Устройство контроля распространения акустического шума на селитебной территории



Устройство контроля распространения акустического шума на селитебной территории
Устройство контроля распространения акустического шума на селитебной территории

 


Владельцы патента RU 2618486:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (RU)

Изобретение относится к контрольно-измерительным средствам мониторинга акустошумового загрязнения селитебных территорий. Устройство контроля распространения акустического шума на селитебной территории включает в себя ультразвуковой термоанемометр, состоящий из нескольких пар ориентированных навстречу друг другу ультразвуковых излучателей/приемников, и соединенное с ним каналом связи устройство обработки информации, при этом в него дополнительно введены акустический датчик, вычислительное устройство и устройство отображения, причем выход акустического датчика соединен каналом связи с устройством обработки информации, которое, в свою очередь, соединено каналом связи с вычислительным устройством, а вычислительное устройство соединено с устройством отображения. Технический результат – повышение качества прогноза распространения акустошумового загрязнения вглубь селитебных территорий. 1 ил.

 

Заявленное техническое решение относится к областям метеорологии и экологии и может быть использовано для контроля акустошумового загрязнения урбанизированных (селитебных) территорий.

Из предшествующего уровня техники известны различные устройства контроля акустического шума, в частности измеритель шума и вибрации (шумомер) ВШВ-003, состоящий из измерительного микрофона, усилителя, набора корректирующих фильтров, детектора, интегратора и стрелочного индикатора [Измеритель уровня шума и вибрации ВШВ-003. - Режим доступа: http://www.pribortehsnab.ru/catalog/sound-level-meter/vshv-003m2.html].

Прибор является достаточно точным измерительным средством, однако имеет ряд недостатков, среди которых следует отметить отсутствие возможности коррекции получаемой информации с учетом локальных метеорологических условий.

Известно устройство контроля акустошумовых сигналов, включающее последовательно соединенные микрофон, усилитель, фильтр низких частот, аналого-цифровой преобразователь, цифровой сигнальный процессор и устройство обработки и представления информации [Патент ПМ №137977, МПК G01H 9/00. Устройство контроля акустошумовых сигналов / Булкин В.В., Кириллов И.Н. Опубл. 27.02.2014].

Устройство обеспечивает контроль акустического шума, но не обеспечивает возможности коррекции получаемой информации с учетом локальных метеорологических условий

Известно устройство для измерения скорости ветра и температуры воздуха, являющееся наиболее близким аналогом, включающее ультразвуковой термоанемометр, имеющий в своем составе измерительный тракт, состоящий из нескольких пар ориентированных навстречу друг другу ультразвуковых излучателей и приемников и соединенного с ними устройства измерения временных интервалов, подключенный к вычислительному устройству, вычисляющему скорость ветра и температуру воздуха [Региональный мониторинг атмосферы: коллективная монография / Под ред. М.В. Кабанова. Ч. 2. - Томск: Изд-во Ин-та оптики атмосферы, 2001. - С. 208-212].

Указанное устройство регистрирует два метеопараметра - скорость ветра и температуру воздуха, однако не обеспечивают контроль уровня акустошумового загрязнения.

Задача, на решение которой направлено заявленное устройство, заключается в расширении возможностей контроля акустошумового загрязнения урбанизированных территорий и, как следствие, повышении качества прогноза распространения этого загрязнения на селитебные зоны, такие как жилые районы, детские или медицинские учреждения и т.д.

Поставленная цель достигается за счет того, что в устройство контроля распространения акустического шума на селитебной территории, включающее ультразвуковой термоанемометр, состоящий из нескольких пар ориентированных навстречу друг другу ультразвуковых излучателей/приемников, и соединенное с ним каналом связи устройство обработки информации, дополнительно введены акустический датчик, вычислительное устройство и устройство отображения, причем выход акустического датчика соединен каналом связи с устройством обработки информации, которое, в свою очередь, соединено каналом связи с вычислительным устройством, а вычислительное устройство соединено с устройством отображения.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение возможности прогнозирования характера распространения акустического шума вглубь селитебной территории при изменении метеорологических условий в зоне анализа.

Указанный технический эффект достигается за счет того, что устройство строится с использованием каналов контроля акустического шума и ветра. Ультразвуковой термоанемометр благодаря наличию пар ориентированных навстречу друг другу ультразвуковых элементов (излучателей/приемников), имеющих возможность в зависимости от работы алгоритма измерения выступать и в роли излучателя, и в роли приемника, обеспечивает измерение времени прохождения сигнала как в прямом, так и в обратном направлениях и на основании сопоставления полученных данных осуществляет вычисление вектора скорости ветра и температуры воздуха. Истинное значение температуры воздуха используется для коррекции значения скорости звука в конкретной зоне контроля. Акустический датчик обеспечивает получение информации о характере акустических шумов в зоне контроля. Данные о характере акустического шума (например, данные о доминирующих частотах или интенсивности сигнала) в сочетании с вычисленными значениями вектора скорости ветра и коэффициента затухания обеспечивают получение прогноза характера распространения акустического шума вглубь селитебной (урбанизированной) территории.

Схема системы представлена на фиг. 1.

Система состоит из ультразвукового термоанемометра (УТА) 1 и акустического датчика (АД) 2, соединенных каналами связи с устройством обработки информации (УОИ) 3, причем УОИ 3 в свою очередь соединено каналом связи с вычислительным устройством (ВУ) 4, а оно, в свою очередь, с устройством отображения (УО) 5.

Система работает следующим образом.

Ультразвуковой сигнал излучается одним из элементов пары излучателей/приемников (рассмотрим на примере любой из пар) УА 1, фиксируется с некоторой задержкой вторым элементом пары, после чего сигнал излучается вторым элементом и принимается первым, который к этому времени переведен в режим приемника, и в соответствии с выполняемыми функциями фиксирует этот сигнал. Время фиксации (прохождения) сигнала t1 и t2. При отсутствии ветра время зависит от расстояния между элементами пары (длины измерительной базы) L и скорости звука в воздухе с:

где V - скорость ветра.

Разность времени прохождения в прямом и обратном направлениях, определяемая УОИ 3, имеет вид

Аналогично проходит измерение по остальным парам элементов.

На основании полученных значений времени прохождения сигнала определяется значение температуры воздуха

где Т - температура воздуха, К.

Поскольку величина скорости распространения акустического сигнала с зависит от температуры воздуха, осуществляется вычисление величины с, соответствующей моменту измерения:

После уточнения величины с, по соотношению, полученному из (2), УОИ 3 осуществляет вычисление значений составляющих скоростей ветра, определяемых выбранной парой элементов УА 1:

где i - номер канала.

Полученные значения передаются в ВУ 4.

Одновременно посредством АД 2 осуществляется контроль акустического шума в зоне установки системы. Регистрируемые сигналы с АД 2 передаются в УОИ 3, где производится их анализ (например, определяются границы диапазона основных шумов, выявляются наибольшие уровни, определяются характеристики шума в границах октавных и долеоктавных диапазонов и т.д.). По соотношению

где f - частота звука, Гц, определяется коэффициент затухания в атмосфере α для доминирующих частот.

Полученные значения передаются в ВУ 4.

Затем в ВУ 4 по соотношению

где d - расстояние от источника шума, км, определяется величина затухания из-за звукопоглощения в атмосфере на расстоянии d от источника шума.

Затем с учетом значений составляющих скоростей ветра по (5), ВУ 4 определяет показатели вектора скорости ветра. С учетом полученных значений вектора скорости ветра и величины затухания устанавливается вероятное направление доминирующего направления распространения акустического шума вглубь селитебной территории.

УО 5 обеспечивает графическое представление результатов расчетов.

Применение данного устройства позволит повысить качество прогноза распространения акустошумового загрязнения вглубь селитебных территорий, что обеспечит выработку мер защиты жилых зон, зон расположения лечебных и дошкольных учреждений, школ и т.д.

Устройство контроля распространения акустического шума на селитебной территории, включающее ультразвуковой термоанемометр, состоящий из нескольких пар ориентированных навстречу друг другу ультразвуковых излучателей/приемников, и соединенное с ним каналом связи устройство обработки информации, отличающееся тем, что в него дополнительно введены акустический датчик, вычислительное устройство и устройство отображения, причем выход акустического датчика соединен каналом связи с устройством обработки информации, которое, в свою очередь, соединено каналом связи с вычислительным устройством, а вычислительное устройство соединено с устройством отображения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидрометеорологического моделирования и может быть использовано для создания картосхем распределения твердых атмосферных осадков.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для измерения концентрации парниковых газов в атмосфере. Сущность: система содержит тракт дистанционных измерений и тракт экспресс-анализа газовых компонент в предельном слое атмосферы.

Акселерометром регистрируют сигнал временного ряда колебаний шины, разбивают его на интервалы при помощи средства разбиения, затем сигналы временного ряда колебаний шины выделяют для соответствующих интервалов, после чего вычисляют характеристические векторы соответствующих временных интервалов.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для получения информации о таянии ледника и температуре в его толще. Устройство содержит термокосу из датчиков температуры, расположенных на известном равном друг от друга расстоянии, и которые последовательно соединены между собой гибким кабелем.

Изобретение относится к области частично инфинитной гидрологии и может быть использовано для определения изменения суммарных влагозапасов в почвогрунтах речных бассейнов.

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано для дистанционных методов зондирования атмосферы, в частности измерения скорости, направления и турбулентности ветра в вертикально- горизонтальном срезе атмосферы.

Изобретение относится к области гидрометеорологии и может быть использовано для оперативного гидрометеорологического ледового обеспечения. Сущность: измеряют значения параметров атмосферы и гидросферы, выполняют их обработку, анализ и прогноз состояния.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для определения усредненных значений скорости и направления ветра. Технический результат - повышение точности.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для построения сети постов экологического мониторинга загрязнения приземного слоя атмосферы города.
Изобретение относится к области морской гидрометеорологии и может быть использовано для определения дрейфа морских льдов. Сущность: следят за перемещением морских льдов, отображая на мониторе пути их перемещения.

Изобретение относится к дистанционным методам атмосферных исследований. Сущность: проводят синхронную съемку подстилающей поверхности, применяя следующие устройства, установленные на космическом носителе: видеокамеру ультрафиолетового диапазона, спектрозональную камеру видимого и ближнего инфракрасного диапазонов, гиперспектрометр с рабочим диапазоном 190-790 нм. При этом гиперспектрометр устанавливают на космическом носителе таким образом, чтобы его входная щель располагалась соосно центральному участку кадров видеоизображений. Привязывают кадры к географическим координатам, полученным с помощью системы “ГЛОНАСС”. Рассчитывают средневзвешенное смещение спектра, энергию затухания и количество поглощенных квантов солнечного потока относительно эталонного по Планку солнечного потока. Вычисляют эмиссию газовых компонент в объеме луча зондирования спектрометра. Строят калибровочную характеристику тракта зондирования. Формируют синтезированную матрицу изображения путем попиксельного сложения яркости пикселей видеокамер. Выделяют методом программного расчета градиента контуры загрязнений на поле синтезированной матрицы. Вычисляют площади контуров загрязнений и средней яркости их пикселей. С использованием полученных данных определяют объем эмиссий газовых компонент в атмосфере по всей исследуемой площади. Технический результат: количественное определение эмиссии газовых компонент в атмосфере. 5 ил.
Наверх