Шумомер Советский патент 1980 года по МПК G01H3/14 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения акустического шума в авиации, связи и т.д. Известен шумомер, содержащий конденсаторный микрофон, подключенный к источнику поляризующего напряжения и последовательно соединенные предва рительный усилитель, усилитель с переключателями и фильтрами и детектор, выполненный в виде формирователя среднего квадрата, и устройство для-извлечения квадратного корня, выходом соединенное с блоком отсчета Г1. Недостатком этого устройства явля ется относительно узкий динамический диапазон измерения звукового давления. Верхняя граница динамического диапазона обусловлена наличием микро фонного капсюля, работающего без искажений от этих уровней звукового давления, .и наличием предварительног усилителя с очень широким динамическим диапазоном по входному сигналу. Нижняя граница динамического диапазо на обусловлена собственными шумами входного.каскада шумомера. Н.аибрлее близким к предлагаемому по технической сущности является шумомер, содержащий конденсаторный микрофон, подключенный к источнику поляризующего напряжения, и последовательно соединенные предварительный усилитель, усилитель с переключателями и фильтрами, и детектор, . выполненный в виде формирователя среднего квадрата со схемой выбора времени усреднения, и устройство для извлечения квадратного корня, выходом соединенное с блоком отсчета 2. Недостатком этого шумомера также является относительно узкий динамический диапазон измерения звукового давления, так как в последнем для упрощения и облегчения режима работы предварительного усилителя понижена чувствительность конденсаторного микрофона уменьшением поляризующего напряжения. Но уменьшение чувствительности микрофона приводит к повышению нижней границы динамического диапазона, так как уменьшение чувствительности компенсируется увеличением усиления усилителя. Цель изобретения - расширение динамического диапазона измерения звукового давления.

Поставленная цель достигается тем, что шумомер снабжен первым р лючом, подключенным к конденсаторному микрофону эквивалентом микрофона, другим выводом соединенным с входом предварительного усилителя, разделительным конденсатором, другим выво,дом подключенным через первый ключ к общей шине, вычитателем среднего квадрата, установленным на входе устройства для извлечения квадратного корня, параллельно включенными между выходом формирователя среднего квадрата и входами вычитателя среднего квадрата цепочками, состоящими каж- дая из последовательно соединенных: одна - из второго ключа и первого аналогового запоминающего устройства другая - из третьего ключа и второго аналогового запоминающего устройства, и установленным на выходе схемы выбора времени усреднения генераторо тактовых импульсов, подключенным к управляющим входам ключей.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Шумомер содержит конденсаторный микрофон 1, подключенный к источнику

2поляризующего нaпpяжeния и последовательно соединенные предварительный усилитель 3, усилитель 4 с переключателями 5 и фильтрами 6, детектор, выполненный в виде формирователя 7 среднего квадрата со схемой

8 выбора времени усреднения, устройство 9 для извлечения квгщратного корня, выходом соединенное с блоком 10 отсчета. Конденсаторный микрофон 1 подключен через эквивалент 11 микрофона, другим выводом соединенный с входом предварительного усилителя

3и через разделительный конденсатор 12 другим выводом подключенный через первый ключ 13 к общей шине. На вход устройства 9 для извлечения квадратного корня подключен вычитатель 14 среднего квадрата, между входами которого и выходом формирователя 7

среднего квадрата параллельно включены цепочки, состоящие каждая из последовательно соединенных: одна из второго ключа 15 и первого аналогового запоминающего устройства 16, другая - из третьего ключа 17 и второго аналогового запоминающего устройства 18. На выходе схемы 8 выбора времени усреднения установлен генератор 19 тактовых импульсов, подключенный к управляющим входам ключей. Шумомер работает следующим образом.

Тактовым импульсом с первого выхода генератора 19 открывается ключ 13, замыкается микрофон 1 и один вывод эквивалента 11 микрофона по переменному току с общей шиной через разделительной конденсатор 12, емкостью, обеспечивающей достаточное затухание сигнала с микрофона 1 во

всем частотном диапазоне измерения звукового давления. По истечении переходного процесса, обусловленного переключением ключа 13, задержанный тактовый импульс со второго выхода

генератора 19 открывает ключ 17, Собственные шумы шумомера, обусловленные величиной емкости эквивалента 11 и режимом по постоянному току предварительного усилителя 3, нормируются по величине и обрабатываются по спектру усилителем 4 с переключателями 5. и фильтрами б, преобразовываются в среднее значение их квадрата в формирователе 7 среднего квадрата и через открытый ключ 17 запоминаются в аналоговом запоминбшзщем устройстве 18. С окончанием тактовых импульсов с первого и со второго выходов генератора 19 ключи 13 и 17 одновременно закрываются. На входе предварительного усилителя опять имеет место переходной процесс, поэтому с третьего выхода генератора 19 тактовый импульс появится с задержкой относительно момента окончания импульсов с первого и второго выходов. Акустический шум, возействуя на мембрану микрофона 1, одулирует стабильное напряжение, поступающее с источника поляризующего напряжения 2. Далее напряжение сигнала с микрофона 1 через эквиваент 11 микрофона и предварительный усилитель 3 с высоким входом сопротивления поступает на вход усилителя 4, где происходит нормирование сигнала переключателя 5 и его обработка внешними или встроенными фильтрами 6. В формирователе 7 среднего квадрата происходит преобразование пронормированного сигнала, поступающего на вход, в среднее ЗЕ ачение его квадрата. На выходе вычитателя 14 среднего квадрата будет разность средних квадратов смеси сигнал + + шум и шум. Далее полученный сигнал обрабатывается устройством 9 ля извлечения квадратного корня, т.е. на вход блока 10 отсчета поступает среднеквадратичное значение акустического i-jyMa. Наличие в шумомере двух аналоговых запоминающих устройств 16 и 18 позволяет вести непрерывный отсчет акустического шуа блоком 10 отсчета, представляющим собой стрелочный измерительный прибор или прибор с цифровым отсчетом. Причем блоком 10 отсчета производится отсчет по времени записи значения обственного шума устройством 18 разности записанного значения смеси сигнал + шум и текущего значения

собственного шума , во время задержки, обусловленной переходным процессом запирания ключа 13 - разности запомн нных значений в устройствах .16 и 18J во время цикла измерения разности текущего значения смеси сигнал + шум и записанного значения собственного шума в устройстве 18 и во время адсржки, обусловленной переходным процессом отпирания ключа 13, - разности записанных значений в устройствах 16 и 18. Цикл измерения звукового давления с одной стороны, ограничивается требуемой величиной времени усреднения, а с другой стороны - максимальным временем хранения среднеквадратичных значений собственного шума и смеси сигнал + шум, и временными климати ческигли изменениями значения собственного шума, что определяет время между двумя измерениями собственного шума с целью поддержания максимально точности его компенсации. Применение предлагаемого устройст ва позволяет упростить предварительный усилитель, повысить его надежность и расширить нижнюю границу дипамического диапазона измерения звукового давления. Формула изобретения Шумомер, содержаи;ий конденсаторный микрофон, подключенный к источнику поляризующего напряжения, и последовательно соединенные предварительный усилитель, усилитель с переключателями и фильтрами и детектор выполненный в виде формирователя среднего квадрата со схемой выбора времени усреднения, и устройство для звлечения квадратного корня, выхоом соединенное с блоком отсчета, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона измерения звукового давления, он снабжен первым кт юм, подключенным к конденсаторному микрофону эквивалентом микрофона, другим выводом соединенным с входом предварительного усилителя, разделительным конденсатором, другим выводом, подключенным через первый ключ к общей шине, вычитателем среднего квадрата, установленным на входе устройсдва для извлечения квадратного корня, параллельно включенными между выходом формирователя среднего квадрата и входами вычитателя среднего квадрата цепочками, состоящими каждая из последовательно соединенных: одна - из второго ключа и первого аналогового запоминающего устройства, другая КЗ третьего ключа и второго аналогового запоминающего устройства, и -стаковленным на выходе схемы выбора времени усреднения генератором тактовых импульсов, подключенным к управляющим входам ключей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Шумомеры ШМ-1, ИШБ-1, ШВК-1п/о Виброприбор, Таганрог. 2.Шумомер типа 2219 фирмы Брюль и Къер, Каталог,Брюль и Къер, 1978 (прототип).