Устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды содержит корпус, четыре мембраны, связанные с окружающей средой и средой внутри корпуса, четыре емкостных датчика перемещения мембраны и четыре усилителя-демодулятора, генератор, сильфон, фильтр постоянной составляющей, первый компаратор с инверсным входом, две схемы И, два таймера, второй компаратор, пять ключей, микродвигатель с приводом, третий компаратор с инверсным входом, схему ИЛИ, а также четвертый компаратор, первый усилитель и первый аналоговый сумматор, второй усилитель, третий усилитель, четвертый усилитель и второй аналоговый сумматор, третий аналоговый сумматор, двенадцать входов, усилитель постоянного тока и блок оптопар, а также регулируемый стабилизатор напряжения, подключенный входом к плюсу источника питания, первый блок обратной связи и первый магнитоэлектрический преобразователь, второй блок обратной связи и второй магнитоэлектрический преобразователь, третий блок обратной связи и третий магнитоэлектрический преобразователь, четвертый блок обратной связи и четвертый магнитоэлектрический преобразователь, причем блоки устройства связаны друг с другом определенным образом. Технический результат - повышение точности измерения инфразвуковых колебаний среды. 3 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, мембрану, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса, и последовательно соединенные емкостный датчик перемещения мембраны, полосовой усилитель и демодулятор, подключенный к аналоговому выходу устройства, а также генератор, подключенный к емкостному датчику и демодулятору [1], [2]. Устройство снабжено капилляром, защищающим емкостный датчик от больших медленных перепадов давления между окружающей средой и средой внутри корпуса. Однако при эксплуатации в полевых условиях капилляр с течением времени засоряется мелкими частицами пыли, проникающими через фильтр, что приводит к уменьшению динамического диапазона и искажениям принимаемых сигналов. Кроме того, в устройстве отсутствует возможность устранения разбаланса емкостного датчика, приводящего к уменьшению динамического диапазона и искажениям из-за больших температурных перепадов и уходов параметров элементов.

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает требуемой точности измерения инфразвуковых колебаний среды.

Известно 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 [3]. Недостаток, связанный с наличием капилляра, устранен применением герметичного корпуса с эталонным объемом воздуха. Однако из-за перепадов давления это вызвало необходимость замены мембраны и емкостного датчика датчиком больших перемещений, в качестве которого используется индуктивный датчик, прикрепленный сердечником к сильфону. Такое техническое решение из-за массы сердечника, подпружиненной сильфоном, привело к тому, что устройство принимает сейсмические колебания вместе с инфразвуком. В устройстве также отсутствует возможность устранения разбаланса емкостного датчика, приводящего к уменьшению динамического диапазона и искажениям из-за больших температурных перепадов и уходов параметров элементов.

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает требуемой точности измерения инфразвуковых колебаний среды.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому (прототипом) является устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее корпус, мембрану, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные емкостный преобразователь перемещения мембраны, дифференциальный усилитель, демодулятор, полосовой усилитель низкой частоты и фильтр низких частот, подключенный к аналоговому выходу устройства, а также генератор, подключенный к емкостному преобразователю и демодулятору [4]. Устройство снабжено капилляром, защищающим емкостный датчик от больших медленных перепадов давления между окружающей средой и средой внутри корпуса. Однако при эксплуатации в полевых условиях капилляр с течением времени засоряется мелкими частицами пыли, проникающими через фильтр, что приводит к уменьшению динамического диапазона и искажениям принимаемых сигналов. Кроме того, в устройстве отсутствует возможность устранения разбаланса емкостного датчика, приводящего к уменьшению динамического диапазона и искажениям из-за больших температурных перепадов и уходов параметров элементов.

Недостатком устройства является малая точность измерения инфразвуковых колебаний среды.

Техническим результатом является повышение точности измерения инфразвуковых колебаний среды.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее корпус, первую мембрану, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные первый емкостный датчик перемещения мембраны и первый усилитель-демодулятор, а также первый аналоговый выход устройства и генератор, подключенный к первому емкостному датчику и первому усилителю-демодулятору, дополнительно содержит сильфон, последовательно соединенные фильтр постоянной составляющей, первый компаратор с инверсным входом, первую схему И, первый таймер и вход управления первого ключа, последовательно соединенные второй компаратор, вторую схему И, второй таймер и вход управления второго ключа, а также первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы, третий ключ, четвертый ключ, микродвигатель с приводом, механически связанный с сильфоном, включенный между выходами первого и третьего ключей, последовательно соединенные третий компаратор с инверсным входом, схему ИЛИ и вход управления пятого ключа, а также четвертый компаратор, подключенный ко второму входу схемы ИЛИ, седьмой и восьмой входы, вторую мембрану, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные второй емкостный датчик перемещения мембраны, второй усилитель-демодулятор, первый усилитель и первый аналоговый сумматор, а также второй усилитель, подключенный входом к первому усилителю-демодулятору, а выходом подключенный ко второму входу первого аналогового сумматора, второй и третий аналоговые выходы, девятый и десятый входы, третью мембрану, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные третий емкостный датчик перемещения мембраны, третий усилитель-демодулятор и третий усилитель, а также четвертую мембрану, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные четвертый емкостный датчик перемещения мембраны, четвертый усилитель-демодулятор, четвертый усилитель и второй аналоговый сумматор, подключенный вторым входом к выходу третьего усилителя, а также третий аналоговый сумматор, подключенный входами к выходам первого и второго аналоговых сумматоров, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы, одиннадцатый и двенадцатый входы, последовательно соединенные усилитель постоянного тока и блок оптопар, а также регулируемый стабилизатор напряжения , подключенный входом к плюсу источника питания, выходом подключенный ко входу пятого ключа, а входом управления подключенный к выходу блока оптопар, последовательно подключенные ко второму аналоговому выходу первый блок обратной связи и первый магнитоэлектрический преобразователь, последовательно подключенные к третьему аналоговому выходу второй блок обратной связи и второй магнитоэлектрический преобразователь, причем первый магнитоэлектрический преобразователь связан с первым емкостным датчиком и с первой мембраной, второй магнитоэлектрический преобразователь связан со вторым емкостным датчиком и со второй мембраной, последовательно подключенные к пятому аналоговому выходу третий блок обратной связи и третий магнитоэлектрический преобразователь, последовательно подключенные к шестому аналоговому выходу четвертый блок обратной связи и четвертый магнитоэлектрический преобразователь, причем третий магнитоэлектрический преобразователь связан с третьим емкостным датчиком и с третьей мембраной, четвертый магнитоэлектрический преобразователь связан с четвертым емкостным датчиком и с четвертой мембраной, вход усилителя постоянного тока подключен к выходу фильтра постоянной составляющей, фильтр постоянной составляющей подключен входом к третьему аналоговому сумматору, а выходом подключен ко входам второго, третьего и четвертого компараторов, выход третьего аналогового сумматора подключен к первому аналоговому выходу, выходы первого и второго таймеров подключены к инверсным вторым входам, соответственно, второй и первой схем И, входы управления третьего и четвертого ключей подключены к выходам, соответственно, первого и второго таймеров, входы первого и четвертого ключей подключены к минусу источника питания, входы второго и третьего ключей подключены к выходу пятого ключа, выход третьего ключа соединен с выходом четвертого ключа, выход второго ключа соединен с выходом первого ключа, первый и шестой входы подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго компараторов, второй и пятый входы подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго таймеров, третий и четвертый входы подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго ключей, седьмой и восьмой входы подключены к управляющим входам, соответственно, третьего и четвертого компараторов, девятый и десятый входы подключены к управляющим входам, соответственно, второго и первого усилителей, одиннадцатый и двенадцатый входы подключены к управляющим входам, соответственно, третьего и четвертого усилителей, второй и третий аналоговые выходы подключены к выходам, соответственно, первого и второго усилителей-демодуляторов, генератор подключен ко второму, третьему и четвертому емкостным датчикам и ко второму, третьему и четвертому усилителям-демодуляторам, четвертый, пятый, шестой и седьмой аналоговые выходы подключены к выходам, соответственно, первого аналогового сумматора, третьего и четвертого усилителей-демодуляторов и второго аналогового сумматора, все компараторы выполнены с управлением по порогам срабатывания, первый и второй таймеры выполнены с управлением по длительности выходного сигнала, первый, второй, третий и четвертый усилители выполнены в виде широкополосных усилителей постоянного тока с управлением по чувствительности, блок оптопар выполнен в виде двух встречно – параллельно соединенных оптопар с общей нагрузкой, все блоки обратной связи выполнены в виде последовательно соединенных фильтра и усилителя, а сильфон размещен между окружающей средой и средой внутри корпуса, выполненного герметичным.

Такое выполнение устройства для измерения инфразвуковых колебаний среды обеспечивает повышение точности измерения инфразвуковых колебаний среды.

На фиг. 1 представлена схема устройства для измерения инфразвуковых колебаний среды, обеспечивающего требуемый технический результат.

На фиг. 2 представлена известная схема подключения цепей обратной связи по перемещению мембран [5].

На фиг. 3 представлена схема подключения устройства для измерения инфразвуковых колебаний среды к известным пространственным фильтрам [6].

Принятые обозначения:

1 – корпус; 2 – первая мембрана; 3 – первый емкостный датчик перемещения мембраны; 4 – первый усилитель-демодулятор; 5 – первый аналоговый выход устройства; 6 – генератор; 7 – сильфон; 8 – фильтр постоянной составляющей; 9 – первый компаратор с инверсным входом; 10 – первая схема И; 11 – первый таймер; 12 – первый ключ; 13 – второй компаратор; 14 – вторая схема И; 15 – второй таймер; 16 – второй ключ; 17 – первый вход; 18 – второй вход; 19 – третий вход; 20 – четвертый вход; 21 – пятый вход; 22 – шестой вход; 23 – третий ключ; 24 – четвертый ключ; 25 – микродвигатель; 26 – третий компаратор с инверсным входом; 27 – схема ИЛИ; 28 – пятый ключ; 29 – четвертый компаратор; 30 – седьмой вход; 31 – восьмой вход; 32 – вторая мембрана; 33 – второй емкостный датчик перемещения мембраны; 34 – второй усилитель-демодулятор; 35 – первый усилитель; 36 – первый аналоговый сумматор; 37 – второй усилитель; 38 – второй аналоговый выход устройства; 39 – третий аналоговый выход устройства; 40 – девятый вход; 41 – десятый вход; 42 – третья мембрана; 43 – третий емкостный датчик перемещения мембраны; 44 – третий усилитель-демодулятор; 45 – третий усилитель; 46 – четвертая мембрана; 47 – четвертый емкостный датчик перемещения мембраны; 48 – четвертый усилитель-демодулятор; 49 – четвертый усилитель; 50 – второй аналоговый сумматор; 51 – третий аналоговый сумматор; 52 – четвертый аналоговый выход устройства; 53 – пятый аналоговый выход устройства; 54 – шестой аналоговый выход устройства; 55 – седьмой аналоговый выход устройства; 56 – одиннадцатый вход устройства; 57 – двенадцатый вход устройства; 58 – усилитель постоянного тока; 59 – блок оптопар; 60 – регулируемый стабилизатор напряжения; 61 – первый блок обратной связи; 62 – первый магнитоэлектрический преобразователь; 63 – второй блок обратной связи; 64 – второй магнитоэлектрический преобразователь; 65 – третий блок обратной связи; 66 – третий магнитоэлектрический преобразователь; 67 – четвертый блок обратной связи; 68 – четвертый магнитоэлектрический преобразователь.

Устройство, представленное на фиг. 1, содержит корпус 1, первую мембрану 2, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса 1, последовательно соединенные первый емкостный датчик 3 перемещения мембраны и первый усилитель-демодулятор 4, а также первый аналоговый выход 5 устройства и генератор 6, подключенный к первому емкостному датчику 3 и первому усилителю-демодулятору 4, дополнительно содержит сильфон 7, последовательно соединенные фильтр 8 постоянной составляющей, первый компаратор 9 с инверсным входом, первую схему И 10, первый таймер 11 и вход управления первого ключа 12, последовательно соединенные второй компаратор 13, вторую схему И 14, второй таймер 15 и вход управления второго ключа 16, а также первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы 17, 18, 19, 20, 21, 22, третий ключ 23, четвертый ключ 24, микродвигатель 25 с приводом, механически связанный с сильфоном 7, включенный между выходами первого и третьего ключей 12, 23, последовательно соединенные третий компаратор 26 с инверсным входом, схему ИЛИ 27 и вход управления пятого ключа 28, а также четвертый компаратор 29, подключенный ко второму входу схемы ИЛИ 27, седьмой и восьмой входы 30, 31, вторую мембрану 32, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса 1, последовательно соединенные второй емкостный датчик 33 перемещения мембраны, второй усилитель-демодулятор 34, первый усилитель 35 и первый аналоговый сумматор 36, а также второй усилитель 37, подключенный входом к первому усилителю-демодулятору 4, а выходом подключенный ко второму входу первого аналогового сумматора 36, второй и третий аналоговые выходы 38, 39, девятый и десятый входы 40, 41, третью мембрану 42, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса 1, последовательно соединенные третий емкостный датчик 43 перемещения мембраны, третий усилитель-демодулятор 44 и третий усилитель 45, а также четвертую мембрану 46, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса 1, последовательно соединенные четвертый емкостный датчик 47 перемещения мембраны, четвертый усилитель-демодулятор 48, четвертый усилитель 49 и второй аналоговый сумматор 50, подключенный вторым входом к выходу третьего усилителя 45, а также третий аналоговый сумматор 51, подключенный входами к выходам первого и второго аналоговых сумматоров 36, 50, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы 52, 53, 54, 55, одиннадцатый и двенадцатый входы 56, 57, последовательно соединенные усилитель 58 постоянного тока и блок 59 оптопар, а также регулируемый стабилизатор 60 напряжения, подключенный входом к плюсу источника питания, выходом подключенный ко входу пятого ключа 28, а входом управления подключенный к выходу блока 59 оптопар, последовательно подключенные ко второму аналоговому выходу 38 первый блок 61 обратной связи и первый магнитоэлектрический преобразователь 62, последовательно подключенные к третьему аналоговому выходу 39 второй блок 63 обратной связи и второй магнитоэлектрический преобразователь 64, причем первый магнитоэлектрический преобразователь 62 связан с первым емкостным датчиком 3 и с первой мембраной 2, второй магнитоэлектрический преобразователь 64 связан со вторым емкостным датчиком 33 и со второй мембраной 32, последовательно подключенные к пятому аналоговому выходу 53 третий блок 65 обратной связи и третий магнитоэлектрический преобразователь 66, последовательно подключенные к шестому аналоговому выходу 54 четвертый блок 67 обратной связи и четвертый магнитоэлектрический преобразователь 68, причем третий магнитоэлектрический преобразователь 66 связан с третьим емкостным датчиком 43 и с третьей мембраной 42, четвертый магнитоэлектрический преобразователь 68 связан с четвертым емкостным датчиком 47 и с четвертой мембраной 46, вход усилителя 58 постоянного тока подключен к выходу фильтра 8 постоянной составляющей, фильтр 8 постоянной составляющей подключен входом к третьему аналоговому сумматору 51, а выходом подключен ко входам второго, третьего и четвертого компараторов 13, 26, 29, выход третьего аналогового сумматора 51 подключен к первому аналоговому выходу 5, выходы первого и второго таймеров 11, 15 подключены к инверсным вторым входам, соответственно, второй и первой схем И 14, 10, входы управления третьего и четвертого ключей 23, 24 подключены к выходам, соответственно, первого и второго таймеров 11, 15, входы первого и четвертого ключей 12, 24 подключены к минусу источника питания, входы второго и третьего ключей 16, 23 подключены к выходу пятого ключа 28, выход третьего ключа 23 соединен с выходом четвертого ключа 24, выход второго ключа 16 соединен с выходом первого ключа 12, первый и шестой входы 17, 22 подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго компараторов 9, 13, второй и пятый входы 18, 21 подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго таймеров 11, 15, третий и четвертый входы 19, 20 подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго ключей 12, 16, седьмой и восьмой входы 30, 31 подключены к управляющим входам, соответственно, третьего и четвертого компараторов 26, 29, девятый и десятый входы 40, 41 подключены к управляющим входам, соответственно, второго и первого усилителей 37, 35, одиннадцатый и двенадцатый входы 56, 57 подключены к управляющим входам, соответственно, третьего и четвертого усилителей 45, 49, второй и третий аналоговые выходы 38, 39 подключены к выходам, соответственно, первого и второго усилителей-демодуляторов 4, 34, генератор 6 подключен ко второму, третьему и четвертому емкостным датчикам 33, 43, 47 и ко второму, третьему и четвертому усилителям-демодуляторам 34, 44, 48, четвертый, пятый, шестой и седьмой аналоговые выходы 52, 53, 54, 55 подключены к выходам, соответственно, первого аналогового сумматора 36, третьего и четвертого усилителей-демодуляторов 44, 48 и второго аналогового сумматора 50, все компараторы 9, 13, 26, 29 выполнены с управлением по порогам срабатывания, первый и второй таймеры 11, 15 выполнены с управлением по длительности выходного сигнала, первый, второй, третий и четвертый усилители 35, 37, 45, 49 выполнены в виде широкополосных усилителей постоянного тока с управлением по чувствительности, блок 59 оптопар выполнен в виде двух встречно – параллельно соединенных оптопар с общей нагрузкой, все блоки обратной связи 61, 63, 65, 67 выполнены в виде последовательно соединенных фильтра и усилителя, а сильфон 7 размещен между окружающей средой и средой внутри корпуса 1, выполненного герметичным.

Устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, представленное на фиг. 1, работает следующим образом.

Первая мембрана 2 закреплена в корпусе 1 между окружающей средой и корпусом 1, содержащим опорную среду, так, что изменения давления окружающей среды приводят к смещению первой мембраны 2. Смещение первой мембраны 2 относительно нейтрального положения приводит к изменению амплитуды электрического сигнала на выходе первого емкостного датчика 3, на который электрический сигнал поступает от генератора 6. С выхода первого емкостного датчика 3, включенного по мостовой схеме, сигнал поступает на первый усилитель-демодулятор 4, на который также подается опорный сигнал от генератора 6, благодаря чему на выходе первого усилителя-демодулятора 4 формируется аналоговый сигнал, амплитуда и знак которого зависят от смещения первой мембраны 2. С выхода первого усилителя-демодулятора 4 аналоговый сигнал поступает на второй аналоговый выход 38 устройства и через второй усилитель 37, первый аналоговый сумматор 36 и третий аналоговый сумматор 51 на первый аналоговый выход 5 устройства и на фильтр 8 постоянной составляющей сигнала первого усилителя-демодулятора 4 , которая, в зависимости от разбаланса первого емкостного датчика 3, может принимать положительные или отрицательные значения. При отсутствии сигналов (или сигналов менее пороговых значений, заданных в первом или втором компараторах 9, 13) первый и второй таймеры 11, 15 выключены, а нулевые сигналы на их выходах и на инверсных входах первой и второй схем И 10, 14 разрешают прохождение сигналов от первого и второго компараторов 9, 13 к первому и второму таймерам 11, 15. При появлении небольшого отрицательного сигнала допустимого разбаланса первого емкостного датчика 3 более порогового значения на выходе третьего компаратора 26 появляется сигнал, включающий пятый ключ 28 через схему ИЛИ 27. При появлении небольшого положительного сигнала допустимого разбаланса первого емкостного датчика 3 более порогового значения на выходе четвертого компаратора 29 появляется сигнал, включающий пятый ключ 28 через схему ИЛИ 27. При появлении отрицательного сигнала недопустимого разбаланса первого емкостного датчика 3 более порогового значения на выходе первого компаратора 9 появляется сигнал, запускающий первый таймер 11 через первую схему И 10. Выходной сигнал первого таймера 11 поступает на входы управления первого и третьего ключей 12, 23, подающих питание на микродвигатель 25 с полярностью, которая обеспечивает перемещение сильфона 7 и изменение объема воздуха внутри корпуса 1, уменьшающие отрицательный сигнал разбаланса первого емкостного датчика 3. Одновременно выходной сигнал первого таймера 11 запрещает прохождение сигнала через вторую схему И 14 до окончания работы микродвигателя 25 и перемещения сильфона 7. При появлении положительного сигнала недопустимого разбаланса первого емкостного датчика 3 более порогового значения на выходе второго компаратора 13 появляется сигнал, запускающий второй таймер 15 через вторую схему И 14. Выходной сигнал второго таймера 15 поступает на входы управления второго и четвертого ключей 16, 24, подающих питание на микродвигатель 25 с полярностью, которая обеспечивает перемещение сильфона 7 и изменение объема воздуха внутри корпуса 1, уменьшающие положительный сигнал разбаланса первого емкостного датчика 3. Одновременно выходной сигнал второго таймера 15 запрещает прохождение сигнала через первую схему И 10 до окончания работы микродвигателя 25 и перемещения сильфона 7. Перемещения сильфона 7 вызывают изменение объема и давления воздуха внутри корпуса 1 и обеспечивают уменьшение разбаланса первого емкостного датчика 3. При уменьшении разбаланса менее допустимого значения выключаются третий или четвертый компараторы 26, 29 и останавливают микродвигатель 25 независимо от первого и второго таймеров 11, 15. Для более плавного изменения объёма воздуха сигнал разбаланса через усилитель 58 постоянного тока и блок 59 оптопар подается на регулируемый стабилизатор 60 напряжения, питающий микродвигатель 25 через пятый ключ 28, что приводит к уменьшению скорости вращения микродвигателя 25 по мере уменьшения сигнала разбаланса. Блок 59 оптопар включает две встречно – параллельно соединенных оптопары с общей нагрузкой, обеспечивающих однополярный сигнал на нагрузке независимо от полярности сигнала разбаланса. Подачей сигналов с первого и шестого входов 17, 22 на управляющие входы первого и второго компараторов 9, 13 устанавливаются их пороги срабатывания. Подачей сигналов с седьмого и восьмого входов 30, 31 на управляющие входы третьего и четвертого компараторов 26, 29 устанавливаются их пороги срабатывания. Длительности выходных сигналов первого и второго таймеров 11, 15 устанавливаются в соответствии с порогами срабатывания первого и второго компараторов 9, 13 и регулируются подачей сигналов со второго и пятого входов 18, 21 на управляющие входы первого и второго таймеров 11, 15.

Аналогично, смещение второй, третьей и четвертой мембран 32, 42, 46 относительно нейтрального положения приводит к изменению амплитуды электрического сигнала на выходах, соответственно, второго, третьего и четвертого емкостных датчиков 33, 43, 47, на которые электрический сигнал поступает от генератора 6. С выходов второго, третьего и четвертого емкостных датчиков 33, 43, 47, включенных по мостовой схеме, сигнал поступает, соответственно, на второй, третий и четвертый усилители-демодуляторы 34, 44, 48, на которые также подается опорный сигнал от генератора 6, благодаря чему на выходах второго, третьего и четвертого усилителей-демодуляторов 34, 44, 48 формируется аналоговый сигнал, амплитуда и знак которого зависят от смещения второй, третьей или четвертой мембран 32, 42, 46. С выхода второго усилителя-демодулятора 34 аналоговый сигнал поступает на третий аналоговый выход 39 устройства и через первый усилитель 35 и первый аналоговый сумматор 36 поступает на четвертый аналоговый выход 52 устройства и третий аналоговый сумматор 51, а с выходов третьего и четвертого усилителей-демодуляторов 44, 48 аналоговый сигнал поступает на пятый и шестой аналоговые выходы 53, 54 устройства, а через третий и четвертый усилители 45, 49 и через второй аналоговый сумматор 50 на седьмой аналоговый выход 55 устройства. С выхода второго аналогового сумматора 50 сигнал поступает через третий аналоговый сумматор 51 на первый аналоговый выход 5 устройства и фильтр 8 постоянной составляющей сигнала усилителей-демодуляторов 4, 34, 44, 48, которая, в зависимости от разбаланса второго, третьего и четвертого емкостных датчиков 33, 43, 47 может принимать положительные или отрицательные значения, устраняемые так же, как и при разбалансе первого емкостного датчика 3 перемещением сильфона 7.

Предусмотрена, при необходимости, ручная установка баланса первого, второго, третьего и четвертого емкостных датчиков 3, 33, 43, 47 подачей сигналов на третий или четвертый входы 19, 20 и ручная установка усиления первого, второго, третьего и четвертого усилителей 35, 37, 45, 49 подачей сигналов, соответственно, на десятый, девятый, одиннадцатый и двенадцатый входы 41, 40, 56, 57 для выравнивания сигналов разбаланса первого, второго, третьего и четвертого емкостных датчиков 3, 33, 43, 47. Для расширения динамического диапазона, как указано на фиг.2, использовано известное техническое решение [5], включающее первый, второй, третий и четвертый блоки 61, 63, 65, 67 обратной связи и первый, второй, третий и четвертый магнитоэлектрические преобразователи 62, 64, 66, 68.

Конструктивным недостатком известных устройств для измерения инфразвуковых колебаний среды [1], [2], [3], [4] является наличие камеры, суммирующей давление воздуха из входных отверстий корпуса. При прохождении инфразвуковой волны в горизонтальном направлении воздух частично перетекает из одного входного отверстия в другое (продувка микробарометра), что приводит к появлению погрешностей измерения инфразвуковых колебаний среды. В предложенном техническом решении, кроме устранения разбаланса, точность повышается за счет раздельного измерения входных сигналов с последующим суммированием первым, вторым и третьим аналоговыми сумматорами 36, 50, 51. Устройство адаптировано к широко применяемым пространственным фильтрам [6] для снижения шума от ветра (см. фиг.3), однако может быть использовано для других фильтров при изменении числа мембран и емкостных датчиков.

Таким образом, достигается заявленный результат и предлагаемое устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды обеспечивает повышение точности измерения инфразвуковых колебаний среды.

Источники информации

1. Infrasound Sensor – Model 50, Manual, описание, Chaparral Physics, div of Geophysical Institute, 2006, http://www.geoinstr.com/ds-model25.pdf

2. Infrasound Sensor – Model 25, Manual, описание, Chaparral Physics, div of Geophysical Institute, 4 December 2006, http://www.geoinstr.com/ds-model50.pdf

3. Микробарометр МВ 2000, Техническое описание, Microbarometre MB 2000, Technical manual, Departement Analyse et Surveillance de L’Environnement (DASE), 1998, http://www-dase.cea.fr/public/dossiers_thematiques/microbarometres/description.html

4. Дифференциальный микробарометр ISGM-03M, описание, Научно-технический центр "Геофизические измерения", 2013,

http://ntcgi.ru/products/differential-mikrobarometr-isgm-03m.php

5. Устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды (патент РФ № 2485455, МПК G01H 11/00, 20.06. 2013.

6. A Review of Wind-Noise Reduction Methodologies, Kristoffer T. Walker and Michael A. H. Hedlin. Кристоффер Уокер, Майкл Хедлин.Обзор методологий снижения шума ветра. В книге: Инфразвуковой Мониторинг для атмосферных исследований, Глава: 5, стр. 159, Издатель: Springer, январь 2010 года. https://l2a.ucsd.edu/pub/WalkerHedlin_NoiseReduction_Springer2010.pdf

Устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее корпус, первую мембрану, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные первый емкостный датчик перемещения мембраны и первый усилитель-демодулятор, а также первый аналоговый выход устройства и генератор, подключенный к первому емкостному датчику и первому усилителю-демодулятору, отличающееся тем, что дополнительно содержит сильфон, последовательно соединенные фильтр постоянной составляющей, первый компаратор с инверсным входом, первую схему И, первый таймер и вход управления первого ключа, последовательно соединенные второй компаратор, вторую схему И, второй таймер и вход управления второго ключа, а также первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы, третий ключ, четвертый ключ, микродвигатель с приводом, механически связанный с сильфоном, включенный между выходами первого и третьего ключей, последовательно соединенные третий компаратор с инверсным входом, схему ИЛИ и вход управления пятого ключа, а также четвертый компаратор, подключенный ко второму входу схемы ИЛИ, седьмой и восьмой входы, вторую мембрану, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные второй емкостный датчик перемещения мембраны, второй усилитель-демодулятор, первый усилитель и первый аналоговый сумматор, а также второй усилитель, подключенный входом к первому усилителю-демодулятору, а выходом подключенный ко второму входу первого аналогового сумматора, второй и третий аналоговые выходы, девятый и десятый входы, третью мембрану, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные третий емкостный датчик перемещения мембраны, третий усилитель-демодулятор и третий усилитель, а также четвертую мембрану, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные четвертый емкостный датчик перемещения мембраны, четвертый усилитель-демодулятор, четвертый усилитель и второй аналоговый сумматор, подключенный вторым входом к выходу третьего усилителя, а также третий аналоговый сумматор, подключенный входами к выходам первого и второго аналоговых сумматоров, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы, одиннадцатый и двенадцатый входы, последовательно соединенные усилитель постоянного тока и блок оптопар, а также регулируемый стабилизатор напряжения, подключенный входом к плюсу источника питания, выходом подключенный ко входу пятого ключа, а входом управления подключенный к выходу блока оптопар, последовательно подключенные ко второму аналоговому выходу первый блок обратной связи и первый магнитоэлектрический преобразователь, последовательно подключенные к третьему аналоговому выходу второй блок обратной связи и второй магнитоэлектрический преобразователь, причем первый магнитоэлектрический преобразователь связан с первым емкостным датчиком и с первой мембраной, второй магнитоэлектрический преобразователь связан со вторым емкостным датчиком и со второй мембраной, последовательно подключенные к пятому аналоговому выходу третий блок обратной связи и третий магнитоэлектрический преобразователь, последовательно подключенные к шестому аналоговому выходу четвертый блок обратной связи и четвертый магнитоэлектрический преобразователь, причем третий магнитоэлектрический преобразователь связан с третьим емкостным датчиком и с третьей мембраной, четвертый магнитоэлектрический преобразователь связан с четвертым емкостным датчиком и с четвертой мембраной, вход усилителя постоянного тока подключен к выходу фильтра постоянной составляющей, фильтр постоянной составляющей подключен входом к третьему аналоговому сумматору, а выходом подключен ко входам второго, третьего и четвертого компараторов, выход третьего аналогового сумматора подключен к первому аналоговому выходу, выходы первого и второго таймеров подключены к инверсным вторым входам, соответственно, второй и первой схем И, входы управления третьего и четвертого ключей подключены к выходам, соответственно, первого и второго таймеров, входы первого и четвертого ключей подключены к минусу источника питания, входы второго и третьего ключей подключены к выходу пятого ключа, выход третьего ключа соединен с выходом четвертого ключа, выход второго ключа соединен с выходом первого ключа, первый и шестой входы подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго компараторов, второй и пятый входы подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго таймеров, третий и четвертый входы подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго ключей, седьмой и восьмой входы подключены к управляющим входам, соответственно, третьего и четвертого компараторов, девятый и десятый входы подключены к управляющим входам, соответственно, второго и первого усилителей, одиннадцатый и двенадцатый входы подключены к управляющим входам, соответственно, третьего и четвертого усилителей, второй и третий аналоговые выходы подключены к выходам, соответственно, первого и второго усилителей-демодуляторов, генератор подключен ко второму, третьему и четвертому емкостным датчикам и ко второму, третьему и четвертому усилителям-демодуляторам, четвертый, пятый, шестой и седьмой аналоговые выходы подключены к выходам, соответственно, первого аналогового сумматора, третьего и четвертого усилителей-демодуляторов и второго аналогового сумматора, все компараторы выполнены с управлением по порогам срабатывания, первый и второй таймеры выполнены с управлением по длительности выходного сигнала, первый, второй, третий и четвертый усилители выполнены в виде широкополосных усилителей постоянного тока с управлением по чувствительности, блок оптопар выполнен в виде двух встречно-параллельно соединенных оптопар с общей нагрузкой, все блоки обратной связи выполнены в виде последовательно соединенных фильтра и усилителя, а сильфон размещен между окружающей средой и средой внутри корпуса, выполненного герметичным.