DE4017151C2 - Meßsonde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßsonde mit einem akustischen Meßgrößenumwandler in Form eines Mikrophons, das in einem Hohlraum der Meßsonde ange­ ordnet ist. Mit dem Hohlraum sind eine Sondenröhre und ein Impedanzanpassungsrohr verbunden.

Mit der Meßsonde soll der Schalldruck an einem Punkt, bei­ spielsweise in einer sehr heißen Umgebung gemessen werden. Ein Sondenrohr in Verbindung mit einer Mikrophonkapsel gibt aber einige unerwünschte Resonanzen. Man hat versucht dieses Problem durch ein fast unendliches Rohr zu lösen, das mit einem mit einem Hohlraum und einer Mikrophonkapsel in Ver­ bindung stehenden Verzweigungsrohr verbunden ist. Dadurch werden unerwünschte Resonanzen in einem Teil des Frequenzbe­ reiches reduziert. Die Mikrophonkapsel mit zugehöriger An­ kupplung ist aber eine unerwünschte Belastung besonders bei hohen Frequenzen.

Aus der DD-143 824 ist eine Lärmpegelüberwachungsanlage be­ kannt, bei der der zu erfassende Schall über Leitrohre zu Mikrophonen geführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßsonde mit einer gleichmäßigen Übertragungscharakteristik zu schaffen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanpruchs 1 ge­ löst. Die weiteren Patentansprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Meßsonde.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Meßsonde mit Mikrophon gemäß der Erfindung,

Fig. 2 den oberen Teil des Sonden-Mikrophons im größeren Maßstab,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der zugehörigen Impedanzanpassungsrohre, und

Fig. 4 die Frequenzcharakteristik der Meßsonde.

Fig. 2 zeigt eine Meßsonde mit einem Sondenrohr 1. Das Sondenrohr 1 weist einen Innendurchmesser von etwa 3,1 mm und eine Länge von etwa 174 mm auf. Das Sonden­ rohr 1 erstreckt sich bis zu einem kreisförmigen Hohlraum 2 vor der Membran 3 eines Kondensator-Mikrophons. Der Hohlraum ist etwa 25,5 mm³. Der Durchmesser des Hohlraums 2 ist etwa 9,3 mm. Unter der Membran 3 ist eine kegelstumpf­ förmige Gegenelektrode 4 ersichtlich. Von dem Hohlraum 2 gehen vier Kanale 5, 5' aus, von denen nur zwei Kanäle ersichtlich sind. Diese Kanäle 5, 5' setzen sich in ihr je­ weiliges Rohr 6, 6' fort. Rohre 6, 6' weisen eine Länge von 2480 mm, 2790 mm, 3160 mm beziehungsweise 3225 mm auf. Die Rohre 6, 6' sind mit demselben Winkelabstand im Verhältnis zu dem Hohlraum angeordnet. Der Innendurchmesser der Rohre ist etwa 1,55 mm, abgesehen von der Stelle wo die Rohre 6, 6' in den Hohlraum 2 münden. Dort sind zwei kleine Löcher zur Erreichung einer bessseren Anpassung vorgesehen. Die erwähnten Impedanzanpassungsrohre 6, 6' erstrecken sich durch einen massiven Körper 7 zu einigen waagerechten Kanälen 5, 5' im oberen Körper 8. Die Im­ pedanzanpassungsrohre 6, 6' sind aufgewickelt und ein­ gekapselt wie in Fig. 3 gezeigt.

Das Kondensator-Mikrophon enthält, wie früher erwähnt, eine kegelstumpfförmige Gegenelektrode 4, die in einem Hohlraum hinter der Membran 3 angeordnet ist. Die Gegenelektrode 4 ist an einem nicht gezeigten Isolator befestigt. Das Mikrophongehäuse stellt eine weitere Elektrode dar. Der Rest des Mikrophonkörpers (die Mikrophonkapsel) ist unter der kegelstumpfförmige Gegenelektrode 4 ersichtlich. Am Boden der Kapsel ist ein Schalter vorgesehen, der mit einem Vorverstärker 9 in Verbindung steht, der in der Spule von aufgewickelten Anpassungsrohren 6, 6' angeordnet ist.

Fig. 1 zeigt die ganze Meßsonde. Ein Windschirm 10 ist ganz oben ersichtlich. Der Windschirm 10 besteht aus Schaummaterial mit offenen Poren. Dieses Material ist für Schall transparent. Das Messen des Windgeräusches, das um ein freistehendes Mikrophon entstehen kann, ist nicht interessant. Der Windschirm 10 reduziert den Luftstrohm und dadurch das windinduzierte Geräusch. Das Sondenrohr 1 erstreckt sich bis zum Mikrophon hinunter, wo das Signal dem Vorverstärker 9 abgegeben wird. Eine elektrische Spannung wird für das elektrische Kalibrieren des Systems verwendet.

Der Meßkörper selbst beeinflußt das zu messende Feld. Man ist daran interessiert, das Feld ohne die Anwesenheit des Mikrophons zu messen, da das Mikrophon das Feld beein­ flußt. Auch beim Sondensystem besteht eine Übertragungs­ charakteristik, die von einer flachen Übertragungscharak­ teristik abweicht, was auch das System beeinflußt. Die Frequenzcharakteristik der Mikrophonkapsel ist auch nicht ganz flach. All diese Verhältnisse werden in einem Filter 11 ausgeglichen. Eine Kabeltreibvorrichtung schafft eine Anpassung zur Erreichung einer niedrigen Ausgangsimpedanz, so daß verhältnismäßig lange Kabel gezogen werden können. Der ganze Behälter ist eingekapselt und wird aus Rücksicht auf die Betriebszuverlässigkeit mittels eines Entfeuchters 12 trocken gehalten. Es wird angegeben, wenn der Ent­ feuchter 12 erschöpft ist.

Das Mikrophon selbst ist auf einem Ständer oder einem Mast angeordnet. Ein Mast wird aufgerichtet, und eine Schraubkappe wird an der Spitze des Mastes festgeschraubt, so daß die ganze Mikrophoneinheit ein Teil des Mastes wird, wobei das Schallfeld mindestmöglichst gestört wird. Das Mikrophon kann auch auf einem dreibeinigen Photostativ angeordnet werden. Zur Befestigung auf dem Photostativ muß ein besonderes Zwischenstück eingerichtet werden.

Am besten wäre, man könnte mit einem bekannten Schalldruck kalibrieren, so daß man untersuchen kann, ob das Mikrophon auf die richtige reise reagiert. Man kann aber nicht einen Schallgeber machen, der ausreichend gut ist. Die Probeschallquelle 13 dient zum Abgeben eines einiger­ maßen bekannten Schalls um zu untersuchen, ob Schalldurch­ gang im System besteht.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Freifeldfrequenzcharak­ teristik der in Fig. 1 gezeigten Meßsonde.

Die Kurve ist fast flach im Bereich 20-15 kHz. Die Anwen­ dung von mehreren kleinen Anpassungsrohren verschiedener Längen verbessert besonders die Frequenzcharakteristik in dem Bereich unter 5 kHz. Dort, wo das Mikrophon ver­ bunden ist, besteht keine Impedanz, die völlig der Impedanz des Sondenrohrs 1 entspricht. Eine Diskontinuität besteht daher, die Reflexionen bei hoheren Frequenzen mit sich führt. Die Schwingungen der Charakteristik bei den hohen Frequenzen sind aber verhältnismäßig klein, was auf die Ausbildung des Hohlraums zurückzuführen ist, da eine Strömung durch den Hohlraum 2 geführt wird, wobei der Hohlraum ein Teil des Rohrs ist. So werden die uner­ wünschten Reflexionen bei hohen Frequenzen reduziert.

Das Kondensator-Mikrophon läßt sich gegebenenfalls durch ein anderes druckmessendes Mikrophon, bei­ spielsweise basierend auf einem keramischen Körper, er­ setzen.

Claims (8)

1. Ein Mikrophon enthaltende Meßsonde mit einem das Mikrophon aufnehmenden Hohlraum (2), der mit einem Sondenrohr (1) und mit mehreren kleinen Rohren (6, 6') zur Impedanzanpassung verbunden ist, wobei die Querschnittfläche des Sondenrohrs (1) zumindest angenähert gleich der Summe der Querschnittsflächen der kleinen Rohre (6, 6') ist.

2. Meßsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinen Rohre (6, 6') verschiedene Längen derart aufweisen, daß sich die stehenden Wellen in ihnen einander ausgleichen.

3. Meßsonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinen Rohre (6, 6') um einen gemeinsamen Kern (9) gewickelt sind.

4. Meßsonde nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sondenrohr (1) einen Innendurchmesser von etwa 3,1 mm aufweist.

5. Meßsonde nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier kleine Rohre (6, 6') vorgesehen sind, die je einen Innendurchmesser von etwa 1,5 mm aufweisen.

6. Meßsonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinen Rohre (6, 6') eine Länge von 2980, 2790, 3160 bzw. 3525 mm aufweisen.

7. Meßsonde nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2) einen kreisrunden Querschnitt und einen Durchmesser von etwa 9,3 mm aufweist.

8. Meßsonde nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Hohlraums (2) etwa 25,5 mm³ beträgt.