Устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды

Авторы патента:

Барышников Анатолий Константинович (RU)

G01H11 - Измерение механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний по изменению электрических или магнитных свойств

Владельцы патента RU 2485455:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области измерения инфразвуковых колебаний газообразной или жидкой среды. Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является повышение точности измерения. Технический результат достигается тем, что устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее акустический фильтр в виде N секций (N≥1), 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 аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор с цифровым портом, цифро-аналоговый преобразователь, первый ключ, сумматор, первый усилитель и первый преобразователь электрического сигнала в механические колебания, связанный с чувствительным элементом, фильтр, подключенный входом к демодулятору и выходом - ко второму входу сумматора, 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 аналого-цифрового преобразователя подключен к демодулятору, входы ключей подключены к цифроаналоговому преобразователю, а управляющими входами ключи подключены к микропроцессору. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение 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 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 заявляемым изобретением, является повышение точности измерения.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее акустический фильтр в виде N секций (N≥1), 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 аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор с цифровым портом, цифроаналоговый преобразователь, первый ключ, сумматор, первый усилитель и первый преобразователь электрического сигнала в механические колебания, связанный с чувствительным элементом, фильтр, подключенный входом к демодулятору и выходом - ко второму входу сумматора, 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 аналого-цифрового преобразователя подключен к демодулятору, входы ключей подключены к цифроаналоговому преобразователю, а управляющими входами ключи подключены к микропроцессору.

Технический результат достигается также тем, что преобразователь электрического сигнала в механические колебания выполнен в виде электродинамического преобразователя электрического сигнала в механические колебания мембраны, чувствительный элемент выполнен в виде подвижной мембраны, являющейся одним из электродов емкостного датчика или связанной с первым электродом емкостного датчика, причем второй неподвижный электрод емкостного датчика связан с корпусом.

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 - аналого-цифровой преобразователь; 11 - микропроцессор; 12 - цифровой порт микропроцессора; 13 - цифроаналоговый преобразователь; 14 - первый ключ; 15 - сумматор; 16 - первый усилитель; 17 - первый преобразователь электрического сигнала в механические колебания; 18 - фильтр; 19 - (N+1) ключ; 20 - (N+1) усилитель; 21 - (N+1) преобразователь электрического сигнала в механические колебания.

Устройство, представленное на фиг.1, содержит акустический фильтр 1 с секциями акустического фильтра 2; корпус 3, чувствительный элемент 4, связанный с окружающей средой и средой внутри корпуса 3, последовательно соединенные 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 аналого-цифровой преобразователь 10, микропроцессор 11 с цифровым портом 12, цифроаналоговый преобразователь 13, первый ключ 14, сумматор 15, первый усилитель 16 и первый преобразователь 17 электрического сигнала в механические колебания, связанный с чувствительным элементом 4, фильтр 18, подключенный входом к демодулятору 7, а выходом - ко второму входу сумматора, а для каждой N секции - последовательно соединенные (N+1) ключ 19, (N+1) усилитель 20 и (N+1) преобразователь 21 электрического сигнала в механические колебания, установленный на входе в N секцию акустического фильтра 2, причем вход аналого-цифрового преобразователя подключен к демодулятору 7, входы ключей подключены к цифроаналоговому преобразователю 13, а управляющими входами ключи подключены к микропроцессору 11.

На фиг. 2 представлен один из возможных примеров реализации устройства с емкостным датчиком 5 перемещения чувствительного элемента 4 (мембраны) и электродинамическим преобразователем 17 электрического сигнала в механические колебания мембраны 4, используемой в качестве первого электрода емкостного датчика 5 (в другом варианте исполнения первый электрод емкостного датчика может быть изолирован от мембраны и наклеен на нее). Второй электрод емкостного датчика 5 неподвижен.

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 18, формирующий требуемую частотную характеристику устройства и далее, через сумматор 15, поступает на первый усилитель 16, обеспечивающий требуемую амплитуду сигнала для работы первого преобразователя 17 электрического сигнала в механические колебания. Первый преобразователь 17 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 в памяти микропроцессора 11 размещен массив чисел, например цифровой образ синусоиды. При поступлении от пользователя через цифровой порт 12 команды «калибровка», содержащей задание амплитуды и частоты, числа цифрового массива умножаются на коэффициент, соответствующий заданной амплитуде, и массив чисел выдается в цифроаналоговый преобразователь 13 с заданной частотой. При подаче от микропроцессора сигнала на управляющий вход первого ключа 14 первый ключ замыкается и подает калибровочный синусоидальный сигнал, сформированный на выходе цифроаналогового преобразователя 13, через сумматор 15 и усилитель 16 на преобразователь 17 электрического сигнала в механические колебания, формирующий эталонные синусоидальные инфразвуковые сигналы.

При снятии сигнала с управляющего входа первого ключа и подаче на управляющий вход (N+1) ключа, (N+1) ключ 19 замыкается и подает калибровочный сигнал от цифроаналогового преобразователя 13 через (N+1) усилитель 20 на (N+1) преобразователь 21 электрического сигнала в механические колебания, формирующий эталонные синусоидальные инфразвуковые сигналы.

При изменении амплитуды и частоты калибровочных сигналов, по напряжению на аналоговом выходе 8, известным характеристикам звеньев и известному напряжению и частоте калибровки проводится расчет амплитудной и амплитудно-частотной характеристик устройства в целом, включая акустический фильтр (если включены все ключи 19) или отдельные секции. Это позволяет выявлять изменения, связанные с засорением или повреждением отдельных секций акустического фильтра.

Первый преобразователь 17 может быть установлен также с другой стороны чувствительного элемента 4, на корпусе или на перегородке между отсеками.

Устройство, представленное на фиг.2, работает следующим образом. Смещение чувствительного элемента 4 относительно неподвижного электрода датчика 5 приводит к изменению емкости датчика и появлению сигнала на аналоговом выходе устройства. Усиленный сигнал с аналогового выхода поступает на первый преобразователь 17 электрического сигнала в механические колебания, выполненный в виде электродинамического громкоговорителя, перемещающего мембрану (чувствительный элемент 4). Таким образом осуществляется отрицательная обратная связь, уменьшающая перемещение чувствительного элемента 4, увеличивающая динамический диапазон устройства и расширяющая частотный диапазон.

Источники информации

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

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

1. Устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее акустический фильтр в виде N секций (N≥1), 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 аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор с цифровым портом, цифроаналоговый преобразователь, первый ключ, сумматор, первый усилитель и первый преобразователь электрического сигнала в механические колебания, связанный с чувствительным элементом, фильтр, подключенный входом к демодулятору и выходом - ко второму входу сумматора, 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 аналого-цифрового преобразователя подключен к демодулятору, входы ключей подключены к цифроаналоговому преобразователю, а управляющими входами ключи подключены к микропроцессору.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразователь электрического сигнала в механические колебания, выполнен в виде электродинамического преобразователя электрического сигнала в механические колебания мембраны, чувствительный элемент выполнен в виде подвижной мембраны, являющейся одним из электродов емкостного датчика или связанной с первым электродом емкостного датчика, причем второй неподвижный электрод емкостного датчика связан с корпусом.

Изобретение относится к области измерения механических колебаний по величине сигнала отражения и может быть использовано для бесконтактного измерения и непрерывного контроля параметров колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях.

Устройство для регистрации инфранизкочастотных колебаний в морской воде // 2468341

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для регистрации инфранизкочастотных колебаний в морской воде. .

Измеритель вибраций для экстремальных условий эксплуатации // 2456555

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерителям вибрации с помощью пьезодатчиков (акселерометров) в экстремальных условиях эксплуатации - при больших и быстрых изменениях температур среды, в которой установлен датчик.

Измеритель пространственных вибраций // 2454644

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибрации электроприводов различных приборов. .

Способ измерения параметров свободно затухающих колебаний крутильного маятника // 2435147

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться в исследованиях свойств различных материалов с помощью крутильного маятника с расчетом частоты и затухания свободных колебаний.

Цепь обратной связи для устойчивого к радиации датчика // 2432552

Изобретение относится к мониторингу промышленного оборудования, в частности к датчику скорости. .

Способ определения амплитуд колебаний лопаток турбомашин и устройство для его осуществления // 2426974

Изобретение относится к измерению механических колебаний по величине сигнала отражения и может быть использовано для бесконтактного измерения и непрерывного контроля амплитуды колебаний турбинных и компрессорных лопаток в эксплуатационных условиях.

Датчик пульсовой волны // 2403861

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к датчику пульсовой волны. .

Многоканальное устройство анализа пространственных векторных величин (варианты) // 2399890

Изобретение относится к устройствам контроля пространственных величин, например пространственной вибрации, и может быть использовано в системах контроля, диагностики, защиты и навигации.

Способ локализации эффекта акустоэлектрических преобразований в технических средствах и устройство для его осуществления // 2390737

Изобретение относится к технике противодействия технической разведке речевой информации, осуществляемой вследствие проявления эффекта акустоэлектрических преобразований в технических средствах.

Способ измерения амплитудно-частотных характеристик подвижных элементов микромеханических устройств // 2488785

Изобретение относится к микромеханике и предназначено для измерения амплитудно-частотных характеристик подвижных элементов микромеханических устройств

Способ измерения амплитуды колебаний // 2490607

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к виброметрии, и может быть использовано для измерения амплитуды механических колебаний поверхностей твердых тел в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот, в частности для измерения амплитуды колебаний многополуволновых излучателей переменного сечения ультразвуковых колебательных систем, используемых в составе аппаратов, предназначенных для интенсификации технологических процессов

Способ измерения параметров механических колебаний контролируемых объектов // 2490608

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения амплитуды, скорости и ускорения механических колебаний контролируемого объекта

Способ измерения мощности гидроакустического излучателя и устройство для осуществления способа // 2492431

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения мощности гидроакустических излучателей разного типа, входящих в состав гидролокаторов, систем гидроакустической связи, телеметрии, комплексов гидроакустического телеуправления и т.д., в процессе их диагностики в реальных условиях эксплуатации

Способ измерения параметров гидроакустического пьезоэлектрического преобразователя и устройство для его осуществления // 2493543

Группа изобретений относится к измерительной технике и может быть использована для определения параметров гидроакустических пьезоэлектрических преобразователей. Способ предполагает этапы, на которых формируют линейно нарастающую цифровую последовательность, преобразуют ее в тестовый управляемый аналоговый сигнал с заданной амплитудой и линейно нарастающей частотой в заданном диапазоне частот, пропускают тестовый сигнал через пьезопреобразователь, измеряют параметры его отклика (тока и напряжения), по значениям которых и по заданному алгоритму определяют амплитудно-частотную характеристику, частоты механического и электромеханического резонансов, импеданс пьезопреобразователя на этих частотах. Измеритель параметров включает устройство прямого цифрового синтеза, подключенное через усилитель мощности и через включенный последовательно с пьезопреобразователем измерительный шунт к испытуемому пьезопреобразователю. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) соединены своими выходами через интерфейс связи с компьютером, а вход АЦП через делитель напряжения подключен к выходу усилителя мощности. Цифровой сигнальный процессор (ЦСП) шиной данных соединен с устройством прямого цифрового синтеза (УПЦС) и выходами АЦП, вход АЦП подключен к пьезопреобразователю и измерительному шунту. Первый, второй и третий выходы ЦСП соединены соответственно с управляющими входами АЦП и УПЦС. Технический результат: измерение параметров в автоматическом режиме, повышение точности и надежности измерений. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Микроэлектромеханический датчик микроперемещений с магнитным полем // 2506546

Изобретение относится к области приборостроения. Оно может быть использовано в датчиках перемещений в системах навигации, автоматического управления и стабилизации подвижных объектов. Технический результат заключается в уменьшении массогабаритных характеристик, а также увеличении разрешающей способности. Технический результат достигается благодаря тому, что микроэлектромеханический датчик микроперемещений с магнитным полем содержит консоль 1, сформированную в кремниевом кристалле 2 с образованием зазора 3, магниточувствительный элемент 4 и постоянный магнит 5. При этом поверхность кристалла 1 покрыта изолирующим слоем 6. На поверхности изолирующего слоя 6, по меньшей мере, на части консоли 1 и, по меньшей мере, на части поверхности кристалла 1, включая край зазора 3, противолежащий концу консоли 1, на изолирующем слое размещен магнитопровод 7 из пленки магнитомягкого материала. Постоянный магнит 5 размещен на магнитопроводе 7. Магниточувствительный элемент 4 размещен в области изменения магнитного поля, формируемого постоянным магнитом 5, при перемещении консоли 1. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Устройство для контроля сигналов // 2509291

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в качестве контрольно-сигнального устройства для контроля квазистатических и низкочастотных параметров состояния машин в процессе эксплуатации. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, уменьшении времени готовности и обеспечении помехоустойчивости. Технический результат достигается благодаря тому, что в устройство для контроля сигналов дополнительно введены шины начального напряжения и сигнализации, пороговый элемент, аналоговый ключ с управляющим входом, третий резистор, диод, катод которого соединен с шиной питания и входом интегрирующей RC-цепи, выход которой соединен с анодом диода и входом порогового элемента, выход которого соединен с первым выводом второго резистивного делителя и управляющим входом аналогового ключа, вход которого соединен с шиной начального напряжения, а выход - с первым выводом первого конденсатора, второй вывод которого через третий резистор соединен с общей шиной, шина среднего значения соединена с первым входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с шиной сигнализации, второй вывод второго резистивного делителя соединен либо с шиной питания, либо с общей шиной. 5 ил.

Преобразователь виброскорости // 2512881

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для контроля параметров вибрации и позволяет повысить надежность и помехоустойчивость преобразования. Преобразователь виброскорости включает в себя корпус, немагнитное основание, размещенную в корпусе двухсекционную измерительную обмотку, охваченную втулкой из магнитного материала, полую немагнитную ось с закрепленным в ней ферромагнитным сердечником и жестко установленную в двухступенчатом отверстии основания, обращенном ступенью меньшего диаметра во внутреннюю часть корпуса, установленный соосно с сердечником оси и свободно охватывающий ось кольцевой продольно намагниченный постоянный магнит, выводной кабель, жилы которого электрически соединены с концами обмотки в радиальном отверстии основания. При этом преобразователь снабжен втулкой из немагнитного материала с малым коэффициентом трения, крышкой из немагнитного высокоэлектропроводящего материала, установочным немагнитным винтом и разъемом, при этом втулка из магнитного материала выполнена высотой, не меньшей высоты обмотки, форма полой оси выполнена в виде гвоздя, шляпа которого выполнена правильной цилиндрической формы и диаметром, меньшим диаметра первой ступени отверстия в основании, но большим диаметра второй ступени отверстия в основании, при этом диаметр оси выполнен меньшим диаметра второй ступени основания на величину минимального технологического зазора, крышка выполнена в виде блина с уступом, диаметр которого выполнен меньшим внутреннего диаметра обмотки на величину технологического зазора, с глухим отверстием со стороны уступа, диаметр глухого отверстия выполнен диаметром, обеспечивающим тугую посадку конца оси в отверстии крышки, а диаметр блина выполнен равным внешнему диаметру магнитной втулки, при этом уступ крышки плотно размещен в верхней части обмотки, конец оси размещен в глухом отверстии крышки, магнит расположен свободно между внутренними торцами крышки и основания и жестко закреплен на втулке, которая на скользящей посадке размещена на оси, установочный винт размещен в первой ступени, в которой нарезана резьба, отверстия основания и вкручен до упора со шляпой оси, при этом корпус с основанием соединен с помощью винтов, шляпки которых размещены в потайных отверстиях, изготовленных с нижней стороны основания, радиальное отверстие в основании с припаянными концами обмотки к соответствующим жилам кабеля залито неэлектропроводящим компаундом, кабель центрирован и закреплен в отверстии основания с помощью фиксирующей втулки, а жилы свободного конца кабеля припаиваются к соответствующим контактам разъема. Техническим результатом от реализации изобретения является повышение конструктивной и информационной надежности. 1 ил.

Система контроля вибрации и температуры с беспроводными датчиками и узел крепления пьезокерамического элемента в беспроводном датчике // 2513642

(57) Заявленная группа изобретений относится к области измерительной техники. Система характеризуется наличием базовой станции и беспроводных датчиков, выполненных с возможностью обмена информацией по радиоканалам в цифровом формате благодаря использованию уникальных серийных номеров, выполненных без возможности изменения. Каждый датчик снабжен элементом питания, а базовая станция выполнена с возможностью связи с компьютером интерфейсом RS-485 и поддерживает протокол обмена данными Modbus RTU; питание базовой станции производится по двухпроводному интерфейсу; питание датчика обеспечивается индивидуальным элементом питания; датчик выполнен с возможностью установки на объекты контроля и установлен в изолирующий бокс. Узел крепления пьезокерамического элемента в беспроводном датчике, характеризующийся тем, что он содержит основание датчика, в основании выполнено шесть крепежных отверстий с резьбой; на основании датчика расположен слой слюды; на слое слюды расположен слой медной фольги; на слое медной фольги расположены два стальных кольца с зажатым между ними за внешний край пьезокерамическим элементом; кольца совместно с двумя слоями медной фольги образуют внутренний объем чувствительного элемента; на кольцах расположен слой медной фольги; на слое медной фольги расположен слой слюды; на слое слюды расположена крышка; в крышке выполнены шесть отверстий; вся конструкция стянута шестью болтами. Технический результат - повышение помехозащищенности и достоверности измерений. 2 н. и 6 з.п. ф-лы.

Способ испытаний микропроцессорной системы управления двигателем автотранспортного средства на восприимчивость к электромагнитному излучению грозового разряда // 2514316

Изобретение относится к электрическим испытаниям электрооборудования на восприимчивость к электромагнитному воздействию. Способ испытаний микропроцессорной системы управления двигателем автотранспортного средства на восприимчивость к электромагнитному воздействию, в котором испытуемую систему управления в составе транспортного средства подвергают импульсному воздействию электромагнитного излучения с помощью генератора грозового разряда. Испытуемую систему подвергают воздействию заданного количества несинхронизированных импульсов электромагнитного излучения, при этом количество импульсов электромагнитного излучения рассчитывают из формулы. Решение позволяет более достоверно оценить электромагнитную стойкость системы управления двигателем. 1 ил.