Устройство для оперативной проверки и калибровки датчиков звукового давления

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам для оперативной проверки и калибровки датчиков звукового давления, установленных на внешних и внутренних поверхностях испытываемых машин, подвергаемых при испытаниях звуковому давлению с уровнями 120-180 дБ, и может быть использована в стесненных условиях, например, в двигательных отсеках летательных аппаратов без демонтажа датчиков.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в увеличении уровня тестового звукового давления при малых габаритах той части устройства, которая прикладывается (надевается или надвигается, если датчик установлен заподлицо с поверхностью испытываемой машины) и плотно прижимается к поверяемого датчику, и удобном в эксплуатации простейшем соединении этой части с остальными частями устройства.

Устройство для оперативной проверки и калибровки датчиков звукового давления, установленных на испытываемой машине, включает переносный блок питания и излучатель тестового звукового сигнала с акустическим резонатором, размещенным в торце цилиндрического корпуса, выполнен на базе пьезокерамического излучателя звука с габаритами, не превышающими 40 мм по высоте и диаметру, содержащим внутри корпуса встроенные: источник звуковой частоты, в виде генератора синусоидального сигнала с усилителем мощности, пьезокристалл, мембрану. Вход излучателя тестового звукового сигнала с помощью проводной линии связи соединен с выключателем В, установленным в блоке питания, и подключенного через последовательно соединенные преобразователь-стабилизатор напряжения DC-DC, индикатор на светодиодах к двухполюсному трехпозиционному переключателю П для подвода питания от батареи или внешней сети, а выходная часть излучателя, в виде мембраны и решетки преобразована в акустический резонатор - за счет удаления решетки и установки вместо нее в торце корпуса герметизирующей кольцевой прокладки с заданными толщиной и диаметром центрального отверстия, подбора расстояния между прокладкой и мембраной, выполнения отверстий в боковых стенках корпуса между мембраной и прокладкой - для усиления уровня тестового излучаемого звука до 140-145 дБ при сохранении небольших габаритов, позволяющих применять устройство в стесненных условиях.

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам для оперативной проверки и калибровки датчиков звукового давления, установленных на внешних и внутренних поверхностях испытываемых машин, подвергаемых при испытаниях звуковому давлению с уровнями 120-180 дБ, и может быть использована в стесненных условиях, например, в двигательных отсеках летательных аппаратов без демонтажа датчиков.

Уровень техники

Известна полезная модель 41863, U1 G01H 11/08 «Система оценки звукоизоляции помещения», содержащая блок питания, источник тестового сигнала, усилитель мощности и соединенный с его выходом акустический излучатель - акустическая колонка. Источник тестового сигнала и усилитель размещены в едином блоке генератора тестового сигнала. Данная система не применяется для калибровки. Она отличается достаточно большими габаритами.

Широко известен калибратор для микрофонов и других датчиков звукового давления типа 4220 В&К, содержащий электромотор с батарейным питанием и транзисторным стабилизатором частоты вращения, кулачок на валу мотора и два подпружиненных поршня, создающих переменное калибрующее звуковое давление воздуха на уровне 124 дБ при частоте 250 Гц. Габариты пистонфона относительно велики для работы в стесненных условиях: при приемлемом диаметре (36 мм) его длина составляет 230 мм. Уровень 124 дБ недостаточен (соответствует уровню шумов) для калибровки акустической аппаратуры, измеряющей звуковые давления в диапазоне до 150÷180 дБ и требующей сигнала калибровки с уровнем от 140 до 155 дБ.

Известен (см. патент US 7,299,676 В1 от 27.11.2007) калибратор датчиков звукового давления, установленных на поверхности испытываемых машин, содержащий один из типов пистонфонов, в качестве источника тестового сигнала (производящий звуковые колебания воздуха на уровне 124 дБ при частоте 314 Гц). В качестве усилителя используется надеваемый на калибруемый датчик резонатор высокого давления (состоящий из трубы, соединяющей датчик с пистонфоном, размеры которой обеспечивают /4 резонанс, и герметизирующего кольца), усиливающий уровень калибрующего звука до 152,8 дБ. Подобный калибратор неудобен для работы в стесненных условиях из-за конструкции и больших габаритов резонатора, что во многом обусловлено относительно низкой частотой, генерируемой пистонфоном и конструкцией соединения датчика с пистонфоном (труба жестко заданного размера, обычно больше 300 мм).

Раскрытие полезной модели.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в увеличении уровня тестового звукового давления при малых габаритах той части устройства, которая прикладывается (надевается или надвигается, если датчик установлен заподлицо с поверхностью испытываемой машины) и плотно прижимается к поверяемому датчику, и удобном в эксплуатации простейшем соединении этой части с остальными частями устройства.

Существенные признаки

Для достижения указанного технического результата в устройстве для оперативной проверки и калибровки датчиков звукового давления, установленных на испытываемой машине, содержащем переносной блок питания, излучатель тестового звукового сигнала с акустическим резонатором цилиндрической формы и средство, размещенное в торце корпуса излучателя, для плотного прижатия резонатора к поверхности поверяемого датчика давления или испытываемой машины, излучатель тестового звукового сигнала с акустическим резонатором, выполнен на базе пьезокерамического излучателя звука с габаритами, не превышающими 40 мм по высоте и диаметру, с находящимися внутри корпуса последовательно размещенные: источник синусоидального сигнала звуковой частоты, в виде встроенного в корпус генератора сигнала с усилителем мощности, пьезокристалл и мембрану. Вход излучателя с помощью проводной линии связи соединен с выключателем В, установленным в блоке питания, содержащего двухполюсный трехпозиционный переключатель П, подключаемый к выходу встроенной батареи или к выходу внешней (бортовой) сети для переключения питания с батареи на внешнюю сеть, соединенную через переключатель П, последовательно соединенные индикатор на светодиодах и преобразователь-стабилизатор постоянного напряжения DC-DC, выключатель В и проводную линию(кабель длиной до нескольких метров) с входом генератора синусоидального сигнала встроенного в корпус излучателя тестового звукового сигнала. Индикатор на светодиодах введен для проверки достаточности уровня напряжения питания. Выходная часть цилиндрического корпуса пьезокерамического излучателя в виде мембраны и решетки преобразована в акустический резонатор - за счет удаления решетки и установки вместо нее герметизирующей кольцевой прокладки с заданными толщиной и диаметром центрального отверстия, подбора расстояния между прокладкой и мембраной, выполнения отверстий в боковых стенках корпуса между мембраной и прокладкой для усиления уровня тестового излучаемого звука до 140-145 дБ при сохранении небольших габаритов, позволяющих применять устройство в стесненных условиях, существенно упростить электронную генерирующую часть устройства и удешевить ее за счет встроенных элементов исходного излучателя.

Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает достаточно высокий уровень калибрующего звукового сигнала, соизмеримого с рабочими уровнями звукового давления проверяемых датчиков, удобство калибровки в стесненных условиях, благодаря малым габаритам излучателя, и связи излучателя с генератором сигнала только с помощью проводов.

Перечень фигур на чертежах

Предлагаемая полезная модель поясняется на следующих фигурах.

На фиг.1 - блок-схема устройства для оперативной проверки и калибровки датчиков звукового давления.

На фиг.2 - установка акустического излучателя на поверяемый датчик звукового давления.

Устройство для оперативной проверки и калибровки датчиков звукового давления включает блок питания (1) и акустический излучатель (6), соединенные посредством проводной линии связи (5) и выключателя В на блоке питания, (фиг.1). Блок питания (1) содержит источник питания от встроенной батареи U=9B (2) или разъем внешнего питания, который может быть подключен двухполюсным трехпозиционным переключателем П, через последовательно соединенные индикатор на светодиодах (3) и преобразователь-стабилизатора напряжения DC-DC (4), и выключатель В блока питания к акустическому излучателю (6). Индикатор на светодиодах (3) показывает наличие необходимого уровня напряжения питания. Акустический излучатель (6) выполнен на базе звукового пьезокерамического излучателя и дополнен акустическим резонатором, содержит встроенные в корпус (7) генератор тестового сигнала с усилителем мощности, пьезокристалл (на фиг.2 не показаны), внутреннюю мембрану (8), акустический резонатор с отверстиями (9) в боковых стенках корпуса (7), герметизирующую кольцевую прокладку (10) с заданными толщиной и диаметром центрального отверстия (11), установленную в торце корпуса (7). Отверстия в боковых стенках корпуса выполнены между мембраной (8) и прокладкой (10). Поверяемый датчик акустического давления (12) с приемной частью (13), установлен на испытываемой машине (14) (фиг.2).

Осуществление полезной модели с реализацией указанного в заявке назначения.

Для оценки характеристик заявляемой полезной модели было изготовлено устройство и испытано в составе: пьезокерамический излучатель типа Sonitron SCI535A1F2, преобразователь напряжения DC-DC Aimtec AM4T-2415S (U_вых =15В), батарея типа «Крона» (U_вых=9B). Пьезокерамический излучатель SCI535A1F2 содержит встроенные генератор тестового сигнала, усилитель мощности, пьезокристалл (на рисунке не показаны) и мембрану (8). Данный излучатель-источник отличается малыми габаритами (диаметром 37 мм и высотой 34 мм). Такие габариты с избытком отвечают поставленной задаче. Однако уровень звука, излучаемого SCI535A1F2 составляет всего 77 дБ (f=2,57 кГц), что характерно для всех типов пьезокерамических излучателей. Для усиления интенсивности тестового звука излучатель был доработан: выходная его часть с решеткой в конце цилиндрического корпуса (7) преобразована в акустический резонатор за счет удаления решетки, выполнения отверстий (9) в боковых стенках корпуса, установки герметизирующей кольцевой прокладки (10) из резинового материала с заданными толщиной и диаметром центрального отверстия (11). Характеристики резонатора задавались его объемом, определяемым расстоянием между мембраной (8) и прокладкой (10), толщиной прокладки и параметрами отверстия (11) в прокладке (10) и отверстий (9) в боковых стенках корпуса (7). Было испытано несколько образцов резонатора, в результате чего были установлены наиболее оптимальные размеры отверстий в стенках излучателя, толщины прокладки и диаметра ее отверстия, что позволило достигнуть необходимых характеристик излучения - уровня звука 141,5 дБ при частоте 2300 Гц при сохранении небольших габаритов, позволяющих применять устройство в стесненных условиях.

В данном образце входной сигнал излучателя составлял U=15В, I=18 mA, расстояние между мембраной и прокладкой 2,6 мм, диаметр отверстия в прокладке 15 мм, толщина прокладки 2,1 мм, площадь боковых отверстий 18 мм², вес блока генерации 0,21 кг, вес излучателя 32 г, длина кабеля 2 м.

Таким образом, отличительные свойства заявляемой полезной модели образуются за счет следующих факторов:

- высокая интенсивность излучаемого сигнала обеспечивается усилением исходного сигнала пьезокерамического излучателя с помощью акустического резонатора;

- малогабаритность обеспечивается путем применения пьезокерамического излучателя и механического отделения излучателя от блока питания, который, в свою очередь, построен на современных электронных компонентах и имеет небольшие габариты;

- длительная эксплуатация устройства обеспечивается возможностью использования двойного питания (от батареи и внешнего источника);

- упрощение разработки и снижение стоимости устройства достигается путем применения излучателя со встроенным генератором и усилителем.

Описание работы заявляемого устройства

Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом. Бортовая аппаратура, измеряющая звуковое давление, к которой относится поверяемый датчик (12), должна быть предварительно включена и подготовлена к контролю измерительного сигнала. Заявляемое устройство доставляют к испытываемой машине, подключают с помощью дополнительных проводов к бортсети либо (по выбору, который осуществляется переключателем П) запитывают от внутренней батареи. По индикатору (3) определяют достаточность уровня напряжения питания, которое в обоих случаях используется для питания основных элементов устройства. Далее происходит преобразование напряжения до необходимого уровня и его стабилизация с помощью DC-DC преобразователя (4). Излучатель прикладывают к приемной части (13) датчика так, чтобы он оказался в центре герметизирующей прокладки (10), плотно прижимают к датчику или к поверхности (14) испытываемой машины, если датчик установлен заподлицо. После чего включают выключатель В и стабилизированное напряжение поступает на вход генератора синусоидального сигнала с усилителем мощности излучателя (6), что формирует тестовый сигнал, воздействующий на пьезокристалл и излучающую звук мембрану, усиливают интенсивность тестового звука с помощью акустического резонатора. Излучаемый тестовый звуковой сигнал воздействует на датчик (12). Контроль сигнала поверяемого датчика (12) осуществляют на его выходе с помощью соответствующей бортовой измерительной аппаратуры.

Устройство для оперативной проверки и калибровки датчиков звукового давления, установленных на испытываемой машине, содержащее переносной блок питания, излучатель тестового звукового сигнала с акустическим резонатором и средство для плотного прижатия резонатора к поверхности поверяемого датчика, отличающееся тем, что излучатель тестового звукового сигнала с акустическим резонатором выполнен на базе пьезокерамического излучателя с габаритами, не превышающими 40 мм по высоте и диаметру, содержащим внутри своего корпуса встроенные: источник звуковой частоты в виде генератора синусоидального сигнала с усилителем, пьезокристалл, мембрану и в торце своего корпуса - акустический резонатор в виде камеры, образованный мембраной, цилиндрическими стенками излучателя с боковыми отверстиями и герметизирующей кольцевой прокладкой с заданными толщиной и диаметром центрального отверстия на выходе излучателя; вход излучателя с помощью проводной линии связи соединен с выключателем B, установленным в блоке питания, и подключенного к последовательно соединенным преобразователю-стабилизатору напряжения DC-DC, индикатору на светодиодах и двухполюсному трехпозиционному переключателю П, обеспечивающему перевод питания от встроенной батареи на внешний источник.