DD236170C2 - Anordnung zur messung geringer atmosphaerischer druckvariationen - Google Patents

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung geringer atmosphärischer Druckvariationen mit Umsetzung der Meßgroße in em fur die Fernregistrierung und Weiterverarbeitung geeignetes elektrisches Signal Der Einsatz der Meßanordnung ist möglich und zweckmäßig fur die Erfassung und Auswertung von atmosphärischen Druckschwankungen sehr geringer Amplitude und großer Periodendauer, wie sie ζ B in der Meteorologie als sog Schwerewellen mit Druckamplituden im Bereich von 1 Pa bis 100Pa und Penodendauern von wenigen Minuten bis zu Stunden gemessen werden. Die Auswertung dieser Messungen fuhrt zur Verbesserung der Modellvorstellungen über dynamische Prozesse in der Atmosphäre. Ein weiteres Anwendungsgebiet kann der Einsatz der Meßanordnung zur Erfassung akustischer Signale im unteren Infraschallbereich sein. Bei entsprechender Auslegung der Meßanordnung können Schallwellen gemessen werden, die von sehr starken Quellen abgestrahlt werden und durch die fur den Infraschall gegenüber dem hörbaren Schall wesentlich geringere Dampfung über sehr weite Entfernungen registriert werden können

Charakteristik der bekannten Losungen

Zur Messung geringer atmosphärischer Druckvariationen sind verschiedene Meßanordnungen bekannt Ein Teil dieser Meßanordnungen werden entsprechend ihrem Einsatzgebiet in der Meteorologie als Mikrobarografen bezeichnet Zur Meßwertumsetzung werden verschiedene Verfahren eingesetzt, wie Messung einer Membrandurchbiegung, Messung von Flussigkeitsniveaus in gebogenen Rohren, mit mechanischer, mechanisch-elektrischer oder optisch-elektrischer Meßwertabfrage Bekannt sind ebenfalls Meßanordnungen, die ein Kondensatormikrofon als Meßwertwandler einsetzen, wie das Mikrofon-Trager-System Typ 2631 der danischen Firma Bruel und Kjaer. Nachteil der bekannten Losungen ist, daß sie nicht gleichzeitig alle Anforderungen an Meßempfindhchkeit, Frequenzbereich, Langzeitstabihtat und Wartungsfreiheit erfüllen und daß der Realisierungsaufwand gegenüber der der Erfindung zugrunde liegenden Losung großer ist

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Messung geringer atmosphärischer Druckvariationen zu realisieren, wie sie bei bestimmten meteorologischen Situationen als Wellenvorgange in der unteren Erdatmosphäre auftreten

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung zu entwickeln, die über längere Zeiträume eine kontinuierliche Messung geringer atmosphärischer Druckvariationen ermöglicht, ohne die Messung durch Nachgleich- oder Eichvorgange zu unterbrechen oder zu beeinflussen, deren Empfindhchkeitsgrenze eine Auflosung der in der Atmosphäre vorhandenen Wellenvorgange mit Wechseldrucken von 1 bis 10²Pa und Penodendauern von 10 bis 10³ Sekunden ohne Meßbereichsumschaltungen ermöglicht, in der die Druckvariationen in fur Fernregistrierung und fur meßwertproportionale Aufzeichnung geeignete elektrische Signale gewandelt werden, und bei der durch eine geringe Anzahl an erforderlichen Baugruppen der Realisierungsaufwand klein gehalten und die Ausfuhrung als transportables Meßgerat volumen- und gewichtsgunstig gestaltet werden kann

Erfmdungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelost, daß ein Kondensatormikrofon als Meßfühler mit seiner Membran an die zu messende Atmosphäre angeschlossen ist Der Innenraum dieses Mikrofons ist nach außen luftdicht und elektrisch isoliert über ein Verbindungsrohr mit einem Zusatzgefaß verbunden, dessen Volumen wesentlich großer als das Innenvolumen des Mikrofons ist Das Zusatzgefaß ist über ein Nadelventil, das auch durch eine Kapillare ersetzt werden kann, mit der Außenatmosphare verbunden Elektrisch ist das Meßmikrofon als Schwingkreiskapazitat an eine Oszillatorschaltung angeschlossen Ein zweites typengleiches Mikrofon mit einem direkt mit der Außenatmosphare verbundenen Innenvolumen ist elektrisch an eine zweite identische Oszillatorschaltung angeschlossen Beide Oszillatoren sind mit einer nachfolgenden Mischschaltung verbunden Der Mischschaltung folgt über einen Tiefpaßverstarker eine Demodulatorschaltung nach, an deren Ausgang das elektrische Meßsignal zur Verfugung steht

Beim Auftreten geringer atmosphärischer Druckvariationen wirkt die Druckdifferenz zwischen Außendruck und Innendruck auf die Membran des Meßmikrofons und bewirkt eine Variation der elektrischen Kapazität des Kondensatormikrofons Der Druckausgleich des Innenvolumens des Mikrofons mit der Außenatmosphare erfolgt über das wesentlich größere Zusatzgefaßvolumen und das Nadelventil mit einer großen Zeitkonstante Das Meßmikrofon ist als frequenzbestimmende Kapazität in einer elektronischen Oszillatorschaltung angeschlossen, in der die durch Druckvanationen bewirkten Kapazitatsanderungen des Kondensatormikrofons Variationen der Oszillatorfrequenz hervorrufen Ein zweites typengleiches Mikrofon mit einer direkten Verbindung des Innenvolumens mit der Atmosphäre erzeugt in einer identischen Oszillatorschaltung ein Referenzsignal, dessen Frequenz fur die Messung der Frequenzvanationen des Meßoszillators genutzt wird Dazu werden die Ausgangsspannungen der beiden Oszillatoren in einer Mischschaltung miteinander verknüpft, von den entstehenden Mischprodukten wird die Spannung mit der Differenzfrequenz der beiden Oszillatoren in einem nachgeschalteten Tiefpaßverstarker herausgefiltert und verstärkt Die Variationen dieser Differenzfrequenz sind den zu messenden Druckvariationen proportional und werden in einer nachfolgenden Demodulatorschaltung in eine proportionale Ausgangsmeßspannung gewandelt

Ausfuhrungsbeispiel

Nachstehend soll die Erfindung an Hand der Fig 1 naher erläutert werden

Fig 1 zeigt das Blockschaltbild der Anordnung zur Messung geringer atmosphärischer Druckvariationen

Als Meßfühler ist das Kondensatormikrofon M1 eingesetzt, dessen Membran außen mit der zu messenden Atmosphäre verbunden ist An das Mikrofoninnenvolumen ist über ein Verbindungsrohr V ein wesentlich größeres Zusatzvolumen Z angeschlossen Der Druckausgleich dieses Gefaßsystems mit der Außenatmosphare erfolgt über ein Nadelventil N, das auch durch eine Kapillare ersetzt werden kann, mit einer sehr großen Zeitkonstanten Die bei atmosphärischen Druckvariationen an der Mikrofonmembran einwirkende Druckdifferenz bewirkt eine Auslenkung der Membran und damit eine Variation der elektrischen Kapazität zwischen Membran und Gegenelektrode Die Mikrofonkapazitat ist elektrisch als wesentlich frequenzbestimmende Kapazität an eine Oszillatorschaltung 01 angeschaltet, deren Ruhefrequenz durch die Variationen der Kapazität proportional zu den atmosphärischen Druckvariationen geändert wird Ein zweites typengleiches Kondensatormikrofon M 2, dessen Innenvolumen direkt mit der Außenatmosphare verbunden ist, ist elektrisch an eine identische Oszillatorschaltung 02 angeschlossen, die eine Referenzfrequenz zur Meßfrequenz der Oszillatorschaltung 01 erzeugt In der nachfolgenden Mischschaltung M werden die Ausgangsspannungen der beiden identischen Oszillatorschaltungen 01 und 02 miteinander verknüpft Ein daran angeschlossener Tiefpaßverstarker T filtert das Signal mit der Differenzfrequenz der beiden Oszillatoren heraus und verstärkt es fur die Demodulation in der ausgangsseitig nachfolgenden Demodulatorschaltung D Am Ausgang der Demodulatorschaltung D entsteht das den geringen atmosphärischen Druckvanationen proportionale elektrische Meßsignal Das Signal zwischen dem Tiefpaßverstarker T und dem Demodulator D enthalt die Meßgroße als Frequenzmodulation und ist damit besonders gut fur Fernübertragung zwischen Meßort und Weiterverarbeitung geeignet

Claims (1)

1. Anordnung zur Messung geringer atmosphärischer Druckvariationen unter Verwendung eines Kondensatormikrofons als Meßfühler zur Umsetzung der Druckvariationen in Kapazitätsänderungen, die in eine der Meßgröße proportionale elektrische Größe gewandelt werden, gekennzeichnet dadurch, daß

   — das Kondensatormikrofon (M 1) als Meßfühler mit seinem Innenvolumen nach außen luftdicht über ein Verbindungsrohr (V) elektrisch isoliert verbunden ist mit dem Zusatzgefäß (Z) mit einem gegenüber dem Innenvolumen des Mikrofons wesentlich größeren Innenvolumen,

   - dasZusatzgefaß (Z) über ein Nadelventil (N), das auch durch eine Kapillare ersetzt werden kann, mit der Außenatmosphare verbunden ist,

   - das Meßmikrofon (M 1) elektrisch als Schwingkreiskapazität an eine erste Oszillatorschaltung (01) angeschlossen ist,

   - ein zweites typengleiches Kondensatormikrofon (M 2) als Kompensationsglied mit seinem Innenvolumen direkt mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht und elektrisch als Schwingungskreiskapazität an eine zweite identische Oszillatorschaltung (02) angeschlossen ist,

   - die Ausgänge der Oszillatorschaltungen (01,02) mit einer nachfolgenden Mischschaltung (M) und der Ausgang der Mischschaltung über einen Tiefpaßverstarker (T) mit dem Eingang einer Demodulatorschaltung (D) verbunden sind, an deren Ausgang das elektrische Meßsignal ansteht.