Устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к области измерения инфразвуковых колебаний газообразной или жидкой среды.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является повышение точности измерения.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее акустический фильтр в виде N секций (N1), связанный с корпусом, чувствительный элемент, связанный с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные чувствительный элемент, датчик перемещения чувствительного элемента, полосовой усилитель, и демодулятор, подключенный к аналоговому выходу устройства, а также генератор, подключенный к датчику перемещения чувствительного элемента и демодулятору, дополнительно содержит последовательно соединенные управляемый генератор, управляемый делитель напряжения и первый ключ, последовательно соединенные фильтр, сумматор, первый усилитель и первый преобразователь электрического сигнала в механические колебания, связанный с чувствительным элементом, а для каждой из N секций - последовательно соединенные (N+1) ключ, (N+1) усилитель и (N+1) преобразователь электрического сигнала в механические колебания, установленный на входе в N секцию, причем вход фильтра подключен к выходу демодулятора, входы ключей подключены к выходу управляемого делителя напряжения, второй вход сумматора подключен к выходу первого ключа, а управляющими входами ключи, управляемый делитель напряжения и управляемый генератор подключены ко входам управления устройства.

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к области измерения инфразвуковых колебаний газообразной или жидкой среды.

Известно устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее корпус и чувствительный элемент, связанный с окружающей средой и средой внутри корпуса [1].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому (прототипом) является устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее корпус, чувствительный элемент, связанный с окружающей средой и средой внутри корпуса, и последовательно соединенные чувствительный элемент, датчик перемещения чувствительного элемента, полосовой усилитель и демодулятор, подключенный к аналоговому выходу устройства, а также генератор, подключенный к датчику перемещения чувствительного элемента и демодулятору [2].

Недостатком прототипа является то, что устройство не обеспечивает требуемой точности измерений из-за недостаточного динамического диапазона и отсутствия калибровки, в том числе при использовании акустических фильтров.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью, является повышение точности измерения.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее акустический фильтр в виде N секций (N1), связанный с корпусом, чувствительный элемент, связанный с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные чувствительный элемент, датчик перемещения чувствительного элемента, полосовой усилитель, и демодулятор, подключенный к аналоговому выходу устройства, а также генератор, подключенный к датчику перемещения чувствительного элемента и демодулятору, дополнительно содержит последовательно соединенные управляемый генератор, управляемый делитель напряжения и первый ключ, последовательно соединенные фильтр, сумматор, первый усилитель и первый преобразователь электрического сигнала в механические колебания, связанный с чувствительным элементом, а для каждой из N секций - последовательно соединенные (N+1) ключ, (N+1) усилитель и (N+1) преобразователь электрического сигнала в механические колебания, установленный на входе в N секцию, причем вход фильтра подключен к выходу демодулятора, входы ключей подключены к выходу управляемого делителя напряжения, второй вход сумматора подключен к выходу первого ключа, а управляющими входами ключи, управляемый делитель напряжения и управляемый генератор подключены ко входам управления устройства.

На фиг.1 представлено устройство, обеспечивающее требуемый технический результат.

Принятые обозначения:

1 - акустический фильтр; 2 - секция акустического фильтра; 3 - корпус; 4 - чувствительный элемент; 5 - датчик; 6 - полосовой усилитель; 7 - демодулятор; 8 - аналоговый выход устройства; 9 - генератор; 10 - управляемый генератор; 11 - управляемый делитель напряжения; 12 - первый ключ; 13 - фильтр; 14 - сумматор; 15 - первый усилитель; 16 - первый преобразователь электрического сигнала в механические колебания; 17 - (N+1) ключ; 18 - (N+1) усилитель; 19 - (N+1) преобразователь электрического сигнала в механические колебания; 20 - первый вход управления; 21 - второй вход управления; 22 - третий вход управления; 23 - четвертый вход управления.

Устройство, представленное на фиг.1, содержит акустический фильтр 1 с секциями акустического фильтра 2; корпус 3, чувствительный элемент, связанный с окружающей средой и средой внутри корпуса 3, последовательно соединенные чувствительный элемент 4, датчик 5 перемещения чувствительного элемента 4, полосовой усилитель 6, и демодулятор 7, подключенный к аналоговому выходу 8 устройства, а также генератор 9, подключенный к датчику 5 перемещения чувствительного элемента 4 и демодулятору 7, последовательно соединенные управляемый генератор 10, управляемый делитель напряжения 11 и первый ключ 12, последовательно соединенные фильтр 13, сумматор 14, первый усилитель 15 и первый преобразователь 16 электрического сигнала в механические колебания, связанный с чувствительным элементом 4, а для каждой из N секции - последовательно соединенные (N+1) ключ 17, (N+1) усилитель 18 и (N+1) преобразователь 19 электрического сигнала в механические колебания, установленный на входе в N секцию, причем вход фильтра 13 подключен к выходу демодулятора 7, входы ключей 17 подключены к выходу управляемого делителя напряжения, второй вход сумматора подключен к выходу первого ключа, причем управляющие входы управляемого генератора 10, управляемого делителя напряжения 11, и ключей подключены ко входам управления.

На фиг.1 представлены пунктиром второй ключ 17, второй усилитель 18 и второй преобразователь 19 для второй секции акустического фильтра с целью пояснения их подключения. Аналогично подключаются указанные блоки для третьей, четвертой и последующих секций. Число секций ограничивается обычно возможностями аппаратуры и целесообразностью.

Устройство, представленное на фиг.1, работает следующим образом.

Акустический фильтр 1 с секциями 2 связан с корпусом 3. Чувствительный элемент 4 закреплен в корпусе 3 между окружающей средой и корпусом, содержащим опорную среду, так, что изменения давления окружающей среды приводят к смещению чувствительного элемента 4, в качестве которого могут быть использованы мембрана, сильфон или пластинка на подвесе. Смещение чувствительного элемента 4 относительно нейтрального положения приводит к изменению параметра (амплитуда, частота, фаза, длительность импульса) электрического сигнала на выходе датчика 5, на который электрический сигнал поступает от генератора 9. С выхода датчика 5 сигнал поступает через полосовой усилитель 6 на демодулятор 7, на который также подается опорный сигнал от генератора 9, благодаря чему на выходе демодулятора 7, подключенном к аналоговому выходу 8 устройства, формируется аналоговый сигнал, амплитуда которого зависит от смещения чувствительного элемента 4. С выхода демодулятора 7 аналоговый сигнал поступает на фильтр 13, формирующий требуемую частотную характеристику устройства и далее, через сумматор 14, поступает на первый усилитель 15, обеспечивающий требуемую амплитуду сигнала для работы первого преобразователя 16 электрического сигнала в механические колебания. Первый преобразователь 16 электрического сигнала в механические колебания связан с чувствительным элементом 4 механически или воздействует на чувствительный элемент 4 через среду, вызывая его перемещения. Таким образом осуществляется отрицательная обратная связь, уменьшающая перемещение чувствительного элемента 4, увеличивающая динамический диапазон устройства и расширяющая частотный диапазон. Это повышает точность измерения в более широком диапазоне амплитуд входных инфразвуковых сигналов. Кроме того, для повышения точности измерений предусмотрена калибровка устройства эталонными синусоидальными инфразвуковыми сигналами. Для этого с выхода управляемого генератора 10 через управляемый делитель напряжения 11, и первый ключ 12 на второй вход сумматора 14 поступает синусоидальный сигнал, амплитуда которого изменяется от нуля до максимального значения путем изменения напряжения на управляющем входе 21, а частота изменяется при изменении напряжения на управляющем входе 20. При подаче напряжения на управляющий вход 22 первый ключ 12 замыкается и подает калибровочный сигнал от управляемого генератора 10 через сумматор 14 и первый усилитель 15 на первый преобразователь 16 электрического сигнала в механические колебания, формирующий эталонные синусоидальные инфразвуковые сигналы.

При изменении амплитуды и частоты управляемого генератора 10 путем изменения напряжения на входах 21, 20, по напряжению на выходе 8, известным характеристикам звеньев и известному напряжению и частоте генератора 10 проводится расчет амплитудной и амплитудно-частотной характеристик устройства.

При снятии сигнала с управляющего входа 22 и подаче на управляющий вход 23, второй ключ 17 замыкается и подает калибровочный сигнал от управляемого генератора 10 через второй усилитель 18 на второй преобразователь 19 электрического сигнала в механические колебания, формирующий эталонные синусоидальные инфразвуковые сигналы.

При изменении амплитуды и частоты управляемого генератора 10 путем изменения напряжения на входах 21, 20, по напряжению на выходе 8, известным характеристикам звеньев и известному напряжению и частоте генератора 10 проводится расчет амплитудной и амплитудно-частотной характеристик устройства в целом, включая акустический фильтр (если включены все ключи 17) или отдельные секции. Это позволяет выявлять изменения, связанные с засорением или повреждением отдельных секций акустического фильтра.

Первый преобразователь 16 может быть установлен также с другой стороны чувствительного элемента 4, на корпусе или на перегородке между отсеками.

Источники информации

1 К.В.Кислов, Ю.А.Колесников, А.Ю.Марченков, Ю.О.Старовойт, Микробарометр, Авторское свидетельство SU 1769172A1, G01V 1/16, G01L 23/00, 1990.

2 Микробарометр MB 2000, Техническое описание, Microbarometre MB 2000, Technical manual, Departement Analyse et Surveillance de L'Environnement (DASE), 1998

Устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее акустический фильтр в виде N секций (N1), связанный с корпусом, чувствительный элемент, связанный с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные чувствительный элемент, датчик перемещения чувствительного элемента, полосовой усилитель и демодулятор, подключенный к аналоговому выходу устройства, а также генератор, подключенный к датчику перемещения чувствительного элемента и демодулятору, отличающееся тем, что дополнительно содержит последовательно соединенные управляемый генератор, управляемый делитель напряжения и первый ключ, последовательно соединенные фильтр, сумматор, первый усилитель и первый преобразователь электрического сигнала в механические колебания, связанный с чувствительным элементом, а для каждой из N секций - последовательно соединенные (N+1) ключ, (N+1) усилитель и (N+1) преобразователь электрического сигнала в механические колебания, установленный на входе в N секцию, причем вход фильтра подключен к выходу демодулятора, входы ключей подключены к выходу управляемого делителя напряжения, второй вход сумматора подключен к выходу первого ключа, а управляющими входами ключи, управляемый делитель напряжения и управляемый генератор подключены ко входам управления устройства.