CS212378B1

CS212378B1 - Absolute Pressure Calibration Equipment for Acoustic Pressure Sensors

Info

Publication number: CS212378B1
Application number: CS635980A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Skvor; Vladimir Kula
Original assignee: Zdenek Skvor; Vladimir Kula
Priority date: 1980-09-20
Filing date: 1980-09-20
Publication date: 1982-03-26

Abstract

Vynález se týká zařízení pro absolutní tlakovou kalibraci snímačů akustického tlaku, například měřicích mikrofonů, které umožňuje přesnou kalibraci i v oblasti velmi nízkých kmitočtů. Podstata zařízeni podle vynálezu spočívá v tom, že je tvořeno dvěma izolačními válcovými tělesy a v každém z nich je uložena děrované nepohyblivá elektroda. Mezi izolačními válcovými tělesy, tedy i mezi nepohyblivými elektrodami, je umístěna pohyblivá elektroda. Dutina pod první nepohyblivou elektrodou je uzavřena prvním pístem, jímž prochází těleso prvního kalibrovaného snímače. Dutina nad druhou nepohyblivou elektrodou je uzavřena shora druhým pístem, jimž prochází těleso druhého kalibrovaného snímače.The invention relates to a device for absolute pressure calibration of acoustic pressure sensors, for example measuring microphones, which enables accurate calibration even in the very low frequency range. The essence of the device according to the invention lies in the fact that it is formed by two insulating cylindrical bodies and a perforated fixed electrode is placed in each of them. A movable electrode is placed between the insulating cylindrical bodies, i.e. also between the fixed electrodes. The cavity under the first fixed electrode is closed by a first piston, through which the body of the first calibrated sensor passes. The cavity above the second fixed electrode is closed from above by a second piston, through which the body of the second calibrated sensor passes.

Description

Vynález se týká zařízení pro absolutní tlakovou kalibraci snímačů akustického tlaku, například měřicích mikrofonů, které umožňuje přesnou kalibraci i v oblasti velmi nízkých kmitočtů.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an absolute pressure calibration device for acoustic pressure sensors, for example measuring microphones, which enables accurate calibration even at very low frequencies.

Je známo zařízení pro absolutní tlakovou kalibraci akustických snímačů, v jehož uzavřeném tělese je upravena pohyblivá elektroda umístěná nad pevnou děrovanou elektrodou. Do prostoru nad pohyblivou elektrodou zasahuje měřicí mikrofon a do prostoru pod děrovanou elektrodou je vložen posuvný píst.There is known a device for absolute pressure calibration of acoustic sensors, in whose closed body there is provided a movable electrode placed above the fixed perforated electrode. A measuring microphone intervenes in the space above the movable electrode and a sliding piston is inserted into the space below the perforated electrode.

Toto řešení je dále modifikováno zařízením pro absolutní tlakovou kalibraci snímačů akustického tlaku zejména v oblasti infrasonických kmitočtů podle vynálezu.This solution is further modified by the device for absolute pressure calibration of the sound pressure sensors especially in the area of infrasonic frequencies according to the invention.

Jeho podstata spočívá v tom, že nad pohyblivou elektrodou je upravena druhá nepohyblivá elektroda a dutina nad touto druhou nepohyblivou elektrodou je uzavřena druhým pístem, v němž je uložen druhý kalibrovaný snímač. První kalibrovaný snímač je uložen v prvním pístu.Its essence is that a second stationary electrode is provided above the movable electrode, and the cavity above the second stationary electrode is closed by a second piston housing a second calibrated sensor. The first calibrated sensor is stored in the first piston.

Tímto symetrickým uspořádáním je docíleno zejména to, že stavová změna v obou dutinách je charakterizována stejnými polytropickými exponenty, což významně přispívá k přesnosti kalibrace v oblasti velmi nízkých kmitočtů.This symmetrical arrangement results in particular in the fact that the state change in both cavities is characterized by the same polytropical exponents, which significantly contributes to the accuracy of the calibration at the very low frequencies.

Vynález je blíže objasněn na příkladu provedení pomocí výkresu, na němž je znázorněn řez zařízením podle vynálezu.The invention is illustrated in more detail by way of example with reference to the drawing, in which a cross-section of a device according to the invention is shown.

Zařízení pro absolutní tlakovou kalibraci snímačů akustického tlaku, zejména v oblasti infrasonických kmitočtů, je tvořeno dvěma izolačními válcovými tělesy £ a 2 a v každém z nich je uložena děrované nepohyblivé elektroda 8 a £. Mezi izolačními válcovými tělesy i a 2, tedy i mezi první nepohyblivou elektrodou £ a druhou nepohyblivou elektrodou 8, je umístěna elektricky vodivá pohyblivá elektroda £, například membrána. Dutina £ pod první nepohyblivou elektrodou £ je uzavřena prvním pístem £, jímž prochází těleso prvního kalibrovaného snímače 13. Dutina £ nad druhou nepohyblivou elektrodou 8 je uzavřena shora druhým pístem 6, jímž prochází těleso druhého kalibrovaného snímače 12. Dutiny £ a £ jsou s okolním prostředím spojeny kapilárami 10 a 11. vytvořenými v prvním pístu £ a druhém pístu 6. Oba písty 6 a £ jsou vůči izolačním válcovým tělesům £ a 2 - a stejně tak i tělesa prvního a druhého kalibrovaného snímače 12 a 13 vůči oběma pístům 6 a £ - dokonale těsněny. Při kalibraci se uzavírají i kapiláry 10 a 11. aby nevznikal nežádoucí akustický svodový odpor.The device for the absolute pressure calibration of the sound pressure sensors, in particular in the region of infrasonic frequencies, consists of two insulating cylindrical bodies 8 and 2, and each of them accommodates a perforated stationary electrode 8 and 6. An electrically conductive movable electrode 6, for example a membrane, is disposed between the insulating cylindrical bodies 1 and 2, that is to say between the first stationary electrode 6 and the second stationary electrode 8. The cavity 6 below the first stationary electrode 6 is closed by a first piston 6 through which the body of the first calibrated sensor 13 passes. The cavity 6 above the second stationary electrode 8 is closed from above by a second piston 6 through which the second calibrated sensor body 12 passes. The two pistons 6 and 6 are in relation to the insulating cylindrical bodies 6 and 6, as well as the bodies of the first and second calibrated transducers 12 and 13 with respect to the two pistons 6 and 6 respectively. - perfectly sealed. During calibration, the capillaries 10 and 11 are also closed to avoid undesirable acoustic leakage resistance.

**

Na první kalibrovaný snímač 13 působí akustický tlak vybuzený elektrostaticky v dutině £ pod první nepohyblivou elektrodou £ a na druhý kalibrovaný snímač 12 působí akustický tlak vybuzený elektrostaticky v dutině £ nad druhou nepohyblivou elektrodou 8. Ze známé hodnoty kapacity mezi pohyblivou elektrodou £ a první nepohyblivou elektrodou £ při respektování vlivu parazitní kapacity lze při známé ploše pohyblivé elektrody £ a první nepohyblivé elektrody £ a při známé velikosti budicího a polarizačního napětí stanovit budicí sílu na jednotku plochy pohyblivé elektrody £ - membrány tohoto jednočinného elektro statického měniče. Pro buzení lze v jednočinném režimu použít i druhou nepohyblivou elektrodu 8 společně s pohyblivou elektrodou £ ,The first calibrated sensor 13 is electrostatically excited in the cavity 6 below the first stationary electrode 6, and the second calibrated sensor 12 is electrostatically excited in the cavity 6 above the second stationary electrode 8. Taking into account the influence of the parasitic capacity, with the known area of the movable electrode 4 and the first stationary electrode 4 and the known magnitude of the excitation and polarizing voltage, the excitation force per unit area of the movable electrode 6 of the single acting electro-static converter can be determined. The second stationary electrode 8 can be used in conjunction with the movable electrode 6 in the single-action mode,

Při symetrickém uspořádání podle výkresu lze docílit toho, že při shodných objemech obou dutin £ a £ budou shodné i velikosti ploch tyto dutiny £ a £ ohraničujících, včetně ploch nepohyblivých elektrod, a tím i stavové změny budou charakterizovány shodnými polytropickými exponenty. Na základě tohoto lze z měření poměrů výstupních napětí prvního kalibrovaného snímače 13. resp. druhého kalibrovaného snímače 12. při určitém kmitočtu a velikosti dutin £ a £ a při známých hodnotách kapacity, plochy pohyblivé elektrody £ a první nepohyblivé elektrody £, resp. druhé nepohyblivé elektrody 8, stanovit citlivost kalibrovaného snímače, resp. snímačů 12 a 13.With the symmetrical arrangement according to the drawing, it is possible to achieve, with equal volumes of the two cavities 4 and 6, the same surface sizes of the bounding cavities 4 and 6, including the stationary electrode surfaces, and thus the state changes are characterized by the same polytropic exponents. Based on this, it is possible to measure the output voltage ratios of the first calibrated sensor 13, resp. a second calibrated sensor 12 at a certain frequency and the size of the cavities 6 and 6, and at the known values of the capacity, the area of the movable electrode 6 and the first stationary electrode 6, respectively. to determine the sensitivity of the calibrated sensor, respectively. sensors 12 and 13.

Jedna z možných měřicích procedur vychází z tohoto postupu: první údaj výstupního napětí kalibrovaného snímače je získán při shodných dutinách g a g pod ^a nad nepohyblivými elektrodami g a g, druhý údaj při stejné velikosti dutiny 4 nad druhou nepohyblivou elektrodou g a změněné, například zmenšené, velikosti dutiny g pod první nepohyblivou elektrodou g, třetí údaj je získán při předešlé.velikosti změněné dutiny 5 pod první nepohyblivou elektrodou g a změněné velikosti dutiny £ nad druhou nepohyblivou elektrodou 8 a poslední čtvrtý ďdaj při změněné velikosti dutiny g nad druhou nepohyblivou elektrodou 8 a původní velikosti dutiny g pod první nepohyblivou elektrodou g.One possible measurement procedure is based on the following procedure: the first reading of the calibrated sensor output voltage is obtained for identical gag cavities below ^and above the immovable gag electrodes, the second reading for the same cavity size 4 above the second immovable electrode g and altered, for example the first stationary electrode g, the third reading is obtained at the previous size of the altered cavity 5 below the first stationary electrode g and the altered cavity size nad above the second stationary electrode 8 and the last fourth data at altered cavity g above the second stationary electrode 8 and the original cavity size g below the first stationary electrode g.

Citlivost kalibrovaného snímače se odvodí z kapacity měniče, z plochy pohyblivé elektrody g a první nepohyblivé elektrody g, event. druhé nepohyblivé elektrody g, polarizačního napětí, budicího napětí a poměrů výstupních napětí snímače podle uvedené procedury,The sensitivity of the calibrated sensor is derived from the capacity of the inverter, the area of the movable electrode g and the first stationary electrode g, respectively. a second stationary electrode g, a polarizing voltage, an excitation voltage, and a sensor output voltage ratio according to said procedure,

Zcela zde vymizí závislost na stavové změně' v dutinách a na základě toho lze kalibrovat snímač s velkou přesností i v oblasti infrasoniekých kmitočtů.Here, the dependence on the state change in the cavities completely disappears and the sensor can be calibrated with great accuracy even in the area of infrared frequencies.

Zařízení je provedeno symetricky i z hlediska měniče, takže nepohyblivé elektrody § a g spolu s pohyblivou elektrodou g tvoří dvojčinný elektrostatický měnič, u něhož lze při nízkých hodnotách zkreslení docílit větší síly na jednotku plochy, a tím i větší akustický tlak v dutinách .4 a g než při jednočinném buzení.The device is designed symmetrically also from the transducer point of view, so that the stationary electrodes §g and the movable electrode g form a double-acting electrostatic transducer which, at low distortion values, achieves greater force per unit area and hence greater acoustic pressure in cavities 4 ag than single acting excitation.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Apparatus for the absolute pressure calibration of acoustic pressure sensors, in particular in the region of infrared frequencies, formed by a hollow body with a movable electrode below which a first stationary electrode is provided and a cavity below the first stationary electrode is closed by a first piston, 1), a second stationary electrode (8) is provided and the cavity (4) above said second stationary electrode (8) is closed by a second piston (6) housing a second calibrated sensor (12), the first calibrated sensor (13) being disposed in the first piston (7).