PL172026B1 - Układ sygnalizatora akustycznego o poziomie emisji dźwięku zależnym od poziomu hałasu - Google Patents

Abstract

Układ sygnalizatora akustycznego o poziomie emisji dźwięku zależnymodpoziconu hałasu, zaopatrzonywpiiezelektryczny przetwornik sterowany akustycznym generatorem połączonym ze sterującym go układemtaktującym, znamienny tym, ze piezoelektryczny przetwornik (1) jestjednocześnie połączony, poprzez diodowy dwójnik (2), z wyjściem zespołu (3) wzmacniacza akustycznego generatora (5) oraz, poprzez tłumiący rezystor (6), węzłem utworzonym z połączenia neodwracającego wejścia operacyjnego wzmacniacza (7) bloku (8) wzmocnienia sygnału hałasu z rezystorem (9) oraz z drugim chodowym dwójnikiem(10), którypodobniejakrezystor(9) ma drugi zacisk połączony z masą układu, przy czym wyjście operacyjnegowzmacniacza (7) bloku (8) wzmocnienia sygnału hałasujestpełądzone, poprzezcz^artyrezystor(19)iszeregowo z nim połączoną czwartą diodę (20), z kondensatorem (21) omawianegobloku (8) połączonymrównież, poprzezpiątyrezystor (22), z rezystancyjnym dżiełnikiiem (23) napięcia oraz z neodwracającym wejściem operacyjnego wzmacniacza (2U) zespołu (3)wzmacniacza akustycznego generatora (5), podczas gdyodwracającewejścieoperacyjnegowzmacniacza(7) bloku(8) wzmocnienia sygnału hałasujestjednocześnie połączone poprzez trzec rezystor (12), z wejściem nieedwracąjądym tego wzmacniacza (7) i, poprzez czasowy układ (13), z masą całego układu, a także, poprzez drugą diodę (1U), z wyjściemtaktującego układu(16), które, poprzeztrzeciądiodę (17F),jestpołączone z odwracającym wejściem operacyjnego wzmacniacza (18) akustycznegogeneratora (5), któregowyjście, poprzez diodę (U), jest z odwracającymwejściemoperacyjnegowzmacniacza (2U) zespołu (3) wzmacniacza akustycznego generatora (5)

Description

Przedmiotem wynalazkujest układ sygnalizatora akustycznego o poziomie emisji dźwięku zależnym od poziomu hałasu, przeznaczony do stosowania dla akustycznej sygnalizacji osobom niewidomym zielonych świateł na przejściach ulicznych.

Sygnalizatory akustyczne do współpracy ze świetlną sygnalizacją uliczną są usytuowane na elementach wsporczych sygnalizacji świetlnej lub we wspólnych obudowach z sygnalizacją świetlną, co oznacza bardzo trudne warunki eksploatacji, spowodowane szerokim zakresem zmian temperaturowych, od -30°C do +80°C, przy zakresach zmian wilgotności do 95% wilgotności. Takie warunki pracy powodują wysoki stopień zawodności, szczególnie elementu wykonawczego w postaci głośnika lub membranowego sygnalizatora klaksonowego.

Ze zgłoszenia patentowego P 292517 jest znanym układ ulicznego sygnalizatora akustycznego dla niewidomych zawierający układ kluczujący połączony z układem generatora sterującym przetwornikiem akustycznym w postaci piezoelektrycznego, miniaturowego przetwornika. Jest on połączony z całkowitym uzwojeniem autotransformatora, którego część uzwojenia jest z jednej strony połączona z wyjściem separującego wzmacniacza, zaś z drugiej strony z wyjściem wzmacniacza prądu stałego z regulowanym wzmocnieniem. Wejście tego wzmacniacza prądu stałego jest połączone, poprzez układ prostownika z filtrem, z wyjściem iloczynującego wzmacniacza, którego nieodwracające wejście jest połączone, poprzez wstępny wzmacniacz, z drugim miniaturowym, piezoelektrycznym przetwornikiem stanowiącym czujnik poziomu hałasu ruchu ulicznego. Odwracające wejście iloczynującego wzmacniacza jest połączone z wyjściem kluczującego układu.

Rozwiązanie, według polskiego zgłoszenia patentowego P 292517, pozwala na uzyskanie sygnału akustycznego, proporcjonalnego do natężenia hałasu na danym przejściu ulicznym,

172 026 jednak mankamentami jego są: konieczność stosowania dwóch piezoelektrycznych przetworników, autotransformatora oraz rozbudowanego układu elektronicznego. Stanowi to istotną niedogodność zwazyw.szy na miejsce posadowienia tych układów - wewnątrz obudów sygnalizatorów świetlnych, a,także na problemy niezawodności i minimalizacji kosztów.

Układ sygnalizatora akustycznego o poziomie emisji dźwięku zależnym od poziomu hałasu, według wynalazku, zaopatrzony w piezoelektryczny przetwornik sterowany akustycznym generatorem połączonym ze sterującym go układem taktującym, charakteryzuje się tym, że piezoelektryczny przetwornik jest jednocześnie połączony, poprzez diodowy dwójnik, z wyjściem zespołu wzmacniacza akustycznego generatora oraz, poprzez tłumiący rezystor, z węzłem utworzonym z połączenia nieodwracającego wejścia operacyjnego wzmacniacza bloku wzmocnienia sygnału hałasu z rezystorem oraz z drugim diodowym dwójnikiem. Dwójnik ten, podobnie jak rezystor, ma drugi zacisk połączony z masą układu. Wyjście operacyjnego wzmacniacza bloku wzmocnienia sygnału hałasu jest połączone, poprzez czwarty rezystor i szeregowo z nim połączoną czwartą diodę, z kondensatorem omawianego bloku. Kondensator ten połączony jest również, poprzez piaty rezystor, z rezystancyjnym dzielnikiem napięcia oraz z nieodwracającym wejściem operacyjnego wzmacniacza zespołu wzmacniacza akustycznego generatora. Odwracające wejście operacyjnego wzmacniacza bloku wzmocnienia sygnału hałasu jest jednocześnie połączone poprzez trzeci rezystor, z wejściem nieodwracającym tego wzmacniacza i, poprzez czasowy układ, z masą całego układu, a także, poprzez drugą diodę, z wyjściem taktującego układu. Wyjście to, poprzez trzecią diodę, jest połączone z odwracającym wejściem operacyjnego wzmacniacza akustycznego generatora. Wyjście akustycznego generatora, poprzez diodę, jest połączone z odwracającym wejściem operacyjnego wzmacniacza zespołu wzmacniacza akustycznego generatora.

Rozwiązanie, według wynalazku, dzięki zaskakującej prostocie konstrukcji, jest praktycznie realizowane na czterech prostych wzmacniaczach operacyjnych stanowiących jeden typowy mikroukład scalony. Wykorzystuje ono tylkojeden przetwornik piezoelektryczny, który pełni zarówno rolę źródła emitowanego sygnału akustycznego jak i czujnika pomiaru natężenia hałasu w obszarze sygnalizatora świetlnego, ulicznego sygnalizatora. Rozwiązanie, według wynalazku, umożliwia emisję przez przetwornik piezoelektryczny czystego dźwięku o natężeniu proporcjonalnym do poziomu hałasu.

Wynalazek jest bliżej objaśniony na przykładzie wykonania za pomocą rysunku, który przedstawia schemat połączeń elektrycznych.

Układ sygnalizatora akustycznego o poziomie emisji dźwięku zależnym od poziomu hałasu ma akustyczny piezoelektryczny przetwornik 1, którego jeden zacisk jest połączony, poprzez diodowy dwójnik 2, z wyjściem zespołu 3 wzmacniacza, którego wejście, poprzez diodę 4, jest połączone z wyjściem akustycznego generatora 5. Wymieniony zacisk piezoelektrycznego przetwornika 1 jestjednocześnie połączony, poprzez tłumiący rezystor 6, z węzłem utworzonym' z połączenia nieodwracającego wejścia operacyjnego wzmacniacza 7 bloku 8 wzmocnienia sygnału hałasu z pierwszym rezystorem 2 oraz z drugim diodowym dwójnikiem 10. Drugi zacisk pierwszego rezystora 9, drugiego diodowego dwójnika 10 i piezoelektrycznego przetwornika 1 są połączone z masą całego układu. Wyjście operacyjnego wzmacniacza 7 bloku 8 wzmocnienia sygnału hałasu jest połączone, poprzez drugi rezystor 11, z jego odwracającym wejściem. Odwracające wejście wzmacniacza 7 jest jednocześnie połączone, poprzez trzeci rezystor 12, z nieodwracającym wejściem tego wzmacniacza 7 i, poprzez czasowy układ 13, z masą całego układu, a ponadto, poprzez drugą diodę 14, z wyjściem operacyjnym wzmacniacza 15 taktującego układu 16. Wyjście to jest ponadto połączone, poprzez diodę 17, z odwracającym wejściem operacyjnego wzmacniacza 18 akustycznego generatora 5. Wyjście operacyjnego wzmacniacza 7 bloku 8 wzmocnienia sygnału hałasu jest również połączone, poprzez czwarty rezystor 19 i szeregowo z nim połączoną czwartą diodę 20, z elektrolitycznym kondensatorem 21. Jest on jednocześnie połączony, poprzez piąty rezystor 22, z rezystancyjnym dzielnikiem 23 napięcia oraz bezpośrednio z nieodwracającym wejściem operacyjnego wzmacniacza 24 zespołu 3 wzmacniacza akustycznego generatora 5. Wyjście operacyjnego wzmacniacza 18 akustycznego generatora 5 jest połączone, poprzez diodę 4, z odwracającym wejściem operacyjnego wzmacniacza 24 zespołu 3 wzmacniacza akustycznego generatora 5.

172 026

Działanie układu, według wynalazku, przebiega następująco. Akustyczny generator 5 wytwarza sygnał częstotliwości akustycznej, który poprzez zespół 3 wzmacniacza tego sygnału i diodowy dwójnik 2 steruje akustycznym, piezoelektrycznym przetwornikiem 1. Sprzężenie taktującego układu 16 z wyjściem odwracającym operacyjnego wzmacniacza 18 generatora 5 przez trzecią diodę 17 powoduje, że na wyjściu generatora 5 na przemian pojawia się ciąg impulsów o częstotliwości akustycznej z poziomem wysokim lub niskim stosownie do stanu wysokiego i niskiego przebiegu taktującego wytwarzanego przez taktujący układ 16. Amplituda sygnału częstotliwości akustycznej na wyjściu operacyjnego wzmacniacza 24 zespołu 3 wzmacniacza generatora 3 zależna jest od wartości napięcia regulacyjnego podawanego z kondensatora 21 na nieodwracające wejście tego operacyjnego wzmacniacza 24.

W czasie sterowania piezoelektrycznego akustycznego przetwornika 1 z wyjścia zespołu 3 wzmacniacza generatora 5, poprzez pierwszy diodowy dwójnik 2, wymieniony przetwornik 1 jest tłumiony niską rezystancją tłumiącego rezystora 6 w obwodzie zamkniętym drugim diodowym dwójnikiem 10.

Tłumiący rezystor 6 jest tak dobrany, aby podczas sterowania przetwornika 1 przebiegiem prostokątnym o częstotliwości akustycznej nie będącej dokładnie częstotliwością rezonansową przetwornika 1, nie dopuścić do generacji harmonicznych będących w dysonansie z sygnałem częstotliwości akustycznej. Stosunkowo niska wartość tłumiącego rezystora 6 skutecznie tłumi również drgania gasnące przetwornika 1 po zaniku sygnału sterującego z wyjścia operacyjnego wzmacniacza 24 zespołu 3 wzmacniacza sygnału generatora 5 i nadejściu fazy odbioru sygnału hałasu przez przetwornik 1.

Przy odbiorze sygnału hałasu przetwornik 1 tłumiony jest dużą rezystancją pierwszego rezystora 9 i trzeciego rezystora 12, co poszerza pasmo pracy przetwornika 1. Przy poziomie 3 dB odbierany jest sygnał hałasu o częstotliwości od 5 kHz do 15 kHz. Przetwornik 1 dla niskiego poziomu sygnału hałasu separowany jest przez diodowy dwójnik 2 od niskiej rezystancji w stanie zera na wyjściu operacyjnego wzmacniacza 24 zespołu 3 wzmacniacza sygnału generatora 5, zaś przez drugi diodowy dwójnik 10 od poziomu zera.

Aby operacyjny wzmacniacz 7 bloku 8 wzmocnienia sygnału hałasu nie przenosił sygnału częstotliwości akustycznej w czasie emisji dźwięku przez przetwornik 1, jest on strobowany na wejściu odwracającym sygnałem częstotliwości trwania i przerwy generowanym przez operacyjny wzmacniacz 15 taktującego układu 16. Jeżeli na wyjściu operacyjnego wzmacniacza 15 jest wysoki poziom, co odpowiada fazie generowania dźwięku, poziom ten, poprzez druga diodę 14, polaryzuje dodatnio wejście odwracające i nieodwracające operacyjnego wzmacniacza 7, co powoduje jego zatkanie. Jeżeli na wyjściu operacyjnego wzmacniacza 15 następuje przejście w stan niski, wejście odwracające operacyjnego wzmacniacza 7 przechodzi do poziomu niskiego, ze stałą czasową określoną rezystancją szóstego rezystora 25 i pojemności drugiego kondensatora 26. Czas ten jest niezbędny, aby podczas zanikających oscylacji rezonansowych przetwornika 1, występujących w fazie emisji dźwięku, a osiągających amplitudę o maksymalnej wartości wyznaczonej drugim diodowym dwójnikiem 10, wejścia odwracające i nieodwracające operacyjnego wzmacniacza 7 w stosunku do masy układu były spolaryzowane dodatnio. Po rozładowaniu drugiego kondensatora 26 operacyjny wzmacniacz 7 przenosi sygnał hałasu ze współczynnikiem wzmocnienia określonym rezystancjami siódmego rezystora 27 i drugiego rezystora 11.

Jeżeli poziom sygnału hałasu odebranego przez przetwornik 1, a wzmocniony operacyjnym wzmacniaczem 7, jest mniejszy od poziomu napięcia rezystancyjnego dzielnika 23 podawanego poprzez piąty rezystor 22 na nieodwracające wejście operacyjnego wzmacniacza 24 zespołu 3 wzmocnienia, przetwornik 1 w nadchodzącej fazie emisji dźwięku będzie sterowany niską amplitudą sygnału akustycznego. Stan taki odpowiada przykładowo nocnej porze.

Jeżeli amplituda wzmocnionych częstotliwości hałasu na wyjściu operacyjnego wzmacniacza 7 przekroczy wartość napięcia z rezystancyjnego dzielnika 23 następuje, poprzez czwartą diodę 20 i czwarty rezystor 19, doładowanie kondensatora 21 i podwyższenie wartości napięcia regulacyjnego na wejściu nieodwracającym operacyjnego wzmacniacza 24. Wpływa to na powiększenie amplitudy sygnału częstotliwości akustycznej na wyjściu tego wzmacniacza 24, a tym samym na wzrost poziomu sygnału akustycznego emitowanego przez przetwornik 1. Stała

172 026 czasowa wyznaczona pojemnością kondensatora 21 i piątego rezystora 22 jest tak dobrana, że poziom dźwięku w fazie emisji zmniejsza się o mniej niż 3 dB.

172 026

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Układ sygnalizatora akustycznego o poziomie emisji dźwięku zależnym od poziomu hałasu, zaopatrzony w piezoelektryczny przetwornik sterowany akustycznym generatorem połączonym ze sterującym go układem taktującym, znamienny tym, że piezoelektryczny przetwornik (1) jest jednocześnie połączony, poprzez diodowy dwójnik (2), z wyjściem zespołu (3) wzmacniacza akustycznego generatora (5) oraz, poprzez tłumiący rezystor (6), węzłem utworzonym z połączenia nieodwracającego wejścia operacyjnego wzmacniacza (7) bloku (8) wzmocnienia sygnału hałasu z rezystorem (9) oraz z drugim diodowym dwójnikiem (10), który podobnie jak rezystor (9) ma drugi zacisk połączony z masą układu, przy czym wyjście operacyjnego wzmacniacza (7) bloku (8) wzmocnienia sygnału hałasu jest połączone, poprzez czwarty rezystor (19) i szeregowo z nim połączoną czwartą diodę (20), z kondensatorem (21) omawianego bloku (8) połączonym również, poprzez piąty rezystor (22), z rezystancyjnym dzielnikiem (23) napięcia oraz z nieodwracającym wejściem operacyjnego wzmacniacza (24) zespołu (3) wzmacniacza akustycznego generatora (5), podczas gdy odwracające wejście operacyjnego wzmacniacza (7) bloku (8) wzmocnienia sygnału hałasu jest jednocześnie połączone poprzez trzeci rezystor (12), z wejściem nieodwracającym tego wzmacniacza (7) i, poprzez czasowy układ (13), z masą całego układu, a także, poprzez drugą diodę (14), z wyjściem taktującego układu (16), które, poprzez trzecią diodę (17), jest połączone z odwracającym wejściem operacyjnego wzmacniacza (18) akustycznego generatora (5), którego wyjście, poprzez diodę (4), jest połączone z odwracającym wejściem operacyjnego wzmacniacza (24) zespołu (3) wzmacniacza akustycznego generatora (5).