CN87102587A - 具有至少一套三件式微音探头的地表听音器 - Google Patents

Abstract

一具有至少一三件式微音探头和一通过电缆与之电连接的运算放大器的地表听音器。该运算放大器放大微音探头的振荡信号，被放大的信号接着通过电扬声器恢复为可听信号。每套三件式微音探头的三个单件微音器串联连接，微音探头本身通过双芯电缆同运算放大器连结。运算放大器的输出信号操作一个高速电子开关，特别是舌簧继电器，后者又接通一个带有独立直流电压源的压电式信号发送器。

地表听音器可获得一个低频的、位于可听极限以下，特别是灾祸情况下从被掩埋人员那儿发出声响指示。

Description

本发明涉及一种地表听音器，它具有至少一套三件式的微音探头和一个通过电缆与该探头作电连接、用以放大该微音探头的振荡信号、据此使被放大的信号由电扬声器恢复为可听信号的运算放大器，就所述各项特征，通过明显的初步利用，已被公众所知。

此种地表听音器适合投入灾祸防护使用，特别适合于测听被掩埋人员发出的表示其位置和寻求救援的扣击信号。公知的地表听音器可以用一套整体的三件式微音探头，或者用多个微音探头作履带形或地毯形敷设以付诸实用。

这种公知的地表听音器，如荷兰的一家公司（Sensor    Nederland    bv，2251AP    Voorschoten）在1984年7月的一本产品说明书“3d    unit”中所叙述的，是用三件式微音探头工作的。

一套这样的三件式微音探头包含三个按电动力学原理工作的单体微音器，它们的有效振动轴线是对应空间直角度座标系的X、Y和Z轴布置的。

以这种方式，公知的三件式微音探头能够在所处的状况下给出P波（一次波或纵波）、S波（剪切波或横波）和O波（表面波）。上述各型波有不同的传播速度：高频的一次波最高，低频的剪切波次之，而表面波则有最低的传播速度。

由每套三件式微音探头的三个单件微音器给出的信号通过一电缆（其详细构造不为人知）送到运算放大器上，后者的输出信号则通过电动式耳机（发声器）变为可听声音。类似的耳机结合矿用听音器以前也使用过（见“幸运”杂志（Gluckauf）的1949年第161-166页以及1952年第645-647页）。

人们感到，这种公知的地表听音器有作改进的需要，因为它只能传输听常见范围内的，即大约高于30赫芝的频率。业已证明，把远低于人耳听觉极限的特低频率变为可听信号，才真正是技术上的需要。在距声源（被掩埋者）一定远处可听频率（大体上是高于30赫芝）常常已经失去的松软的土壤、坚实的沙地、复盖的草坪、一片瓦砾废墟和松动的岩石，经常出现的是人们称之为“地表次声波”的声音频率。

本发明的任务在于，用尽可能简单的结构方式使这种在灾祸情况特容易出现在被掩埋人员近旁的地表次声波得以检出，同时也为灾祸护提供了一种坚实可靠的用具。

按照本发明，这项任务的解决办法是，把每一套三件式微音探头的三个单体微音器串联连接，微音探头只通过一根双芯电缆同运算放大器连接，运算放大器的输出信号操作一个高速电子开关，后者则接通一个位于直流电压回路内的带有自己的直流电源的压电式信号发送器。

从本质上说，首先是每套三件式微音探头的按空间X、Y和Z轴布置的三个单件微音器的串联连接。按此方式连接，根据三个空间轴的特定信号可被不分区别地被接收。同已知的三件式微音器设计方案不同（见：前述产品说明书“3D    unit”;联邦德国专利申请公开说明书DE-OS    320    4    874：串联的三件式微音器;美国专利说明书US-PS4534020：使用多芯电缆的三件式微音器），本发明完全有意识地满足于不作细微区分的混合信号，因为对于本发明只要求发现低频声源（被掩埋者）本身。此外，在按照本发明的地表听音器中对于每套三件式微音器的配置只需用双芯电缆这一特点，导致了结构上的重要简化，这对于必须按履带形式或地毯的形式敷设微音探头的情况尤其有价值。再者，把多个单件微音器连接在一起的做法是公知的（见联邦德国专利申请公告说明书DE-AS    24    33    793），它们按照有关对方向的选择性就各自的振动性能互相影响，但这在本发明中是不希望的。DE-AS    24    33    793并且也没有展示发声器。

不过特别重要的还是本发明的这样一个特征，由于它，地表次声波信号得以用特别简单的方式变成为可听的声音，这就是，在放大器输出端出现的譬如5赫芝的不可听信号（音调脉冲）操作一个高速电子开关，后者接通一个由独立的直流电压源供电的压电式信号发送器，持续大约和音调脉冲同样长的时间。在此关系中还要提及，根据本发明应用的电子式运算放大器并不改变由微音探头测得的此种信号的频率。这一点是重要的，因为信号的可听持续时间正是由于这个原因（不同于可能的应用的多倍频器的情况）而不缩短。

最后，由DE-PS    30    14    259通过一个机械振动的水平系统激励发声器也公知的，但该公知的系统没有提出用三个单件微音器。

总之，上述本发明的成功在于，用结构上简单的方式把低频声波，或更确切地说把地表次声波变成为可听声音，这类声波对于在灾祸情况下救援被掩埋人员是至关重要的。

有关本发明的其他特征是，在各单件微音器的一对输出端上都并联连接一个用以抑制在单件微音器固有频率上谐振的欧姆电阻（阻尼电阻）。可以认为，适合于低频信号的微音器具有大约4.5赫芝的固有频率，如果此时出现具有4.5赫芝频率的地表次声波，那么频率超高现象即由于阻尼电阻而被防止。还要补充提到的是，按照本发明装用的低频探头能测得的最低频率大约是2赫芝。

为了排除干扰信号，特别是无线电广播频率的作用，本发明还安排了把一个电容器并联连接到三件式微音器的两个输出端上。

开头提到的、特别重要的高速电子开关（例如用场效应晶体管电路的形式）使得，由微音探头接收、在放大器输出端给出的例如2赫芝的信号，作为音调脉冲对该电子开关起作用，后者则接通压电式信号发送器，这是故意地对输出信号的频率高低不作细微区分，而只显示特别是地表次声波本身的存在。在此关系中再要补充说明的是，按本发明应用的微音探头显然除了能处理容易出现的地表次声波以外，也能够处理直到大约1.5千赫芝的较高音频。作为防机械和电干扰的保险，使用于低于低频信号的音调脉冲开关的四极舌簧继电器，具有一个固定的最低阈压被证明是特别合适的。

舌簧继电器[见：例如“电子学概念”（Begriffe    der    Elektronik）慕尼黑弗兰齐丝出版社（Franzis-Verlag    Mumchen），1981年，第327页]是不同于晶体管电路，它接合简单，尤其能响应超短脉冲（若干毫秒）。

按照本发明应用的舌簧继电器的最低阈值可以达，例如±2伏。在出现这个阈值，亦即在超过或低于低频信号的某一确定幅值时，舌簧继电器才进行工作，把压电式信号发送器接到直流电压源上。用很小的功率可以产生很清楚的可听音调，是压电式信号发送器的优点。

当出现低频音调脉冲时，由压电式信号发送器产生的可听音调持续时间由于本发明的其他特征而被延长，这就是，在直流电压回路中把一个电容器并联连接到压电式信号发送器的两个输入端上。

下面参照附图较为详细地说明本发明的一个最佳实施例。

图1用方框电路图的形式介绍按照本发明制作的地表听音器的概貌。

图2是一个三件式微音探头简略的几何布置图。

图3是三件式微音探头的三个单件微音器的电路连接图。

图4是电子电路，它给出了特别使低频的地表次声波信号得以放大和变换为可听声音的元件。

图1用方框图形式图解表示的地表听音器用标号10表示。振荡接收器由三件式微音探头11和11a组成，它们可完全靠它们外部轮廓形式区别开。微音探头11包括一个伸展较长的圆柱形外壳部分12和一个紧接其后在探头自由端的圆锥形外壳部分13。探头11主要是依据其外部形式而适合于插入井眼中。

反之，探头11a有着一个直角平行六面体的外壳14，三个与空间直角座标系的座标X、Y、Z相对应的单体微音器G_x、G_y、G_z按此六面体的各面定向（图2）。各座标轴在图2上都相应地作了标记。

探头11的未作详细说明的单体微音器G_x、G_y和G_z也相应于空间座标系x、y、z确定方向。

根据图3的电路连结图可知，单体微音器G_x、G_y、G_z的各自一对输出端15、16串联连接，以便使三件式微音器11a总共只有两个电输出端A和B。输出端A、B用双芯电缆17同时接出去，如图1和图2中所表明的那样。

单件微音器G_x至G_z的各对输出端15、16上各并联一个阻尼电阻R_D，其任务是，通过单件微音器G_x至G_z各自的譬如是4.5赫芝的固有频率来避免频率超高（图3）。

从图1还可以看到，供助双极开关18，探头11、11a可以交替接入电路。

通过探头11、11a接收的低频信号经由双芯电缆17送到一个用19标记的运算放大器上，后者把电路块f₁中经过放大的低频信号再送到高速电子开关24（图4）上，该开关则在直流电压回路f₂中接通一个压电式的信号发送器20。在关于此的各项细节可从图4看到：

运算放大器19的同相输入端用21、反相输入端用22标记。信号输入端22经过接壳连接端M和前置电阻R_V连结到放大器19的反相端上。被放大的信号电压落在放大器的输出端23和接壳点M₂之间。属于放大器回路的还有电阻R₁和R_P，其中电阻R_P实际上起着调节放大器倍数的固定电阻的作用。该两串联连接的电阻R₁、R_P被跨接在放大器19的反相端和放大器输出端23上。

一个可从外部改变阻值欧姆电阻R_e用于调整被放大信号的幅值，特别是用于防止由虚线圆圈圈出的舌簧继电器24的过激励。舌簧继电器24的固定阈值，例如是±2伏。除此之外，属于运算放大器19的，还有电容器25。

设置在微音器侧的电容器26（图3）用于吸收干扰频率。

地表听音器的功能叙述如下：

按照图3，任一个或全部单件微音器G_x至G_z接收譬如2至8赫芝的信号，在排除谐振频率的情况（阻尼电阻R_D）下把信号给到拥有芯线A和B的双芯电缆17上。该信号到达放大器侧的输入端21、22，在那儿被放大，然后驱动四极的舌簧继电器24，后者即把压电式的信号发送器20接到直流电压源27上。这发生在存在于23和M₂之间的低频音响脉冲（电路块f₁）持续期间。压电式信号发送器20的直流电压回路f₂中音响脉冲的持续时间将由于并联接的电容器28而得到延长。

还要提到的是，放大器19通过双极开关29接到直流电压源30上。与此有关的接壳点用M₃标记。

压电式信号发送器20的两个输入端用31、32标记。

Claims (5)

1、一地表听音器，具有：至少一套三件式的微音探头，和一个通过电缆与该探头作电连接、用以放大该微音探头的振荡信号，据此使被放大的信号由电扬声器恢复为可听信号的运算放大器，其特征在于，每套三件式微音探头(11，11a)的三个单件微音器(G_x，G_y，G_z)串联连接，微音探头(11，11a)只通过一根双芯电缆(17)同运算放大器(19)连结，放大器的输出信号操作一个高速电子开关(24)，后者则接通一个位于直流电压回路f₂之内的带有独立直流电压源(27)的压电式信号发送器20。

2、根据权利要求1的地表听音器，其特征在于，在单件微音器（G_x、G_y、G_z）的各对输出端（15、16）上各并联连接一个用以抑制在单件微音器（G_x、G_y、G_z）的固有频率附近的谐振的欧姆阻尼电阻R_D。

3、根据权利要求1或根据权利要求2的地表听音器，其特征在于，把一个用于消除干扰频率，特别是无线电广播频率的电容器（26）并联接到三件式微音探头（11、11a）的两个输出端A、B上。

4、根据前述各项权利要求之一的地表听音器，其特征在于，高速电子开关由一个具有固定阈值电压的四极舌簧继电器（24）组成。

5、根据前述各项权利要求之一的地表听音器，其特征在于，在直流电压回路f₂中把一个电容器（28）并联接在压电式信号发送器（20）的两个输入端（31、32）上。

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