1, тем ниже граничная частота.

Нижняя граничная частота вычисляется по формуле

где: τ - постоянная времени, τ=R_a⋅С_а;

R_a - акустическое сопротивление,

μ - вязкость воздуха;

Т - температура воздуха;

- длина капилляра;

r - радиус капилляра;

С_а- акустическая емкость,

V₀ объем опорной камеры;

Р_а - атмосферное давление.

Для компенсации акустических воздействий звуковой частоты и ветровых помех (подавления высокочастотных составляющих) применен фильтр нижних частот, для чего опорную камеру предлагается разделить на два объема, соединенных между собой вторым капилляром с акустическим сопротивлением R2. Чем меньше акустическое сопротивление капилляра R2, тем выше граничная частота. Параметры капилляра R2 рассчитываются по формулам, приведенным выше, исходя из требования обеспечить частоту среза порядка 15-20 Гц.

Изобретение относится к метрологии, в частности к инфразвуковым микробарометрам. Инфразвуковой микробарометр состоит из корпуса, содержащего приемную и опорную камеры. Камеры разделены мембраной и соединены дросселем, обеспечивающим фильтрацию длиннопериодных колебаний атмосферного давления. Опорная камера разделена на две секции, соединенные между собой дросселем, обеспечивающим фильтрацию колебаний звуковой частоты. Мембрана соединена штоком с концом рычага мембранно-рычажного тензопреобразователя, расположенного в опорной камере. Рядом с мембраной со стороны приемной и опорной камер находятся упоры. Дроссели выполнены в виде капилляров. Технический результат - упрощение конструкции микробарометра, защита от перегрузок давлениями, превышающими диапазон измеряемых давлений, и фильтрация длиннопериодных колебаний атмосферного давления и колебаний звуковой частоты. 1 ил.

Инфразвуковой микробарометр, состоящий из приемной и опорной камер в едином корпусе, разделенных мембраной с защитой от перегрузок, соединенной штоком с концом рычага мембранно-рычажного тензопреобразователя, размещенного внутри опорной камеры, связанной с приемной камерой дросселем, обеспечивающим фильтрацию длиннопериодных колебаний атмосферного давления, при этом опорная камера состоит из двух секций, соединенных между собой дросселем, обеспечивающим фильтрацию колебаний звуковой частоты.