Акустическая испытательная система

 

Использование: в контрольно-измерительной технике. Сущность изобретения: испытательная система содержит перестраиваемый генератор 1 синусоидального сигнала, масштабирующий усилитель 2, переключатель 3, акустическую испытательную камеру 4, источник 5 звукового сигнала, испытуемый объект 6, контрольный микрофон 7, магнитную петлю 8, элемент ИЛИ 9, два регулируемых усилителя 10, 11, блок 12 фильтрации, два ключа 13, 19, блок 14 детектирования, АЦП 15, блок 16 установки пределов измерения, блок 17 управления, счетчик 18, ОЗУ 20, блок 21 ввода данных, блок 22 регистрации, блок 23 сравнения, блок 24 быстрого преобразования Фурье, блок 25 задания амплитуды, блок 26 задания напряжения, блок 27 задания сопротивления, управляемый источник 28 питания. Магнитная петля, источник звукового сигнала, испытуемый объект и контрольный микрофон размещены в акустической испытательной камере. 17 - 26 - 28 - 6 - 7 - 1 - 11 - 12 - 13 - 14 - 15 - 16 - 19 - 20 - 26, 17 - 27 - 28 - 6 - 9 - 11 - 16 - 21 - 22, 17 - 24 - 20 - 23 - 17, 17 - 1 - 2 - 3 - 5, 17 - 20 - 27, 17 - 14 - 15 - 19, 17 - 25 - 2, 17 - 3 - 8, 25 - 20 - 26, 17 - 13 - 11, 17 - 12, 17 - 18. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при проектировании устройств для исследования характеристик слуховых аппаратов, микрофонов, телефонов, преобразователей магнитных сигналов и т.п.

Результаты проведенных патентных исследований показали, что разработке устройств данного назначения уделено незаслуженно мало внимания.

Известен способ калибровки акустического преобразователя, в соответствии с которым берется стандартный преобразователь и определяется его абсолютная чувствительность по входу. Чувствительность определяется на выбранных частотах в диапазоне работы проверяемого преобразователя. Стандартный и акустический преобразователи подключаются к поверхности замкнутой акустической среды, представляющей эквивалентную акустическую нагрузку, в которой должен использоваться проверяемый преобразователь. Замкнутая акустическая среда выполнена в виде блока, все габариты которого приблизительно равны толщине акустической среды, в которой должен работать проверяемый преобразователь. В замкнутую среду подается случайный белый акустический шум, под воздействием которого в среде устанавливается реверберационное рассеянное поле, в которое подаются выходные сигналы проверяемого и акустического преобразователей. Сигналы подаются на выбранных частотах заданного диапазона работы проверяемого преобразователя. Затем производится сравнение выходных сигналов проверяемого и стандартного преобразователей, поступающих на выбранных частотах. В результате сравнения определяется входная чувствительность проверяемого акустического преобразователя [1] Недостатками этого способа являются ограниченные возможности по объему определяемых характеристик, а также по типу исследуемых объектов, так как он позволяет измерять только чувствительность акустических преобразователей.

Известно также устройство для акустических измерений (патент США N 3912880, кл. Н 04 R 29/00, 1975), предназначенное для измерения частотной характеристики акустических преобразователей. Устройство содержит акустический генератор, закрепленный на корпусе акустоэлектрического преобразователя. Генератор формирует акустический сигнал в виде большого числа дискретных синусоидальных частот. С акустоэлектрическим преобразователем и сопряженной с ним схемой электрически соединен блок для приема их выходного сигнала и его аналого-цифрового преобразователя. Первый узел приемного блока обеспечивает стробирование принимаемого сигнала, причем это стробирование может быть осуществлено с переменной частотой. К стробирующему узлу подключен управляющий узел для регулирования частоты стробирования в зависимости от изменений частоты принимаемого сигнала. К выходу аналого-цифрового преобразователя подключен анализирующий Фурье-преобразователь для получения характеристик акустоэлектрического преобразователя.

Устройство имеет те же недостатки.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является акустическая испытательная система, содержащая задающий генератор синусоидальных сигналов с дискретной настройкой частоты, включающий два генератора синусоидальных сигналов, связанных друг с другом и через автоматические аттенюаторы с входами суммирующего усилителя, выход которого связан через последовательно соединенные ручной аттенюатор и усилитель мощности с источником звукового сигнала, например громкоговорителем, помещенным в безэховую акустическую камеру, в которой также размещен исследуемый объект, в частности слуховой аппарат [2] Кроме того, в систему входит анализатор сигналов исследуемого объекта, включающий последовательно соединенные два входных усилителя, полосовой фильтр, выходной усилитель, логарифмический среднеквадратичный детектор, суммирующий усилитель, аналоговый компаратор и цифроаналоговый преобразователь, подключенный выходом и входом соответственно к одному из входов и выходов блока логического управления.

Результаты исследований регистрируются в блоке самописца.

Набор дискретных значений частот, выдаваемых генератором синусоидальных сигналов, хранится в запоминающем устройстве, входящем в состав блока логического управления.

Система работает в следующих режимах, устанавливаемых блоком управления: измерение частотной коррекции; измерение частотных характеристик; измерение нелинейных искажений; измерение перекрестных искажений.

В первых трех режимах используется только первый из двух генераторов синусоидальных сигналов, в четвертом режиме задействованы оба генератора.

Синусоидальными сигналами звуковой частоты возбуждается помещенный в камеру источник звуковых сигналов, который создает в камере звуковое поле, которое воздействует на испытуемый объект, например микрофон, реакция которого в виде электрических сигналов поступает в анализатор сигналов. После усиления сигналы поступают на полосовой фильтр, который используется при определении кривой частотной коррекции и частотной характеристики. При измерении других параметров полосовой фильтр не используется.

Сигнал с полосового фильтра поступает на детектор, который преобразует этот сигнал в сигнал постоянного тока, пропорциональный среднеквадратичному значению входного.

Выходной сигнал с детектора суммируется в усилителе с сигналами входного и выходного усилителей с автоустановкой диапазона таким образом, что выходной сигнал пропорционален уровню воспринимаемого испытуемым объектом сигнала. Сигнал с суммирующего усилителя поступает на аналоговый компаратор, где сравнивается с заданным пороговым уровнем. Сигнал, превысивший порог, поступает на цифроаналоговый преобразователь, где преобразуется в цифровую форму, а затем подается в блок логического управления, из которого затем подается на графический самописец, воспроизводящий график исследуемой характеристики.

Перед измерением частотных характеристик предварительно снимается и запоминается значение кривой частотной коррекции, из которых в блоке управления вырабатывается сигнал, управляющий затуханием автоматических аттенюаторов, благодаря чему обеспечиваются автоматическая компенсация частотной характеристики испытательной камеры и автоматическая настройка уровня, отдаваемого громкоговорителем (источником звукового сигнала).

При измерении нелинейных искажений полосовой фильтр автоматически настраивается на определенную соответствующим органом управления гармонику и самописец строит на бумаге график амплитуды составляющей искажений.

Значение корректирующей кривой используются в процессе автоматической настройки уровня звукового давления вблизи измерительной плоскости внутри камеры.

Измерение характеристик слуховых аппаратов, микрофонов и телефонов производится по одной процедуре.

Известное устройство обладает достаточно широкими возможностями как по объему измеряемых характеристик, так и по типу исследуемых объектов, однако оно не позволяет определять зависимость характеристик электроакустических преобразователей от напряжения питания и значения внутреннего сопротивления источника питания и, кроме того, не позволяет измерять характеристики преобразователей магнитных сигналов, что существенно ограничивает функциональные возможности прототипа.

От указанных недостатков свободна предлагаемая система.

Сущность изобретения заключается в том, что в акустическую испытательную систему, содержащую перестраиваемый генератор сигнала, например синусоидального, акустическую испытательную камеру с размещенными в ней источником звуковых сигналов, испытуемым объектом, масштабирующий усилитель, второй регулируемый усилитель, подключенный выходом к первому входу ключа непосредственно, а к второму его входу через блок фильтрации, при этом выход ключа соединен с первым входом блока детектирования, а также блок регистрации и блок управления, введены блок задания амплитуды, блок задания напряжения, блок задания сопротивления, управляемый источник питания, подключенный выходом к испытуемому объекту, блок установки пределов измерения, АЦП, ОЗУ, второй ключ, счетчик, блок ввода данных, блок сравнения, блок быстрого преобразования Фурье (БПФ), переключатель, элемент ИЛИ, магнитная петля, установленная в акустической испытательной камере, первый регулируемый усилитель, контрольный микрофон, при этом первый вход перестраиваемого генератора синусоидального сигнала подключен к первому выходу блока управления, второй его вход соединен с выходом тактовых импульсов (ТИ) блока управления, а выход связан с сигнальным входом масштабирующего усилителя, управляющий вход которого подключен к первому выходу блока задания амплитуды, а его вход соединен с сигнальным входом переключателя, два управляющих входа которого подключены соответственно к второму и третьему выходам блока управления, первый выход переключателя соединен с входом источника звуковых сигналов, второй выход через магнитную петлю связан с корпусом акустической испытательной системы (устройства), а третий его выход подключен к испытуемому объекту, выход которого связан через элемент ИЛИ с сигнальным входом второго регулируемого усилителя, управляющий вход которого совместно с управляющим входом первого регулируемого усилителя, подключенного входом к контрольному микрофону и выходом к второму входу элемента ИЛИ, соединен с первым выходом блока установки пределов измерения, второй выход которого соединен с первым входом блока управления, связан через счетчик с вторым входом блока управления и с управляющим входом второго ключа, сигнальный вход которого подключен к выходу АЦП, сигнальный вход которого соединен с выходом блока детектирования, а его второй выход подключен к информационному входу блока установки пределов измерения, выход второго ключа соединен с первым входом оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), первый, второй и третий выходы которого соединены с первыми входами соответственно блоков задания сопротивления, напряжения и амплитуды, четвертый выход ОЗУ подключен к информационному входу блока ввода данных, пятый его выход соединен с первым информационным входом блока сравнения, магистральный вход ввода начальных данных ОЗУ соединен с одноименными входами блока сравнения, блока БПФ и с магистральным выходом блока управления, второй магистралью ввода-вывода ОЗУ связано с другим магистральным входом-выходом блока БПФ, второй информационный вход ОЗУ подключен к второму выходу блока задания амплитуды, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами "<" и ">" блока сравнения, выход "=" которого подключен к третьему входу блока управления и управляющему входу ОЗУ, четвертый выход блока управления соединен с управляющими входами первого ключа, блока детектирования и блока фильтрации, пятый выход блока управления подключен к четвертому входу блока задания амплитуды, а его шестой и седьмой выходы связаны с вторыми входами соответственно блоков задания напряжения и сопротивления, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам управляемого источника питания, при этом синхронизирующие входы блоков задания амплитуды, напряжения и сопротивления, ОЗУ, блока сравнения, блока БПФ, блока ввода данных, блока установки пределов измерения и АЦП подключены к выходу синхроимпульсов (СИ) блока управления.

Благодаря введению в систему управляемого источника питания, связанных с ним блоков задания напряжения и сопротивления, связанных с блоком управления и ОЗУ, связанного, в свою очередь, с блоком управления, блоком сравнения и блоком БПФ, а также с блоком установки пределов измерения и АЦП обеспечивается возможность определения системой зависимости характеристик испытуемых объектов, а именно слуховых аппаратов от напряжения их питания и внутреннего сопротивления источника питания, а благодаря введению в камеру магнитной петли, связанной через переключатель с перестраиваемым генератором синусоидального сигнала, обеспечивается возможность измерения характеристик преобразователей магнитных сигналов, что в конечном итоге существенно расширило функциональные возможности предлагаемой системы в сравнении с аналогами и прототипами.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемой системы на фиг. 2 схема блока установки пределов измерения, пример выполнения; на фиг. 3 схема блока задания амплитуды, пример выполнения; на фиг. 4 схема управляемого источника питания, пример выполнения.

На фиг. 1 обозначены перестраиваемый генератор 1 синусоидального сигнала (ПГСС), масштабирующий усилитель 2 (МУ), переключатель 3, акустическая испытательная камера (АИК) 4, содержащая источник 5 звукового сигнала (ИЗС), испытуемый объект (ИО) 6, контрольный микрофон (КМ) 7, магнитная петля (МП) 8, элемент ИЛИ 9, первый регулируемый усилитель (РУ₁) 10, второй регулируемый усилитель (РУ₂) 11, блок 12 фильтрации (БФ), первый ключ (КЛ) 13, блок 14 детектирования (БД), АЦП 15, блок 16 установки пределов измерения (БУПИ), блок 17 управления (БУ), счетчик (Сч) 18, второй ключ 19 (КЛ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 20, блок 21 ввода данных (БВД), блок 22 регистрации (Бл.Р), блок 23 сравнения (БС); блок 24 быстрого преобразования Фурье (БПФ), блок 25 задания амплитуды (БЗА), блок 26 задания напряжения (БЗН), блок 27 задания сопротивления (БЗС), управляемый источник 28 питания (УИП).

При этом перестраиваемый генератор ПГСС содержит делитель 29 с управляемым коэффициентом деления (ДУК), счетчик (Сч) 30, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 31, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 32.

Блок управления содержит элемент ИЛИ 33, блок 34 задания частоты (БЗЧ), задающий генератор (ЗГ) 35, блок 36 выбора режимов измерения (БВРИ), блок 37 выбора измеряемого параметра (БВИП), блок 38 ввода начальных данных (БВHД).

На фиг. 3 обозначены реверсивный счетчик (РСч) 39, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 40, первый элемент И 41, элемент НЕ 42, статический триггер (Тг) 43, второй элемент И 44, третий элемент И 45.

На фиг. 4 обозначены реверсивный счетчик (РCч) 46, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 47, первый элемент И 48, второй элемент И 49.

На фиг. 5 обозначены цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 50, блок 51 резистора, блок 52 элементов И, дешифратор (ДШ) 53, элемент ИЛИ 54.

В соответствии с фиг. 1 система содержит перестраиваемый генератор 1 синусоидального сигнала, выход которого подключен к сигнальному входу масштабирующего усилителя 2, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока 25 задания амплитуды, а его выход связан с сигнальным входом преобразователя 3, первый и второй управляющие входы которого подключены соответственно к второму и третьему выходам блока 17 управления. Первый выход переключателя 3 подключен к размещенному в камере 4 источнику 5 звукового сигнала, второй его выход связан через магнитную петлю 8 с корпусом устройства, а третий его выход соединен с первым входом испытуемого объекта 6, второй вход которого подключен к выходу управляемого источника 28 питания. Один из входов испытуемого объекта 6 через контрольный микрофон 7 и регулируемый усилитель 10 связан с первым входом элемента ИЛИ 9, второй выход испытуемого объекта 6 связан с вторым входом элемента ИЛИ 9 непосредственно.

Выход элемента ИЛИ 9 связан через последовательно соединенные регулируемый усилитель 11, блок 12 фильтрации, ключ 13 и блок 14 детектирования с сигнальным входом АЦП 15, подключенного вторым выходом к информационному входу блока 16 установки пределов измерения.

Первый выход БУПИ 16 подключен к управляющим входам регулируемых усилителей 10, 11, при этом выход усилителя 11 соединен и с первым входом ключа 13, управляющий вход которого объединен с одноименными входами блока 12 фильтрации и блока 14 детектирования и подключен к четвертому выходу блока 17 управления.

Второй выход блока 16 подключен к первому входу блока 17 управления, связан через счетчик 18 с вторым входом блока 17 и подключен к управляющему входу ключа 19, через который первый выход АЦП 15 связан с первым входом ОЗУ 20.

Первый, второй и третий выходы ОЗУ 20 соединены с первыми входами соответственно блоков 27, 26, 25 задания сопротивления, напряжения и амплитуды, четвертый выход ОЗУ 20 связан через блок 21 ввода данных с входом блока 22 регистрации, пятый выход ОЗУ 20 подключен к первому информационному входу блока 23 сравнения, второй вход ОЗУ 20 соединен с вторым выходом блока 25, а его управляющий вход подключен к третьему входу блока 17 управления и к выходу "=" блока 23 сравнения.

Выходы "<" и ">" блока 25, четвертый вход которого подключен к пятому выходу блока 17 управления, шестой и седьмой выходы которого соединены соответственно с вторыми входами блока 26, 27, выходы которых подключены к первому и второму входам источника 28. Первый магистральный вход ввода начальных данных ОЗУ 20 подключен к выходной магистрали блока 17 управления, связанной также с входами ввода начальных данных блока 23 сравнения и блока 24 БПФ, при этом магистраль вход-выход блока 24 БПФ связана магистралью выход-вход ОЗУ 20.

Первый выход блока 17 управления и выход тактовых импульсов (ТИ) его подключены соответственно к первому и второму входам перестраиваемого генератора 1, а выход синхроимпульсов (СИ) блока 17 соединен с входами синхронизации блоков 15, 16, 23-27, 21 и ОЗУ, при этом входы установки элементов устройства в исходное состояние подключены к шине импульса начальной установки (выход ИНУ блока 17 управления). Связь на чертеже не показана.

В соответствии с фиг. 2 перестраиваемый генератор 1 содержит последовательно соединенные делитель 29 с управляемым коэффициентом деления, счетчик 30, ПЗУ 31 и ЦАП 32.

Блок 17 управления содержит блок 38 ввода начальных данных, подключенный выходом к выходной магистрали блока 17.

Блок ввода данных выполнен в виде ПЗУ. Кроме того, блок 17 содержит блок 34 задания частоты, выполненный в виде ПЗУ в котором записаны коды частот, выдаваемых генератором 1 во всем диапазоне, например от 10 Гц до 10 кГц с шагом 100 Гц. Управление сменой частот осуществляется сигналом с элемента ИЛИ 33.

Кроме того, блок 17 содержит задающий генератор 35, вырабатывающий одиночный установочный импульс ИНУ, синхронизирующие импульсы (СИ) и тактовые импульсы (ТИ) для генератора 1 синусоидального сигнала.

Кроме того в блок 17 входит блок 36 выбора режимов измерения, в частности "калибровка", измерение характеристик телефонов", "слуховых аппаратов", "преобразователей магнитных сигналов". Выбор измеряемых параметров испытуемого объекта осуществляется по сигналу с блока 37. Блоки 36 и 37 могут быть выполнены в виде соответствующим образом связанных между собой наборов переключателей, тумблеров, кнопок и т.п. т.е. в виде наборного поля, как и у прототипа.

Блок 16 установки пределов измерения (фиг. 2) содержит реверсивный счетчик 39, выходы разрядов которого подключены к входам цифро-аналогового преобразователя 40, выход которого является первым выходом блока. Вход суммирования РСч 39 связан через последовательно соединенные элемент И 41 и элемент НЕ 42 с информационным входом блока и с потенциальным входом элемента И 45, выход которого связан с входом S триггера 43 непосредственно, а с входом R триггера 43, с входом вычитания РСч 39 и с вторым выходом блока через элемент И 44, при этом импульсный вход элемента И 45 подключен к входу "СИ" блока и связан с импульсным входом элемента И 41.

Блок 25 задания амплитуды (фиг. 3) содержит реверсивный счетчик 46, входы установки которого подключены к первому входу блока, а выходы его разрядов связаны с вторым выходом блока и с входами цифроаналогового преобразователя 47, выход которого является первым выходом блока.

Вход вычитания РСч 46 связан через элемент И 48 с вторым входом блока, вход сложения его через элемент И 49 с входом "СИ" блока и с первым входом элемента И 48, второй вход которого подключен к четвертому входу блока и первому входу элемента И 49, второй вход которого соединен с третьим входом блока.

Управляемый источник питания (фиг. 4) содержит цифроаналоговый преобразователь 50, вход которого является первым входом источника, а его выход подключен к входу блока 51 резисторов, выходы которого соединены с первой группой входов блока 52 элементов И, вторая группа входов которого через дешифратор 53 связана с первым входом источника, при этом выходы блока 52 элементов И связаны через элемент ИЛИ 54 с выходом источника питания.

Блок 34 задания частоты содержит ПЗУ, в котором записаны коды сетки частот с заданным постоянным шагом изменения, и счетчик, выходы разрядов которого подключены к адресным входам ПЗУ.

Блок 23 сравнения может быть построен по схеме цифрового компаратора или схеме сравнения кодов, варианты которой приведены в кн. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных приборах. Л. Энергия, 1974, УДК 5308: 621.38, c. 34-37.

Блок 51 резисторов представляет собой набор резисторов различного номинала, одни выводы которых объедены и подключены к выходу ЦАП 50, а другие- к входам блока 52 элементов И.

Блок ОЗУ 20 может быть реализован на основе схемы, приведенной в кн. Мурога С. Системное проектирование сверхбольших интегральных схем. М. Мир, 1985, т. 2, с. 8, рис. 6.2.1.

Обмен информацией между ОЗУ 20 и другими блоками устройства, в частности с блоком 24 БПФ, может быть реализован на основе схемы, приведенной в кн. Компьютеры. Справочное руководство, т. 3/Под ред. Г.Хелмса. М. Мир, 1986, с. 259, рис. 27.1.

В качестве блока 24 могут быть использованы широко известные схемы быстрого преобразования Фурье, а также аналого-цифровой анализатор спектра, приведенный в кн. Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М. Энергия, 1972, с. 264, рис. 5-8.

Устройство работает следующим образом.

Перед измерением различных параметров исследуемых объектов осуществляется калибровка устройства, для чего в камере 4 на место испытуемого объекта 6 устанавливается контрольный микрофон 7, а в блоке 36 устанавливается режим "калибровка".

После включения питания устройства по сигналу ИНУ (импульс начальной установки) с задающего генератора 35 блока 17 управления (связь на чертеже не показана) счетчики 18, 30 обнуляются, ключ 19 выключается, ключ 13 замыкает выход усилителя 11 непосредственно на вход блока 14 детектирования, переключатель 3 устанавливается в состояние, в котором он коммутирует выход масштабирующего усилителя 2 непосредственно на вход источника 5 звуковых сигналов; блок 36 выдает в магистраль начальные данные, а именно код интенсивности звукового поля в камере 4, код напряжения источника 28 питания и его внутреннего сопротивления.

В блоки 24 и 23 записываются только коды интенсивности (уровня) звукового поля, а в ОЗУ записываются все из указанных кодов.

Блок 36 в режиме "калибровка" выдает через элемент ИЛИ 33 в блок 34 импульс, по которому последний выдает на ПГСС 1 код начальной частоты диапазона, при этом с выхода 5 блока 17 управления на вход 4 блока 25 задания будет выдан сигнал для подключения его первого выхода на управляющий вход масштабного усилителя 2.

Суть калибровки заключается в том, чтобы на каждой частоте диапазона генерируемых частот создавать в камере 4 звуковое поле заданной интенсивности (уровня).

Для этого на каждой частоте диапазона подбирается такой коэффициент усиления в усилителе 2, чтобы отклик помещенного в камеру контрольного микрофона, прошедший через тракт КМ7-ИЛИ9-РУ₂11-КЛ13-БД14-АЦП15-КЛ19-ОЗУ20 и поданный из ОЗУ на первый информационный вход блока 23 сравнения, был равен начально заданному, поступившему из магистрали. В момент достижения такого равенства в ОЗУ запоминаются коэффициенты усиления, выдаваемые блоком 25 задания амплитуды в масштабный усилитель 2, которые затем используются при измерении параметров исследуемых объектов.

При этом для исключения ошибок в подборе коэффициентов осуществляется также и калибровка пределов измерения с тем, чтобы исключить возможность использования результатов измерений, выходящих за пределы разрядной сетки АЦП 15.

Рассмотрим процедуру калибровки более подробно.

По единичному коду, записанному в счетчике блока 34, из блока изымается код, соответствующий начальному значению частоты, которую должен выдать ПГСС 1 на усилитель 2.

Код БЗ4 34 является коэффициентом деления, на который в делителе 29 делится тактовая частота импульсов, поступающих с выхода ТИ блока 17 управления.

Импульсы поделенной частоты с ДУК 29 поступают на счетчик 30, где последовательно подсчитываются с темпом, определяемым коэффициентом деления.

Счетчик 30 подключен к адресному входу ПЗУ 31, в котором записаны коды, соответствующие мгновенным значениям амплитуды синусоидального сигнала в пределах полного периода синусоиды, изменяющиеся по закону синуса коды преобразуются цифроаналоговым преобразователем 32 в аналоговый сигнал и далее подаются на масштабирующий усилитель 2, где усиливаются с коэффициентом, зависящим от кода снимаемого с выхода блока 25 задания амплитуды. Сигнал с усилителя 2 через переключатель 3 поступает на источник 5 и возбуждает в последнем гармонический звуковой сигнал.

Созданное в камере 4 звуковое поле воспринимается контрольным микрофоном и после преобразования звукового поля им в соответствующий электрический сигнал через элемент ИЛИ 9 поступает на усилитель 11. Коэффициент усиления усилителя 11 определяется сигналом, поступающим с блока 16 установки пределов измерения. Сигнал с усилителя 11 через ключ 13 поступает на блок 14 детектирования. Продетектированный сигнал, пропорциональный среднеквадратичному значению входного, поступает на АЦП, где с темпом поступления на АЦП синхроимпульсов СИ преобразуется в цифровой код.

АЦП имеет два выхода. С первого выхода снимается и подается на ключ код, соответствующий текущему значению сигнала с детектора, а с второго его выхода снимается сигнал в момент появления единицы в старшем разряде АЦП, что свидетельствует о переполнении разрядной сетки АЦП, т.е. выходе сигнала за заданный предел измерения.

При отсутствии сигнала переполнения на втором выходе АЦП в блоке 16 сигнал коэффициента усиления увеличивается на заданный дискрет (фиг. 2, вход "+" РСч 39).

Процесс увеличения сигнала с первого выхода блока 16 (выход ЦАП 40, фиг. 2) будет продолжаться до момента появления сигнала переполнения на втором выходе АЦП 15. В этом случае уровень сигнала, снимаемого с первого выхода блока 16 и управляющего коэффициентом усиления усилителя 11 уменьшается на один дискрет путем подачи на вход "-" РСч единичного импульса, осуществляемого элементами И 45, 44 и триггером 43. После чего блок 16 выдает на ключ 19 управляющий сигнал, по которому ключ открывается и выдает очередной кодовый сигнал с первого выхода АЦП на ОЗУ 20 для записи. Из ОЗУ код этого сигнала поступает на первый информационный вход блока 23 сравнения, где он сравнивается с кодом, поступившим из магистрали. Сравнение кодов в блоке 23 осуществляется по принципу ">", "<", "=".

Если блок 23 выдает сигнал ">" или "<", то это вызывает соответственно либо уменьшение, либо увеличение уровня сигнала, выдаваемого блоком 25 задания амплитуды, управляющего усилением усилителя 2.

Описанный выше процесс подбора нужного коэффициента усиления в заданном пределе измерения повторяется до момента появления на выходе блока 23 сигнала "=".

По сигналу "= " в ОЗУ из блока 25 задания амплитуды заносится значение полученного коэффициента усиления для данной частотной точки, а в блоке 34 задания частоты осуществляется переход к очередной частоте путем увеличения на единицу кода, записанного в счетчике блока 34, сигналом с блока 16, поступающим на элемент ИЛИ 33 блока управления. Процесс повторяется для всех частотных точек диапазона. Конец диапазона фиксируется сигналом переключения счетчика 18, разрядность (или коэффициент пересчета) которого соответствует количеству точек диапазона. В результате в соответствующих ячейках ОЗУ будут записаны коды коэффициентов усиления усилителя 2, которые затем при измерении параметров будут изыматься блоком 25 из ОЗУ (вход 1, фиг. 3) и использоваться в качестве рабочих значений.

После проведения указанной калибровки система подготовлена к измерению параметров испытуемых объектов, а именно слуховых аппаратов, микрофонов, телефонов и преобразователей магнитного поля, изменяющегося по синусоидальному закону.

Так как измерение параметров упомянутых испытуемых объектов мало чем отличается от процесса калибровки, остановимся только на отличиях.

Рассмотрим процесс определения амплитудно-частотной характеристики, когда испытуемым объектом является слуховой аппарат, при этом к испытуемому слуховому аппарату в качестве датчика звукового давления подстыковывается контрольный микрофон для преобразования реакции аппарата в соответствующие электрические сигналы.

В этом случае сигналы с контрольного микрофона на вход второго регулируемого усилителя 11 поступают через первый регулируемый усилитель 10 и элемент ИЛИ 9.

Затем в блоке 36 выбора режима измерения по сигналу с блока 37 выбора измеряемого параметра устанавливается режим определения амплитудно-частотной характеристики, после чего, как и при калибровке, в камере последовательно возбуждаются звуковые колебания, соответствующие всем точкам диапазона, при этом значения коэффициентов усиления усилителя 2 для каждой точки блоком 25 задания амплитуды берутся из ОЗУ, где ранее были записаны их значения при калибровке.

Далее процесс обработки осуществляется рассмотренным выше образом.

Реакция слухового аппарата на разные частоты в виде кодов записывается в соответствующие ячейки памяти ОЗУ 20.

С окончанием диапазона генерируемых частот эти коды посредством блока 21 ввода данных выдаются в блок 22, где воспроизводятся и документируются, например, цифропечатающим устройством.

При определении амплитудно-частотной характеристики телефона источник 5 звуковых сигналов отключается и синусоидальные сигналы подаются с третьего выхода переключателя непосредственно на первый вход телефона, на второй вход которого подается напряжение питания от источника 28.

Далее процесс измерения характеристик телефона аналогичен измерению характеристик слухового аппарата.

При определении амплитудно-частотных характеристик преобразователей магнитных сигналов синусоидальные сигналы с второго выхода переключателя 3 по команде с блока 36 подаются на магнитную петлю 8, с помощью которой в камере 4 создается переменное магнитное поле, изменяющееся с частотой синусоидального сигнала.

Реакция преобразователя магнитных сигналов преобразуется в соответствующие электрические сигналы, которые обрабатываются рассмотренным выше образом.

Для определения зависимости параметров телефонов от напряжения и внутреннего сопротивления источника 28 питания из ОЗУ 20 с помощью блоков 26, 27 выбираются соответствующие коды, в соответствии с которыми изменяется напряжение питания источника 28 и его внутреннее сопротивление.

Указанная поверка позволяет определить минимальное напряжение питания и значение внутреннего сопротивления, ниже которых испытуемый объект перестает нормально выполнять свои функции. При определении шумовой характеристики слухового аппарата или микрофона с переключателя 3 в камеру 4 никаких сигналов не выдается. В этом случае блок 36 по сигналу с блока 37 выбора измеряемых параметров выдает на четвертый выход блока 17 управления сигнал, по которому на блок 14 детектирования будет выдаваться только сигнал с блока 12 фильтрации, причем по этому же сигналу в блоке 14 устанавливается режим-детектирование, а блок 12 фильтрации настраивается на заданную фиксированную частоту среза, которая выбирается выше частоты Найквиста для данного диапазона частот.

Далее реакция испытуемых объектов при отсутствии звукового сигнала в камере анализируется той же цепью, что и при измерении АЧХ, при этом производится выборка заданного объема, которая заносится в ОЗУ, из которого затем выдается в блок 24 быстрого преобразования Фурье, в котором, используя ранее введенную в него информацию из блока 38 ввода начальных данных, известным методом определяются и выдаются в ОЗУ 20 данные об амплитудно-частотном распределении шума.

Измерение коэффициента гармоник осуществляется аналогично измерению коэффициента шума, с той лишь разницей, что в камере 4 возбуждаются колебания звукового или магнитного поля в зависимости от контролируемого объекта.

При измерении коэффициента компрессии определяют чисто амплитудную характеристику на фиксированной частоте при разных уровнях звукового давления, который изменяют скачком, например с Рвх₁ 50 дБ до Рвх₂ 80 дБ, определяют при этом уровень выходного давления Рвых₁ и Рвых₂, по формуле C_к= определяют коэффициент компрессии С_к.

Таким образом, предлагаемая система имеет преимущество перед системой-прототипом как по объему определяемых параметров, так и по их типу, что характеризует заявляемую систему как соответствующую изобретательскому уровню.

Используя приведенную в материалах заявки информацию, применяя существующую элементную базу, технологию и оборудование, предлагаемое устройство без особых трудностей может быть изготовлено в производстве, что характеризует его как промышленно применимое.

Формула изобретения

1. АКУСТИЧЕСКАЯ ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая перестраиваемый генератор сигнала, акустическую испытательную камеру с размещенными в ней испытуемым объектом и источником звуковых сигналов, масштабирующий усилитель, второй регулируемый усилитель, подключенный выходом к первому входу первого ключа непосредственно, а к второму его входу через блок фильтрации, при этом выход первого ключа соединен с первым входом блока детектирования, а также блок управления и блок регистрации, отличающаяся тем, что в нее введены блок задания амплитуды, блок задания напряжения, блок задания сопротивления, управляемый источник питания, подключенный выходом к второму входу испытуемого объекта, блок установки пределов измерения, аналого-цифровой преобразователь, оперативное запоминающее устройство, блок ввода данных, второй ключ, счетчик, блок сравнения, блок быстрого преобразования Фурье, переключатель, элемент ИЛИ, первый регулируемый усилитель, магнитная петля, установленная по внутреннему периметру акустической испытательной камеры, и размещенный в ней контрольный микрофон, подключенный входом к одному из выходов испытуемого объекта, а выходом - к сигнальному входу первого регулируемого усилителя, при этом первый вход перестраиваемого генератора сигнала подключен к первому выходу блока управления, второй его вход соединен с выходом тактовых импульсов блока управления, а выход - с сигнальным входом масштабируемого усилителя, управляющий вход которого подключен к первому выходу блока задания амплитуды, а его выход соединен с сигнальным входом переключателя, два управляющих входа которого подключены соответственно к второму и третьему выходам блока управления, первый выход переключателя соединен с источником звукового сигнала, второй его выход через магнитную петлю связан с корпусом акустической испытательной системы, а третий выход подключен к первому входу испытуемого объекта, выход которого связан через элемент ИЛИ с сигнальным входом второго регулируемого усилителя, управляющий вход которого совместно с управляющим входом первого регулируемого усилителя, подключенного выходом к второму входу элемента ИЛИ, соединен с первым выходом блока установки пределов измерения, второй выход которого соединен с первым входом блока управления, через счетчик связан с вторым входом блока управления и соединен с управляющим входом второго ключа, сигнальный вход которого соединен с первым выходом аналого-цифрового преобразователя, сигнальный вход которого подключен к выходу блока детектирования, а его второй выход соединен с информационным входом блока установки пределов измерения, выход второго ключа подключен к первому входу оперативного запоминающего устройства, первый, второй и третий выходы которого соединены с первыми входами соответственно блоков задания сопротивления, напряжения и амплитуды, четвертый выход оперативного запоминающего устройства подключен к информационному входу блока ввода данных, подключенного выходом к блоку регистрации, пятый его выход соединен с первым информационным входом блока сравнения, магистральный вход ввода начальных данных оперативного запоминающего устройства соединен с входами ввода данных блока сравнения, блока быстрого преобразования Фурье и с магистральным выходом блока управления, второй магистральный ввод-вывод оперативного запоминающего устройства связан с вторым магистральным вводом-выводом блока быстрого преобразования Фурье, второй информационный вход оперативного запоминающего устройства подключен к второму выходу блока задания амплитуды, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходами "Больше" и "Меньше" блока сравнения, выход "Равно" которого подключен к третьему входу блока управления и к управляющему входу оперативного запоминающего устройства, четвертый выход блока управления соединен с управляющими входами первого ключа, блока детектирования и блока фильтрации, пятый выход блока управления подключен к четвертому входу блока задания амплитуды, а его шестой и седьмой выходы связаны с вторыми входами соответственно блоков задания напряжения и сопротивления, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам управляющего источника питания, при этом синхронизирующие входы блоков задания амплитуды, напряжения и сопротивления, оперативного запоминающего устройства, блоков сравнения и быстрого преобразования Фурье, блока ввода данных, блока установки пределов измерения и аналого-цифрового преобразователя подключены к выходу синхроимпульсов блока управления.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что управляемый источник питания содержит цифроаналоговый преобразователь, подключенный выходом к входу блока резисторов, выходы которого соединены с первой группой входов блока элементов И, вторая группа входов которого подключена к выходам дешифратора, выходы блока элементов И соединены с входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом управляемого источника питания, входами которого являются входы дешифратора и цифроаналогового преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4