Измеритель шума и вибрации
Полезная модель относится к приборостроению, а конкретно к акустике, в частности к электродинамическим преобразователям для измерения звуковых сигналов и вибрации. В измерителе шума и вибрации, включающем измерительный микрофон, блок усилителей, блок фильтров, блок детектора мощности, блок индикации, блок управления с переключателями и указателем величины измеряемых уровней шума и вибрации, а также блок питания, блок индикации выполнен в виде взаимосвязанных преобразователя напряжения, микроЭВМ, таймера, оперативно запоминающего устройства и средства связи измерителя шума и вибрации с внешней ЭВМ, блок усилителей, блок фильтров, блок детектора мощности снабжены регистрами и связаны с микроЭВМ блока индикации, при этом блок детектора мощности содержит контроллер диапазона, а блок управления снабжен контроллером клавиатуры. Полезная модель позволила получить технический результат, а именно: автоматизировать сбор и обработку информации об уровнях шума и вибрации. 1 н.з., 5 з.п. ф-лы и 1 ил.
Полезная модель относится к приборостроению, а конкретно к акустике, в частности к электродинамическим преобразователям для измерения звуковых сигналов и вибрации.
Известен "Измеритель шума и вибрации ВШВ-003" (паспорт 5Ф2.745.009 ПС), который содержит измерительный микрофон, усилитель, фильтры октавные, преобразователь напряжения, устройство индикации, переключатель и источник питания. В процессе эксплуатации выбор всех режимов работы "Измерителя шума и вибрации ВШВ-003" осуществляется вручную.
Основным недостатком "Измерителя шума и вибрации ВШВ-003" является то, что выбор диапазона измерения уровня шума и вибрации требует участия оператора для его визуальной оценки и ручного переключения, что не позволяет применять прибор в системах автоматического сбора и обработки информации для оценки уровня шума и вибрации.
Известен также "Точный импульсный шумомер 00023" (VEB ROBOTRON-MESSELEKTRONIK>OTTO SCH™N<DRESDEN), разрешение на измерительное средство согласно ASMW-VM 646 приводится под регистрационным номером 8.2./367, который принят в качестве ближайшего аналога. "Точный импульсный шумомер 00023" содержит измерительный микрофон, делитель напряжения с ручным переключением, блок усилителей, блок фильтров с ручным выбором диапазона измеряемой величины, детектор мощности, блок индикации, блок управления с переключателями и указателем измеряемой величины, блок питания.
В процессе измерения уровней шума и вибрации все операции, связанные с выбором общего коэффициента усиления "Точного импульсного шумомера 00023", частотного диапазона измерений, а также подстройка коэффициентов усиления точного импульсного шумомера по измеряемой величине производятся вручную.
Основным недостатком "Точного импульсного шумомера 00023" является то, что выбор диапазона измерения уровня шума и вибрации требует участия оператора для его визуальной оценки и ручного переключения, что не позволяет применять прибор в системах автоматического сбора и обработки информации для оценки уровня шума и вибрации.
Перед полезной моделью поставлена задача автоматизировать сбор и обработку информации об уровнях шума и вибрации.
Поставленная задача решается за счет того, что в измерителе шума и вибрации, включающем измерительный микрофон, блок усилителей, блок фильтров, блок детектора мощности, блок индикации, блок управления с переключателями и указателем величины измеряемых уровней шума и вибрации, а также блок питания, блок индикации выполнен в виде взаимосвязанных преобразователя напряжения, микроЭВМ, таймера, оперативно запоминающего устройства и средства связи измерителя шума и вибрации с внешней ЭВМ, блок усилителей, блок фильтров, блок детектора мощности снабжены регистрами и связаны с микроЭВМ блока индикации, при этом блок детектора мощности содержит контроллер диапазона, а блок управления снабжен контроллером клавиатуры.
Указатель величины измеряемых уровней шума и вибрации может быть выполнен цифровым.
Указатель величины измеряемых уровней шума и вибрации может быть выполнен в виде светодиодной матрицы.
Преобразователь напряжения может быть выполнен в виде преобразователя напряжения в частоту.
Преобразователь напряжения может быть выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя.
Измерительный микрофон может быть снабжен предусилителем.
Полезная модель позволила получить технический результат, а именно: возможность автоматически устанавливать перенастройку диапазона измерения уровня шума и вибрации по уровню входного звукового сигнала, возможность автоматического переключения частотного приведения прибора, что позволяет автоматизировать сбор, обработку информации для оценки уровня шума, например, при аттестации рабочего места по параметру безопасности.
На чертеже приведена структурная схема полезной модели.
В состав структурной схемы полезной модели входят: измерительный микрофон 1, блок 2 усилителей, блок 3 фильтров, блок 4 детектора мощности, блок 5 индикации, блок 6 управления, блок 7 питания.
Блок 2 усилителей состоит из нескольких последовательно включенных усилителей 8 и снабжен регистром (RG) 9 для автоматического переключения коэффициента усиления.
Блок 3 фильтров включает набор фильтров А 10, С 11, Lin 12, Inf 13, Oktav 14 и выходной буферный каскад 15, соединенный с выходом 16 ключа 17. Блок 3 фильтров снабжен регистром 18.
Блок 4 детектора мощности состоит из детектора 19 мощности сигнала и детектора 20 диапазона. Детектор 19 мощности сигнала состоит из входного аттенюатора 21, квадратора 22, пикового детектора 23, схемы ИЛИ 24, буферного каскада 25, переключаемых фильтров 26 временного приведения, выходного мультиплексора 27, выходного буферного каскада 28. Детектор 19 мощности сигнала и детектор 20 диапазона управляются посредством регистра 29. Детектор 20 диапазона состоит из пикового детектора 30, детектора 31 эффективного значения, двух компараторов 32 и 33, схемы ИЛИ-НЕ 34.
Блок 5 индикации выполнен в виде управляющей микроЭВМ 35, преобразователя 36 напряжение-частота, энергонезависимого оперативно запоминающего устройства 37 (далее - ОЗУ 37), таймера-календаря 38, средства связи измерителя шума и вибрации с внешней ЭВМ посредством контроллера 39.
Преобразователь 36 напряжения выполнен в виде преобразователя напряжения в частоту.
Преобразователь 36 напряжения, как один из примеров решения, может быть выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя.
Блок 6 управления включает в себя группы клавиш: группа клавиш 40 выбора октавной полосы, группа клавиш 41 временного приведения (клавиши Slow, Fast, Imp), группа клавиш 42 частотного приведения (клавиши А, С, Lin), группа клавиш 43 выбора режима (клавиши Изм, Стоп, Зап, Ручн/Авт). Блок 6 управления содержит также указатель 44 величины измеряемых уровней шума и вибрации, выполненный цифровым в виде жидкокристаллического (далее - ЖКИ) дисплея, и содержит контроллер 45 клавиатуры, предназначенный для управления процессом считывания состояния клавиш и отображением информации на ЖКИ дисплее. Блок 6 управления связан с модулем контроллера 45 клавиатуры по последовательному интерфейсу.
Указатель 44 величины измеряемых уровней шума и вибрации, как один из примеров решения, может быть выполнен в виде светодиодной матрицы.
Блок 7 питания является адаптером сетевого напряжения и напряжения аккумуляторов в необходимые величины напряжения питания прибора и имеет режимы +15, -15, +5, Dgr, Agr.
Измерительный микрофон 1 снабжен предусилителем 46.
Работа измерителя шума и вибрации, пример выполнения которого приведен на чертеже, происходит следующим образом.
В блоке 2 усилителей происходит усиление микрофонного сигнала, который в зависимости от уровня измеряемого шума, может изменятся в пределах от 10 мкВ до 10 В. Коэффициент усиления в блоке 2 усилителей может ступенчато изменяться в соответствии с заданным кодом усиления. Значения коэффициентов усиления изменяются в пределах 1-105. Значение коэффициента усиления переключается автоматически. Цифровой код усиления устанавливается в регистре 9, по шине 46 данных. Код усиления вырабатывается в микроЭВМ 35, исходя из уровня измеряемого сигнала. Коэффициент усиления переключается ступенчато с шагом 20 дБ. Величина шага выбрана с учетом значения пик-фактора сигнала, который был принят равным 3,3, что соответствует белому шуму, а также с учетом минимального и максимального значений прибора. Диапазон измерений уровня шума и вибрации насчитывает 5 ступеней и составляет 100 дБ. При обнаружении факта выхода измеряемого сигнала за установленный диапазон измерений, производится поиск нового диапазона измерений в соответствии со следующим алгоритмом: в случае слабого сигнала коэффициент усиления увеличивается на одну ступень, в случае перегрузки коэффициент усиления уменьшается на одну ступень. Если в этом случае сигнал также выходит за пределы диапазона производится поиск ступени усиления путем последовательно перебора разрядов кода усиления (аналогично методу поразрядного уравновешивания).
Блок 3 фильтров осуществляет фильтрацию выходного сигнала блока 2 усилителей в соответствии с выбранной частотной характеристикой А 10, С 11, Lin 12, Inf 13, Oktav 14. Выбор режима фильтрации осуществляется коммутацией одного из фильтров на выходной буферный каскад 15 при помощи электронного ключа 17, управляемого кодом, хранимым в регистре 18. Центральная частота октавного фильтра 14 устанавливается кодом регистра 18 и может соответствовать частотным характеристикам А 10, С 11, Lin 12, Inf 13, Oktav 14. Центральная частота октавного фильтра 14 может принимать значения 16, 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000, 12500 Гц. Управление октавным фильтром 14 осуществляется с помощью расположенных в нем электронных переключателей, коммутирующих реактивности, определяющие центральную частоту настройки октавного фильтра 14 на любую из указанных выше частот. Выходной сигнал блока 3 фильтров поступает в блок 4 детектора мощности. Принципиальная схема фильтров разрабатывалась в
соответствии с существующими стандартами и соответствуют первому классу точности.
Блок 4 детектора мощности функционирует следующим образом:
Детектор 20 диапазона вырабатывает сигналы INT (прерывание), Low (малый сигнал). High (перегрузка). Эти сигналы поступают в блок 5 индикации. Они сигнализируют о выходе сигнала, снимаемого с блока 2 усилителей, за пределы измерений и свидетельствуют либо о перегрузке усилителя (High), либо о малом сигнале (Low). Сигнал INT получается как функция ИЛИ-НЕ 34 этих сигналов и имеет активный низкий уровень. Выходной сигнал блока 2 усилителей поступает на пиковый детектор 30 и на детектор 31 эффективного значения. Выходное напряжение детектора 31 эффективного значения поступает на компаратор 32, где сравнивается с опорным значением. В случае если выходное напряжение детектора 31 эффективного значения становится меньше опорного (0,5 В), на выходе компаратора 32 устанавливается лог.1. (сигнал Low). Компаратор 32 имеет гистерезис (0,2 В), при срабатывании компаратора 32 порог повышается. Сигнал Low поступает на один из входов схемы ИЛИ-НЕ 34, которая вырабатывает сигнал INT. Сигналы Low и INT поступают также к блоку 5 индикации, для сообщения о необходимости перестройки усиления блока 2 усилителей в большую сторону (на следующую ступень усиления). В случае, если сигнал становится чрезмерно большим, вырабатывается сигнал High. Выходное напряжение пикового детектора 30 поступает на другой компаратор 33, где производится сравнение с опорным напряжением (10 В). В случае перегрузки напряжение пикового детектора 30 превышает опорное значение, на выходе компаратора 33 устанавливается уровень лог.1. Этот сигнал (High) поступает на вход второй схемы ИЛИ-НЕ 34, и также приводит к формированию сигнала INT. Сигнал High поступает к блоку 5 индикации совместно с сигналом INT, указывая на необходимость перестройки усиления блока 2 усилителей в меньшую сторону (на предыдущую ступень усиления). Аналогично компаратор 33 имеет гистерезис (2 В), необходимый для устойчивого определения перегрузки. При срабатывании компаратора 33 порог понижается. Пиковый детектор 30 и детектор 31 эффективного значения сбрасываются общей выходной линией (смена диапазона - RST) регистра 29, состояние которого изменяется блоком 5 индикации в момент перестройки усиления блока 2 усилителей.
Входным сигналом детектора 19 мощности сигнала является выходной сигнал блока 3 фильтров. Этот сигнал заводится на входной аттенюатор 21, который обеспечивает значения коэффициентов усиления К=1 и К=10. Указанные
коэффициенты усиления управляются регистром 29. Выходной сигнал аттенюатора 21 поступает на вход квадратора 22, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный мгновенной мощности измеряемого шума. Выходной сигнал квадратора 22 поступает на пиковый детектор 23 и на фильтры 26 временного приведения. Пиковый детектор 23 обеспечивает постоянную времени нарастания сигнала, равную 0,1 сек. Выходное напряжение пикового детектора 23 поступает на выходной мультиплексор 27. На другой вход выходного мультиплексора 27 поступает напряжение с фильтров 26 временного приведения. Фильтры 26 временного приведения представляют собой RC-фильтр с переключаемым резистором. Переключение производится с помощью линии "режим" (Slow/Fast) регистра 29. Постоянная времени, таким образом, может составлять 0,5 сек или 1 сек, что соответствует временным характеристикам Fast и Slow соответственно. Фильтры 26 временного приведения содержат буферный каскад 25, исключающий влияние последующих цепей на работу блока 4 детектора мощности. Сигналы пикового детектора 23 и фильтров 26 временного приведения поступают на два входа выходного мультиплексора 27. Выходной мультиплексор 27 обеспечивает выбор между сигналом пикового детектора 23 и сигналов фильтров 26 временного приведения, что используется для переключения между временными характеристиками Imp и Slow/Fast. Управление выходным мультиплексором 27 осуществляется регистром 29. Сигнал выходного мультиплексора 27 через выходной буферный каскад 28 поступает в блок 5 индикации. Пиковый детектор 23 и фильтры 26 временного приведения сбрасываются в исходное состояние тем же сигналом, что и пиковый детектор 30 и детектор 31 эффективного значения в детекторе 20 диапазона, в моменты переключения между диапазонами измерений. Пиковый детектор 23 управляется сигналом, получаемым как функция работы схемы ИЛИ 24, на которую поступают сигнал RST и сигнал ClearPik (сброс пикового детектора 23). Сигнал ClearPik снимается с одной из выходных линий регистра 29. Импульс ClearPik устанавливается блоком 5 индикации при нажатии клавиши Imp группы клавиш 41 временного приведения блока 6 управления.
Блок 5 индикации служит для автоматической установки коэффициента усиления усилителей, управления режимами работы других блоков в соответствии с установленным режимом измерений, вычисления и записи в энергонезависимую память (ОЗУ 37) измеряемых значений, считывания с блока 6 управления нажатых клавиш, управления отображением режима измерений и значений измеренных величин
на указателе 44 величины измеряемых уровней шума и вибрации. Входной сигнал, снимаемый с блока 4 детектора мощности, поступает на преобразователь 36 напряжение-частота (далее - ПНЧ 36). В микроЭВМ 35 определяется число импульсов, вырабатываемое ПНЧ 36 за 0,1 сек. Результаты десяти измерений частоты усредняются, а полученная величина пересчитывается в уровень звукового давления (звука). Автоматическая установка диапазона измерений осуществляется при помощи сигналов "перегрузка" - "малый сигнал", вырабатываемых блоком 4 детектора мощности. При этом подбирается такое значение усиления блока 2 усилителей, при котором оба сигнала находятся в неактивном состоянии. Энергонезависимое оперативно запоминающее устройство 37 и таймер-календарь 38 позволяют сохранять данные об измеренных значениях с привязкой их ко времени и дате проведения измерений. Контроллер 39 последовательного порта позволяет осуществлять обмен данными с внешней ЭВМ и позволяет производить работу под управлением IBM PC.
Блок 6 управления осуществляет обмен данными по последовательному интерфейсу, управление отображением данными на интеллектуальном ЖКИ дисплее, а также проводит периодический опрос клавиатуры блока 6 управления посредством контроллера 45 клавиатуры. При нажатии какой-либо клавиши любой группы клавиш вырабатывается сигнал запроса блоку 5 индикации и передается в него код нажатой клавиши. На лицевой панели расположены двадцать восемь клавиш. Различные группы клавиш управляющие временными, частотными характеристиками измерителя шума и вибрации, режимами работ (автоматические измерения, ручное управление, калибровка и т.д.) расположены в соответствии с их функциональным назначением и требованиями эргономики.
Блок 7 питания обеспечивает необходимым напряжением все блоки измерителя шума и вибрации.
Полезная модель позволила получить технический результат, а именно: автоматизировать сбор и обработку информации об уровнях шума и вибрации.
Полученный технический результат позволяет исключить постоянное участие оператора для визуальной оценки и ручного переключения выбора диапазона измерения уровня шума и вибрации, и позволяет применять прибор в системах автоматического сбора и обработки информации для оценки уровня шума и вибрации, например, при аттестации рабочего места по параметрам безопасности воздействия уровня шума и вибрации.
1. Измеритель шума и вибрации, включающий измерительный микрофон, блок усилителей, блок фильтров, блок детектора мощности, блок индикации, блок управления с переключателями и указателем величины измеряемых уровней шума и вибрации и блок питания, отличающийся тем, что блок индикации выполнен в виде взаимосвязанных преобразователя напряжения, микроЭВМ, таймера, оперативно запоминающего устройства и средства связи измерителя шума и вибрации с внешней ЭВМ, блок усилителей, блок фильтров, блок детектора мощности снабжены регистрами и связаны с микроЭВМ блока индикации, при этом блок детектора мощности содержит контроллер диапазона, а блок управления снабжен контроллером клавиатуры.
2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что указатель величины измеряемых уровней шума и вибрации выполнен цифровым.
3. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что указатель величины измеряемых уровней шума и вибрации выполнен в виде светодиодной матрицы.
4. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что преобразователь напряжения выполнен в виде преобразователя напряжения в частоту.
5. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что преобразователь напряжения выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя.
6. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что измерительный микрофон снабжен предусилителем.
