Шумомер Советский патент 1980 года по МПК G01H3/14 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению акустического шума.

Известно устройство для измерения шума, содержащее конденсаторный микрофон, предварительный усилитель, выход которого соединен с первым сигнальным входом переключателя, калибровочный генератор, соединенный с вторым сигнальным входом переключателя, блок усилителей, блок взвешивающих фильтров, детектор среднеквадратичного значения, устройство отсчета и источник поляризующего напряжения, соединенный с конденсаторным микрофоном 1.

Недостатком известного шумомера является недостаточная точность, измерений вследствие того, что они калибруются без учета изменений коэффициента передачи предварительного усилителя, и величины напряжения поляризации конденсаторного микрофона перед началом измерений и периодически по усмотрению оператора.

Наиболее близким.техническим решением к изобретению является шумомер, содержащий конденсаторный микрофон, калибровочн генератор, источник поляризующего напряжения, соединенный последовательно усилитель с переключателем измерения, блок взвешивающих фильтров, детектор и устройство отсчета 12 .

Недостатком известного шумомера является отсутствие непрерывной электрической калибровки измерительного

10 тракта и отсутствие учета нестабильности источника поляризующего напряжения, что снижает точность из.5ерений.

Целью изоОретения является по15вышение точности измерений.

Цель достигается тем, что шумсмер снабжен источником опорного напряжения, включенным между выходом усилителя и входом блока взвеши20вающих фильтров, последовательно соединенными полосовым фильтром, вторым детектором, узлом управления, вторым входом подключенным к источ25нику опорного напряжения, реверсивным счетчиком, цифроаналоговым преобразователем, сумматором, вторым входом подключенным к источнику поляризующего напряжения, и смесителем, выход которого соединен с

30

входом усилителя и делителем напряжения, сигнальный вход которого подключен к выходу калибровочного генератора, первый управляющий вход - к переключателю пределов измерения, а второй управляющий вход - к выходу сумматора и конденсаторного микрофона, а выход - к второму входу смесителя,,

На чертеже представлена функциональная схема шумомера.

Шумомер содержит конденсаторный микрофон 1, калибровочный генератор 2, источник 3 поляризующего напряжения, соединенные последовательно усилитель 4 с переключателем 5 пределовизмерения, блок взвешивающих фильтров 6, детектор 7 и устройство 8 отсчета, источники 9 опорного напряжения, включенные между выходом усилителя 4 и блока взвешивающих фильтров 6, последовательно соединенные полосовой фильтр 10, второй детектор 11, узел 12 управления, вторым входом подключенный к источнику 9 опорного напряжения, реверсивный счетчик 13, цифроаналоговый преобразователь 14, сумматор 15, вторым входом подключенный к источнику 3 поляризующего напряжения, и смеситель 16, выход которого соединен с входом усилителя 4, делитель 17 напряжения, сигнальный вход которого подключен к выходу калибровочного генератора 2, первый управляющий вход - к переключателю 5 пределов измерения, а второй управляющий вход - к выходу сумматора 15 и конденсаторного микрофона 1, а выход - к второму входу смесителя 16.

Шумомер работает следующим образом.

Акустический шум, воздействуя на тонкую мембрану конденсаторного микрофона 1, модулирует стабильное напряжение, приложенное к обкладкам с выхода сумматора 15. При этом величина звукового давления Р, чувствительность микрофона UQ и выходное переменное напряжение микрофона U связаны соотношением

Ui UO-P(1)

Известно также, что чувствительность микрофона в определенном диапазоне действующего на микрофон звукового давления прямо пропорциональна величине поляризующего напряжения и, приложенного к обкладкам, т.е.

Ui U2- Р-КО, (2) где Кд - коэффициент, связывающий чувствительность микрофона с напряжением поляризации .

Таким образом, это напряжение сигнала с выхода микрофона 1 смешивается в смесителе 16 с высокочастотным стабильным напряжением калибровочного генератора 2. Смешанный сигнал усиливается усилителем 4, Частота калибровочного генератора 2 выбирается вне полосы прозрачности блока взвешивающих фильтров б и потому, на первый детектор 7 среднеквадратичного значения приходит усиленный сигнал только с микрофона 1, который отсчитывается устройством 8 отсчет.. Например, сигнал с частотой 100 кГц ослабляется взвешивающими фильтрами более 40дБ (100 раз) .

Напряжение U-j / поступающее на вход устройства 8 отсчета, равно Uj Р-П г-Кр- Kj-Kj- КаК, (3)

5 где К,,К2,Кз,К4 - коэффициенты передачи смесителя 16, усилителя 4 блока взвешивающих фильтров 6 и детектора 7 соответственно. Предположим, что на входы узла 12 упQ равления поступают одинаковые напряжения, тогда установочным сигналом узла 12 управления на выходе реверсивного счетчика 13 устанавливается код, соответствующий номинальному напряжению UHOM на выходе цифроаналогового преобразователя 14, а на выходе сумматора напряжение Uj, равное

(4)

Ui и

+U

ном

пол

где - выходнре напряжение источника 3 поляризующего напряжения.

Напряжение Пд, поступающее на вход узла 12 управления, равно ид k (UHOM- UHOA )-Кб-К1-К -К -К7,

(5)

где UK - напряжение с выхода калибровочного генератора 2; коэффициенты передач фильтра 10 и детектора 11;

К - коэффициент, связывающий коэффициент передачи делителя 17 напряжения с величиной первого управляющего сигнала (Ог) .

в случае изменения коэффициента передачи, например усилителя 4, изменится напряжение, поступающее на первый вход узла 12 управления. Для конкретности предположим, что коэффициент передачи усилителя стал равным

К 2 Л К 2 Тогда напряжение 1)4 станет равHfcJM

(и„ом+ипол ) К5-К1(К2 + дКз)Кб- К

(6)

и превысит выходное напряжение опорного источника 9.Сигналом с узла 12 управления уменьшается содержимое реверсивного счетчика 13, что

приводит к уменьшению выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 14 и соответственно напряжения сумматора 15. Коэффициент передачи делителя 17 уменьшится и

на смеситель 16 поступит меньшее калибровочное напряжение.Уменьшение номинального выходного напряжения цифроаналогового преобразователя будет до тех пор, пока входные напряжения узла управлений не сравняют т.е. Uv. (и нолл .vof UnO )K5Kj(K2 + + дК2)Кб-К, Uon,(7) откуда Uon.l (UHOM.var UnoAlKi() Фильтры б и 10 и детекторы 7 и 11 являются устройствами, эквивалентны ми по назначению, и могут быть выполнены по идентичным схемам и, в крайнем случае, отличаться только коэффициентами передачи. Различного же рода нестабильности у них в некотором приближении одинаковы, т.е Кэ- К4 Кб- K7-Kg, (9) где Kg - коэффициент различия коэффициентов передачи фильтров и детекторов, имеющий значение независящей от дестабилизирующих факторов. Значение напряжения U, поступающего на вход устройства 8 отсчета, равно в случае,если по какой-либо причине производить уменьшение коэффициента передачи одного или нескольких узлов измерительного тракта, содержимое реверсивного счетчика 13 увеличивается, что приведет к увеличению выходного напряжения циф роаналогового преобразователя 14 и далее напряжения сумматора 15 и коэффициента передачи делителя 17 нап ряжения до равенства входных напряжений узла управления. Появление нестабильности источника 3 поляризующего напряжения, выходного напряжения цифроаналогового преобразователя или коэффициента передачи сумматора 15 также приведет к изменению коэффициента передачи делителя 17 напряжения, т.е. также осуществится автоматическая калибровк Переключение пределов измерения осуществляется дискретным изменением коэффициентов передачи усилителя 7 и делителя 17 напряжения та Чтобы их произведение было равно произведению этих же коэффициентов передач при номинальном режиме без воздействия дестабилизируюо их факторов. Используя для стабилизации напряжений , и и один и тот же тип элементов,например стабилизатором можно избавиться от нестабильности отношения Ugf,/IV , входящего в выражение (10) . Описываемый шумомер выгодно отличается от известных наличием сквозной автоматической калибровки и на точность измерений может влиять только нестабильность источника опорного напряжения, калибровочного генератора и коэффициента передачи делителя напряжения. Формула изобретения Шумомер, содержащий конденсаторный микрофон, калибровочный генератор, источник поляризующего напряжения, соединенный последовательно усилитель с переключателем пределов измерения, блок взвещивающих фильтров, детектор и устройство отсчета, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, он снабжен источником опорного напряжения, включенным мехсду выходом усилителя и входбм блока взвешивающих фильтров, последовательно соединенных полосовым фильтром, вторым детектором, узлом управления, вторым входом подключенным к источнику опорного напряжения, реверсивным счетчиком,цифроаналоговым преобразователем, сумматором,вторым входом подключенным к источнику поляризующего напряжения, и смесителем, выход которого соединен с входом усилителя и делителем напряжения, сигНсшьный вход которого подключен к выходу калибровочного генератора,первый управляющий вход - к переключателю пределов измерения, а второй управляющий вход - к выходу сумматора и конденсаторного микрофона, а выход - к второму входу смесителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Техническое описание шумовиброизмерительного комплекса ШВК-1, Виброприбор. 2.Техническое описание шумомера тип 2219 фирмы Брюль кбер (прототип).