Устройство для оперативной проверки и калибровки датчиков звукового давления
Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам для проверки и калибровки датчиков звукового давления, установленных на поверхности испытываемых машин, подвергаемых звуковому давлению с рабочими уровнями от 120 до 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 заявляемого устройства, которая прикладывается и прижимается к поверяемому датчику, удобном в эксплуатации соединении этой части с остальными частями устройства, в регулировании диапазона частот и амплитуд тестового сигнала.
Устройство содержит блок генерации тестового сигнала (в составе источника и стабилизатора-преобразователя питания, генератора синусоидального сигнала и усилителя мощности) и акустический излучатель, конструктивно механически разобщенный с блоком генерации. В качестве излучателя используют малогабаритный электромагнитный телефон, соединенный проводной линией связи с блоком генерации и дополненный герметизирующей прокладкой. В итоге выходной уровень излучателя составляет не менее 140 дБ, обеспечивая значительное повышения акустического КПД телефона (номинальное значение которого составляет 110-115 дБ).
Для достижения максимальной интенсивности излучаемого звука (не менее-153 дБ) используется настройка генератора тестового сигнала на частоту наибольшего резонанса мембраны телефона. Кроме того, регулирование частоты генератора и усилителя мощности сигнала позволяет работать устройству на частотах от 150 до 2500 Гц с уровнями 140-153 дБ, что расширяет номенклатуру поверяемых датчиков. Для обеспечения длительной работы устройства оно допускает двойное питание от встроенной батареи и от внешнего источника с применением переключателя питания и преобразователя-стабилизатора напряжения типа DC-DC.
2 з.п.ф., 2 фиг.
Область техники
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 использовано в стесненных условиях, например, в двигательных отсеках летательных аппаратов без демонтажа датчиков.
Уровень техники
Известен акустический калибратор (заявка JP, 2006-308567, А), содержащий корпус в форме куба и цилиндрический выступ. Внутри корпуса установлены -электроакустический преобразователь со звуковым излучателем, выполненным с акустическим калибровочным резонатором, возбуждающим колебания в пространстве резонатора. Выходная часть излучателя в выступе корпуса выполнена с семью каналами с заданными диаметром и длиной, обеспечивающими заданный акустический импеданс, фиксированный уровень звукового давления при калибровке микрофонов с диаметром 1/2 дюйма, устанавливаемых со стороны мембраны микрофона на расстоянии от сквозных отверстий каналов в выступе. Однако подобный калибратор неудобен для работы в стесненных условиях из-за больших габаритов резонатора, и точность калибровки зависит от температуры атмосферы.
Широко известен калибратор для микрофонов и других датчиков звукового давления типа 4220 В&К, «Каталог фирмы Брюль и Кьер», Дания, 1981/82, 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 значения >152,8дБ. 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 калибрующего 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, с удобным в эксплуатации простейшим соединением этой части с остальными частями устройства, в регулировании диапазона частот и амплитуд тестового сигнала.
Существенные признаки.
Для достижения указанного технического результата в устройство для оперативной проверки и калибровки датчиков звукового давления с рабочим диапазоном 120-180 дБ, установленных на испытываемой машине, содержащее источник питания, источник тестового сигнала звуковой частоты и излучатель тестового звукового сигнала, введен блок генерации в составе: встроенной батареи, переключателя П для перевода питания от встроенной батареи на внешний источник и последовательно соединенных с переключателем - индикатора на светодиодах, преобразователя-стабилизатора постоянного напряжения DC-DC, источника тестового сигнала звуковой частоты в виде генератора синусоидального сигнала и усилителя мощности; акустический излучатель тестового сигнала выполненный на базе малогабаритного электромагнитного телефона (с габаритами не более 45x35 мм), вход которого посредством проводной линии связи через выключатель В соединен с выходом блока генерации, настроенного на частоту наибольшего резонанса мембраны телефона для усиления интенсивности излучаемого звука до 153 дБ. При этом в торце корпуса излучателя установлено герметизирующее кольцо для плотного прижатия телефона к поверхности проверяемого датчика давления.
Для расширения номенклатуры проверяемых датчиков звукового давления источник тестового сигнала выполнен на базе генератора синусоидального сигнала с перестраиваемой частотой от 150 до 2500 Гц и регулируемого усилителя мощности, что обеспечивает уровень тестового звукового сигнала не менее 140 дБ при сохранении небольших габаритов, позволяющих применять устройство в стесненных условиях. При этом устройство выполнено в виде малогабаритного переносного блока генерации электрического сигнала звуковой частоты и подсоединяемого к нему через кабельную сеть длиной до нескольких метров малогабаритного переносного акустического излучателя звуковой частоты.
Таким образом, заявляемое устройство обеспечивает высокий уровень тестового звукового сигнала, соизмеримого с рабочими уровнями звукового давления проверяемых датчиков, удобство их поверки 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 рисунках.
На фиг.1 - блок-схема устройства для оперативной проверки и калибровки датчиков звукового давления.
На фиг.2 - установка акустического излучателя на проверяемый датчик звукового давления.
Устройство для оперативной проверки и калибровки датчиков звукового давления, установленных на испытываемой машине, включает малогабаритный переносной блок генерации электрического сигнала звуковой частоты (1) и малогабаритный переносной акустический излучатель звуковой частоты (8), соединенные посредством проводной линии связи - кабеля длиной до нескольких метров (7), (фиг.1). Блок генерации (1) содержит источник питания: встроенную батарею U=9В (2) или подключаемый внешний источник (через разъем на корпусе блока), которые могут быть по выбору задействованы переключателем П, соединенным через последовательно связанные индикатор на светодиодах (3) и преобразователь-стабилизатор напряжений DC-DC (4), с собственно генератором синусоидального сигнала (5), выполненным на микросхемах с возможностью изменения частоты в диапазоне от 150 до 2500 Гц (или в более широком диапазоне при необходимости), усилителем мощности (6) с возможностью изменения уровня выходного сигнала, выключателем В для подключения электрического сигнала к излучателю (8). Акустический излучатель тестового звукового сигнала (8) выполнен на базе электромагнитного телефона. Индикатор на светодиодах (3) показывает наличие необходимого уровня напряжения питания.
Акустический излучатель (8) состоит из капсюля (9) телефона с внутренней мембраной (10) и крышкой (11), на которую наклеено герметизирующее кольцо (12) из губчатого материала. Излучатель (8) при работе прикладывают (надевают или надвигают) и плотно прижимают к поверяемому датчику (13) с приемной частью (14), установленному на поверхности испытываемой машины (15) или заподлицо с ее поверхностью, (фиг.2).
Осуществление полезной модели
Для оценки характеристик заявленного устройства был изготовлен и испытан экспериментальный образец в составе: телефонный капсюль TK-67-HT (диаметром 43 мм и высотой 25 мм, R=42 Ом), генератор тестового сигнала KE-512 (Uпит =15В). преобразователь напряжения DC-DC Aimtec AM4Т-24153 (U вых=15В), усилитель MP3125, батарея типа «Крона» (Uвых=9В). В данном образце входной сигнал излучателя составлял U=17.4 В, I=54 mA. достигнутый при этом максимальный выходной уровень звукового давления составлял 153 дБ, вес блока генерации 0,53 кг, вес капсюля 38 г, длина кабеля 2 м.
Таким образом, отличительные свойства заявляемого устройства образуются за счет следующих факторов:
- высокая интенсивность излучаемого тестового сигнала обеспечивается достаточным исходным уровнем звука телефона (порядка 110-115 дБ) и дальнейшим его усилением в полости между крышкой телефона и поверхностью датчика, которая сформирована за счет герметизирующего кольца. В итоге, на любых рабочих частотах уровень звука повышается. Например, для телефонного капсюля TK-67-HT уровень составлял не менее 140 дБ. Дальнейшее усиление интенсивности звука может быть достигнуто путем настройки генератора на частоту наибольшего резонанса мембраны (для указанного капсюля не менее 153 дБ на частоте f=1050 Гц). Чтобы избежать нелинейных искажений выходного звукового сигнала используется подстройка усилителя мощности;
- малогабаритность обеспечивается за счет применения телефонного капсюля в излучателе и механического отделения излучателя от блока генерации электрического сигнала, который, в свою очередь, построен на современных электронных компонентах и имеет небольшие габариты;
- возможность поверки различных типов датчиков обеспечивается широкими диапазонами частот и уровней тестового сигнала за счет регулирования частоты генератора и усилителя мощности;
- длительная эксплуатация устройства обеспечивается возможностью использования двойного питания (от батареи и внешнего источника).
Описание работы заявляемого устройства
Бортовая аппаратура, измеряющая звуковое давление, к которой относится проверяемый и калибруемый датчик (13). 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 (2). По индикатору (3) определяют достаточность уровня напряжения питания, которое в обоих случаях далее поступает к основным элементам устройства. После запитки генератор (5) начинает вырабатывать синусоидальный сигнал, усилитель мощности (6) усиливает выработанный сигнал. Излучатель-телефон прикладывают к приемной части (14) поверяемого датчика (13) так, чтобы он оказался в центре герметизирующего кольца (12), плотно прижимают к датчику или к поверхности (15) испытываемой машины, если датчик установлен заподлицо. После чего включают выключатель B и от усилителя (6) сигнал по кабелю (7) поступает на вход излучателя-телефона. Излучаемый звуковой сигнал воздействует на датчик (13). Контроль сигнала поверяемого датчика (13) осуществляют на его выходе с помощью соответствующей бортовой измерительной аппаратуры.
1. Устройство для оперативной проверки и калибровки датчиков звукового давления с рабочим диапазоном 120-180 дБ, установленных на испытываемой машине, содержащее источник питания, источник тестового сигнала звуковой частоты и излучатель тестового звукового сигнала, отличающееся тем, что введен блок генерации в составе: встроенной батареи, переключателя P для перевода питания от встроенной батареи на внешний источник и последовательно соединенных с переключателем - индикатора на светодиодах, преобразователя-стабилизатора постоянного напряжения DC-DC, источника тестового сигнала звуковой частоты в виде генератора синусоидального сигнала и усилителя мощности; акустический излучатель тестового сигнала, выполненный на базе малогабаритного электромагнитного телефона (с габаритами не более 45×35 мм), вход которого посредством проводной линии связи через выключатель B соединен с выходом блока генерации, настроенного на частоту наибольшего резонанса мембраны телефона, при этом в торце корпуса излучателя установлено герметизирующее кольцо для плотного прижатия телефона к поверхности проверяемого датчика давления.
2. Устройство для оперативной проверки и калибровки датчиков звукового давления по п.1, отличающееся тем, что для расширения номенклатуры поверяемых датчиков звукового давления источник тестового сигнала выполнен на базе генератора синусоидального сигнала с перестраиваемой частотой и регулируемого усилителя мощности.
