RU132290U1

RU132290U1 - MICROPHONE SENSOR FOR REMOVING ACOUSTIC OSCILLATIONS FROM THE SURFACE OF A MONITORED OBJECT

Info

Publication number: RU132290U1
Application number: RU2013117519/28U
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Романов; Владимир Михайлович Смолянов; Алексей Викторович Журавлёв; Дмитрий Вячеславович Новосельцев; Алексей Ремович Будков; Андрей Николаевич Серебренников; Алексей Борисович Мальцев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Чистые технологии - СПб"
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2013-09-10

Abstract

1. Микрофонный датчик для снятия акустических колебаний с поверхности контролируемого объекта, содержащий электретный конденсаторный микрофон, блок питания и усилитель выходных сигналов, причем микрофон содержит корпус, микрофонный капсюль, в кольцевом пазу которого размещена электретная диафрагма, выполненная из высокополимерной пленки и воздушный канал связи, образованный между торцом корпуса и электретной диафрагмой, отличающийся тем, что в него введена внешняя мембрана, изолирующая канал связи с внешней средой, закрепленная на корпусе микрофона упругим элементом, причем соотношение площадей электретной диафрагмы и внешней мембраны выбраны из условия оптимальной чувствительности микрофона.2. Микрофонный датчик по п.1, отличающийся тем, что соотношение площадей электретной диафрагмы и внешней мембраны выбирают в пределах диапазона 1:(5-8).3. Микрофонный датчик по п.1, отличающийся тем, что контакт микрофона с поверхностью контролируемого объекта выполнен в виде полусферы, расположенной в центре внешней мембраны.1. A microphone sensor for taking acoustic vibrations from the surface of a monitored object, comprising an electret condenser microphone, a power supply unit and an amplifier for output signals, the microphone comprising a housing, a microphone capsule, in the annular groove of which is placed an electret diaphragm made of a high polymer film and an air communication channel, formed between the end face of the housing and the electret diaphragm, characterized in that an external membrane is inserted into it, isolating the communication channel with the external environment, fixed to the microphone housing with an elastic element, and the ratio of the areas of the electret diaphragm and the outer membrane is selected from the condition of optimal microphone sensitivity. 2. The microphone sensor according to claim 1, characterized in that the area ratio of the electret diaphragm and the outer membrane is selected within the range of 1: (5-8). The microphone sensor according to claim 1, characterized in that the contact of the microphone with the surface of the controlled object is made in the form of a hemisphere located in the center of the outer membrane.

Description

Полезная модель предназначена для снятия параметров акустических колебаний при неразрушающем контроле, основанном на возбуждении свободно затухающих упругих колебаний в контролируемом объекте или его части и последующем анализе параметров этих колебаний, и может быть использована в различных отраслях промышленности и испытательной технике.The utility model is intended for taking parameters of acoustic vibrations during non-destructive testing, based on the excitation of freely damped elastic vibrations in a controlled object or part thereof and subsequent analysis of the parameters of these vibrations, and can be used in various industries and testing equipment.

Преимуществами метода свободных колебаний перед другими низкочастотными методами являются возможность контроля изделий из материалов с малыми модулями Юнга и высокими коэффициентами затухания упругих колебаний (резины, пенопласта и т.п.) и обнаружение дефектов на большей глубине (до 30 мм в пластиках). Основными способами ударного возбуждения упругих колебаний в контролируемом изделии являются: механический (электромеханический), пьезоэлектрический, электромагнитно-акустический.The advantages of the free vibration method over other low-frequency methods are the ability to control products from materials with small Young moduli and high damping coefficients of elastic vibrations (rubber, foam, etc.) and the detection of defects at a greater depth (up to 30 mm in plastics). The main methods of shock excitation of elastic vibrations in a controlled product are: mechanical (electromechanical), piezoelectric, electromagnetic-acoustic.

Совершенствование экспериментальной техники отражается и на методах регистрации широкополосного акустического сигнала в исследуемой среде. Кроме контактных методов регистрации с помощью пьезоэлектрических преобразователей, микрофонов активно используются оптические методы детектирования объемных и поверхностных акустических волн - лазеры.Improvement of the experimental technique is also reflected in the methods for recording a broadband acoustic signal in the medium under study. In addition to contact detection methods using piezoelectric transducers and microphones, optical methods for detecting bulk and surface acoustic waves — lasers — are actively used.

Чаще всего съем акустической информации с поверхности диагностируемого объекта осуществляется с помощью контактных пьезодатчиков, имеющих относительно простую конструкцию, позволяющую легко разместить их на поверхности различных изделий.Most often, acoustic information is picked up from the surface of the diagnosed object using contact piezoelectric sensors, which have a relatively simple design that makes it easy to place them on the surface of various products.

Однако, они имеют ряд недостатков. Основными из них являются:However, they have several disadvantages. The main ones are:

- относительно узкая полоса рабочих частот, ограниченная в низкочастотной области;- a relatively narrow operating frequency band, limited in the low-frequency region;

- большая неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе рабочих частот, достигающая в отдельных случаях нескольких десятков дециБелл (дБ);- large non-uniformity of the amplitude-frequency characteristic (AFC) in the operating frequency band, which in some cases reaches several tens of decibels (dB);

- плохая повторяемость АЧХ при переустановке датчика. Это означает, что в случае снятия и последующей установке датчика даже на тот же самый объект результаты измерений АЧХ при первой и второй установке датчика могут существенно различаться, тем самым сильно снижая достоверность получаемой информации;- poor frequency response when reinstalling the sensor. This means that in the case of removal and subsequent installation of the sensor even on the same object, the results of frequency response measurements at the first and second installation of the sensor can differ significantly, thereby greatly reducing the reliability of the information received;

- необходимость тщательной зачистки поверхности контакта и применения иммерсионной жидкости.- the need for thorough cleaning of the contact surface and the use of immersion fluid.

Основным недостатком лазерных датчиков, используемых для регистрации упругих колебаний является сложность конструкции, требования к настройке оптической системы, сложность эксплуатации их и т.д.The main disadvantage of laser sensors used to register elastic vibrations is the complexity of the design, the requirements for tuning the optical system, the complexity of their operation, etc.

Например, диагностическая измерительная система (см. патент РФ №2141102, кл. G01D 5/353, опубл. 1997). содержит оптический контур с источником излучения оптического диапазона, выполненный в виде лазера непрерывного действия, конденсор из оптических призм и датчик возмущения, а также электрический контур преобразования светового излучения в информативные электрические сигналы с аналого-цифровым преобразователем и устройством регистрации, записи и воспроизведения измеряемых параметров. Система достаточно сложна в конструктивном отношении и обеспечивает измерение лишь статических параметров, что ограничивает область ее применения.For example, a diagnostic measuring system (see RF patent No. 2141102, class G01D 5/353, publ. 1997). contains an optical circuit with an optical range radiation source made in the form of a continuous-wave laser, a condenser from optical prisms and a disturbance sensor, as well as an electric circuit for converting light radiation into informative electric signals with an analog-to-digital converter and a device for recording, recording and reproducing measured parameters. The system is quite complex in terms of design and provides measurement of only static parameters, which limits its scope.

Микрофонные датчики, основным элементом которых является микрофон, для съема акустических упругих колебаний широко применяются в различных областях промышленности, т.к просты по конструкции, достаточно чувствительны и могут работать как при непосредственным контакте с диагностируемым изделием, так и бесконтактным способом - через воздушный зазор.Microphone sensors, the main element of which is a microphone, are widely used in various fields of industry for taking acoustic elastic vibrations, because they are simple in design, sensitive enough and can work both in direct contact with the diagnosed product and in a non-contact way through the air gap.

Микрофон-электроакустический прибор, преобразовывающий звуковые колебания в колебания электрического тока. Принцип работы микрофона заключается в том, что давление звуковых колебаний воздуха, воды или твердого вещества действует на тонкую мембрану микрофона. В свою очередь, колебания мембраны возбуждают электрические колебания; в зависимости от типа микрофона для этого используются явление электромагнитной индукции, изменение емкости конденсаторов или пьезоэлектрический эффект.A microphone is an electro-acoustic device that converts sound vibrations into vibrations of an electric current. The principle of operation of the microphone is that the pressure of sound vibrations of air, water or a solid substance acts on the thin membrane of the microphone. In turn, vibrations of the membrane excite electrical vibrations; Depending on the type of microphone, the phenomenon of electromagnetic induction, a change in the capacitance of the capacitors or the piezoelectric effect are used for this.

К преимуществам микрофонных датчиков можно отнести их высокую чувствительность, достаточно широкую полосу частот при небольшой неравномерности амплитудно-частотной характеристики в рабочем диапазоне частот.The advantages of microphone sensors include their high sensitivity, a fairly wide frequency band with a slight unevenness in the amplitude-frequency characteristics in the operating frequency range.

Известны серийно выпускаемые дефектоскопы, реализующие ударно-акустический метод, например, АД - 60С и др., в которых производят периодическое нанесение механических ударов по поверхности контролируемого изделия, с последующим анализом реакции изделия на эти удары, причем удары наносятся свободно падающим ударником, изготовленным из ферромагнитного материала, а в момент отскока на него воздействуют строго дозированным электромагнитным импульсом, придающим ударнику дополнительное ускорение вверх и компенсирующим потери энергии при ударе, обусловленные затратами энергии на создание в изделии и окружающем пространстве упругих акустических волн (внутреннее трение) и пластическую деформацию поверхностных слоев соударяющихся тел, причем величину этих потерь определяют путем измерения периода установившихся колебаний ударника или амплитуды этих колебаний (Патент РФ №2168722 опубликован 20.05.2000 г.).Known commercially available flaw detectors that implement the acoustic shock method, for example, AD - 60C and others, in which they periodically apply mechanical impacts on the surface of a controlled product, followed by an analysis of the product's reaction to these impacts, and impacts are applied by a freely falling impactor made of ferromagnetic material, and at the moment of rebound, it is affected by a strictly dosed electromagnetic pulse, which gives the striker additional acceleration upwards and compensates for the energy loss during impact due to energy costs for creating elastic acoustic waves (internal friction) in the product and the surrounding space and plastic deformation of the surface layers of the colliding bodies, the magnitude of these losses being determined by measuring the period of steady-state vibrations of the impactor or the amplitude of these vibrations (RF Patent No. 2168722 published 20.05. 2000).

Преимуществом известного способа является отсутствие необходимости предварительной обработки поверхности контролируемого объекта, применения контактного материала, но экспериментальные исследования, проведенные авторами и другими исследователями, показали, что, даже при более совершенном методе спектрального анализа сигнала и его дальнейшей обработки численными методами с помощью ЭВМ, чувствительность и локальность контроля остаются недостаточно высокими.The advantage of the known method is the absence of the need for preliminary processing of the surface of the controlled object, the use of contact material, but experimental studies conducted by the authors and other researchers have shown that, even with a more advanced method of spectral analysis of the signal and its further processing by numerical methods using a computer, the sensitivity and locality of control remains not high enough.

Это можно объяснить тем, что акустический сигнал, воспринимаемый микрофоном, возбуждается не только той точкой поверхности изделия, по которой наносится удар, а практически всей поверхностью контролируемого изделия, по которому упругие волны распространяются с гораздо большей скоростью, чем по воздуху, и имеют весьма малое затухание, а, следовательно, и спектр этих колебаний зависит от свойств изделия (наличия дефекта соединения между слоями) не только непосредственно под точкой удара, но и в весьма широкой области вокруг нее. (Для подтверждения этого можно привести весьма распространенный способ обнаружения трещин в стеклянной, фарфоровой и фаянсовой посуде "на звук" при постукивании по ней в любой точке, а не обязательно в зоне нахождения этой трещины). Кроме того, звук издает и сам ударник, и вибрирующие при ударах элементы конструкции всего первичного преобразователя, создавая дополнительную помеху, ухудшающую чувствительность. Следует ожидать, что в цеховых условиях при автоматизации распознавания дефектов чувствительность еще больше снизится из-за наличия внешних акустических шумов, которые в цехе могут достигать интенсивностей, сравнимых или даже превосходящих полезный акустический сигнал.This can be explained by the fact that the acoustic signal perceived by the microphone is excited not only by that point on the surface of the product that is hit, but practically by the entire surface of the controlled product, along which elastic waves propagate at a much greater speed than through air, and have a very small the damping, and, consequently, the spectrum of these oscillations depends on the properties of the product (the presence of a defect in the connection between the layers) not only directly below the point of impact, but also in a very wide area around it. (To confirm this, a very common way of detecting cracks in glass, porcelain and earthenware "by sound" when tapping it at any point, and not necessarily in the area where this crack is located) can be given. In addition, the sound is produced both by the drummer and the structural elements of the entire primary transducer vibrating during impacts, creating additional interference that impairs sensitivity. It should be expected that under workshop conditions, when automating recognition of defects, the sensitivity will be further reduced due to the presence of external acoustic noise, which in the workshop can reach intensities comparable to or even exceeding a useful acoustic signal.

Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является система электретного конденсаторного микрофона, защищенная патентом РФ №2310294, опубликованный 10.11.2007 г., которая предназначена для преобразования акустических колебаний в электрические в системах охранной тревожной сигнализации, устройствах мобильной связи, слуховых аппаратах и устройствах прослушивания.The closest technical solution to the claimed utility model is the electret condenser microphone system, protected by RF patent No. 2310294, published November 10, 2007, which is designed to convert acoustic vibrations into electrical ones in burglar alarm systems, mobile communication devices, hearing aids and listening devices .

Система электретного конденсаторного микрофона содержит собственно микрофон выход, которого связан через нагрузочный резистор с единственным выходом импульсного модулятора, один выход которого соединен с одним из входов устройства выборки и хранения, а другой с источником питания (U пит.) Другой вход устройства соединен с выходом микрофона, а выход устройства с входом согласующего усилителя выход, которого является выходом системы.The electret condenser microphone system contains a microphone output itself, which is connected through a load resistor to a single output of a pulse modulator, one output of which is connected to one of the inputs of the sampling and storage device, and the other to a power source (U power). The other input of the device is connected to the microphone output , and the output of the device with the input of the matching amplifier output, which is the output of the system.

Конструкция электретного конденсаторного микрофона в описании не приведена, но есть ссылка на то, что она описана, в патенте ЕР 1096831 опубл. 02.05.2001 г) и содержит: корпус, диафрагму, сделанную из высокополимерной электретной пленки, которая прикреплена к кольцу неподвижного электрода (капсюль) задней поверхности корпуса микрофона, расположенного напротив диафрагмы; прокладки, помещенной между электродом задней поверхности и кольцом для создания пространства между диафрагмой и задним электродом; держателем заднего электрода; а также интегральной схемы, смонтированной на печатной плате.The design of the electret condenser microphone is not described in the description, but there is a link to what it is described in the patent EP 1096831 publ. 05/02/2001 g) and contains: a housing, a diaphragm made of a high-polymer electret film, which is attached to the ring of a stationary electrode (capsule) of the rear surface of the microphone housing, located opposite the diaphragm; gaskets placed between the rear surface electrode and the ring to create a space between the diaphragm and the rear electrode; holder for the rear electrode; as well as an integrated circuit mounted on a printed circuit board.

Достоинством электретных микрофонов являются: высокая чувствительность, малая неравномерность характеристики в диапазоне звуковых частот, высокая технологичность, обеспечивающая серийную воспроизводимость и низкую себестоимость, а также достаточно большой срок службы.The advantages of electret microphones are: high sensitivity, small non-uniformity of characteristics in the range of sound frequencies, high adaptability, ensuring serial reproducibility and low cost, as well as a sufficiently long service life.

Применение микрофонов других типов (например, пьезоэлектрических или керамических) ограничено большими массогабаритными параметрами, а также невысокой чувствительностью и большой неравномерностью характеристики в диапазоне звуковых частот.The use of other types of microphones (for example, piezoelectric or ceramic) is limited by large mass and size parameters, as well as low sensitivity and great non-uniformity of characteristics in the range of sound frequencies.

Принцип работы конденсаторного микрофона заключается в следующем. Капсюль микрофона представляет собой конденсатор, одна пластина которого неподвижна (массивный электрод), вторая - тонкая натянутая мембрана из металлизированной с внешней стороны высокополимерной пленки. На конденсатор подается постоянное поляризующее напряжение (обычно 48 В) через высокоомный резистор, наличие которого обеспечивает постоянство заряда на его обкладках. При падении звуковой волны на микрофон диафрагма начинает колебаться, при этом меняется расстояние между пластинами и меняется емкость конденсатора. При колебаниях диафрагмы происходит изменение емкости, пропорциональное величине смещения диафрагмы. Поскольку при изменении емкости конденсатора заряд сохраняется практически постоянным, то должно, соответственно, изменяться напряжение на нем. Из приведенных выражений следует, что переменная составляющая напряжения пропорциональна величине поляризующего напряжения, смещению диафрагмы и обратно пропорциональна величине расстояния между обкладками. Переменное напряжение, обусловленное колебаниями мембраны, через блокирующий (от проникновения постоянного поляризующего напряжения) конденсатор подается на пред-усилитель, который трансформирует высокое (емкостное) сопротивление капсюля к более низкому значению для согласования его с входным сопротивлением последующего микрофонного усилителя.The principle of operation of a condenser microphone is as follows. The microphone capsule is a condenser, one plate of which is stationary (massive electrode), the second is a thin stretched membrane made of a high-polymer film metallized from the outside. A constant polarizing voltage (usually 48 V) is supplied to the capacitor through a high-resistance resistor, the presence of which ensures a constant charge on its plates. When a sound wave falls on a microphone, the diaphragm begins to oscillate, while the distance between the plates changes and the capacitance of the capacitor changes. With oscillations of the diaphragm, a change in capacitance occurs, proportional to the magnitude of the displacement of the diaphragm. Since when the capacitance of the capacitor changes, the charge remains almost constant, then the voltage across it should accordingly change. From the above expressions it follows that the variable component of the voltage is proportional to the magnitude of the polarizing voltage, the displacement of the diaphragm and inversely proportional to the distance between the plates. An alternating voltage due to membrane vibrations is fed through a blocking capacitor (from the penetration of a constant polarizing voltage) to a pre-amplifier, which transforms the high (capacitive) resistance of the capsule to a lower value to match it with the input resistance of the subsequent microphone amplifier.

Однако традиционные электретные конденсаторные микрофоны имеют следующие недостатки: слабая защищенность открытого канала связи и диафрагмы микрофона от загрязнений и повреждений; недостаточная защищенность от внешних шумовых помех (сигналов пришедших на диафрагму микрофона не с поверхности объекта, а посторонних источников шума); неудовлетворительная переходная характеристика мембраны вследствие слабой демпфирующей способности воздушной среды открытого канала связи.However, traditional electret condenser microphones have the following disadvantages: poor protection of the open communication channel and the diaphragm of the microphone from contamination and damage; lack of protection from external noise interference (signals that came to the microphone diaphragm not from the surface of the object, but from extraneous noise sources); poor transient response of the membrane due to poor damping ability of the air of the open communication channel.

Технической задачей полезной модели является устранения недостатков традиционного электретного конденсаторного микрофона путем повышения помехозащищенности его от внешних шумов, улучшения переходной характеристики диафрагмы за счет обеспечения эффективного демпфирования ее и точечного съема акустических колебаний поверхности контролируемого объекта.The technical task of the utility model is to eliminate the shortcomings of a traditional electret condenser microphone by increasing its noise immunity from external noise, improving the transient response of the diaphragm by ensuring its effective damping and point pickup of acoustic vibrations of the surface of the controlled object.

Технический результат достигается за счет того, что микрофонный датчик, содержащий электретный конденсаторный микрофон, блок питания и усилитель выходных сигналов, причем микрофон содержит корпус, микрофонный капсюль, в кольцевом пазу которого размещена электретная диафрагма, выполненная из высокополимерной пленки и воздушный канал связи, образованный между торцом корпуса и электретной диафрагмой, внесены конструктивные изменения, а именно:The technical result is achieved due to the fact that the microphone sensor contains an electret condenser microphone, a power supply and an output signal amplifier, the microphone comprising a housing, a microphone capsule, in the annular groove of which is placed an electret diaphragm made of a high polymer film and an air communication channel formed between the end face of the body and the electret diaphragm, design changes have been made, namely:

- введена внешняя мембрана, изолирующая канал связи с внешней средой, закрепленная на корпусе микрофона упругим элементом;- an external membrane is introduced, isolating the communication channel with the external environment, fixed to the microphone body with an elastic element;

- контакт микрофона с поверхностью контролируемого объекта, выполнен в виде полусферы, расположенной в центре внешней мембраны;- the contact of the microphone with the surface of the controlled object is made in the form of a hemisphere located in the center of the outer membrane;

- отношение площадей электретной диафрагм и внутренней мембраны выбирается из условия достижения оптимальной чувствительности микрофона равного 1:(5-8). Кроме того, канал связи (расстояние между внутренней диафрагмой капсюля и внешней мембраной) выбран из условия оптимальности величины входящего акустического сигнала упругой волны за счет уменьшения его длины, т.е опускания капсюля с диафрагмой ближе к внешней мембране микрофона.- the ratio of the areas of the electret diaphragms and the inner membrane is selected from the condition of achieving optimal microphone sensitivity equal to 1: (5-8). In addition, the communication channel (the distance between the internal diaphragm of the capsule and the external membrane) is selected from the condition that the incoming acoustic signal of the elastic wave is optimized by reducing its length, i.e., lowering the capsule with the diaphragm closer to the external microphone membrane.

Введение внешней мембраны позволяет изолировать канал связи микрофона от внешних шумов и обеспечить улучшение характеристик микрофона, т.к. повышает демпфирование диафрагмы капсюля и улучшает ее переходную характеристику.The introduction of an external membrane allows you to isolate the microphone communication channel from external noise and provide improved microphone performance, as increases damping of the diaphragm of the capsule and improves its transient response.

Форма контакта в виде полусферы выбрана на основе анализа экспериментальных данных, т.к. если ставить датчик всей плоскостью на поверхность изделия получаемый сигнал нестабилен, а учитывая малые размеры полусферы получаем практически точечный контакт и не требуется подготовка поверхности контролируемого изделия.The hemisphere contact form is selected based on the analysis of experimental data, because if you put the sensor with the entire plane on the surface of the product, the received signal is unstable, and given the small size of the hemisphere, we get almost point contact and no preparation of the surface of the controlled product is required.

Чувствительность диафрагмы капсюля увеличивается пропорционально соотношению ее площади и площади внешней мембраны, т.е. в соответствии с выбранным диапазоном в 5-8 раз, который был получен в результате испытаний различных конструкций микрофона.The sensitivity of the diaphragm of the capsule increases in proportion to the ratio of its area to the area of the outer membrane, i.e. in accordance with the selected range of 5-8 times, which was obtained by testing various microphone designs.

Внешняя мембрана, несмотря на свою массу, хорошо воспринимает колебание поверхности изделия, благодаря механическому контакту с поверхностью изделия и плохо -внешние помехи (шумы), что позволяет в совокупности со звукоизолирующим корпусом, получить помехозащищенный датчик.The external membrane, despite its mass, perceives well the oscillation of the surface of the product, due to mechanical contact with the surface of the product and poor external interference (noise), which, in combination with a sound-insulating casing, provides an noise-proof sensor.

Чувствительность диафрагмы повышается и за счет того, что длина воздушного канала (расстояние между диафрагмой и внутренней поверхностью мембраны) выбирается оптимальной на основании проведенных исследований микрофона с различным расположением по высоте капсюля в корпусе микрофона.The diaphragm sensitivity is also increased due to the fact that the length of the air channel (the distance between the diaphragm and the inner surface of the membrane) is selected optimal based on studies of a microphone with a different capsule height arrangement in the microphone body.

Сущность полезной модели поясняется фиг.1, 2. На фиг.1 приведен общий вид электретного конденсаторного микрофона, а на фиг.2 блок схема микрофонного датчика, поясняющая процесс приема акустических сигналов.The essence of the utility model is illustrated in figure 1, 2. Figure 1 shows a General view of the electret condenser microphone, and figure 2 is a block diagram of a microphone sensor explaining the process of receiving acoustic signals.

На фиг.1 показаны: звукоизолирующий корпус микрофона 1, капсюль 2, электретная диафрагма 3, выполненная из высокополимерной пленки, воздушный канал связи 4, внешняя мембрана 5 с полусферой 6 (контакт), упругий элемент 7 и поверхность контролируемого изделия 8.Figure 1 shows: a soundproofing microphone housing 1, a capsule 2, an electret diaphragm 3 made of a high polymer film, an air communication channel 4, an external membrane 5 with a hemisphere 6 (contact), an elastic element 7, and the surface of a controlled product 8.

На фиг.2 показан электретный конденсаторный микрофон 9, блок питания 10, резистор 11, согласующий усилитель 12 и выходной усилитель 13. Возможны различные варианты вьтолнения блок-схемы микрофонного датчика, например, усилители, которые выполняются на основе полевого транзистора или микросхемы (чипа), могут быть размещены непосредственно в корпусе микрофона или на отдельной плате.Figure 2 shows an electret condenser microphone 9, a power supply 10, a resistor 11, a matching amplifier 12 and an output amplifier 13. There are various options for implementing a block diagram of a microphone sensor, for example, amplifiers that are based on a field-effect transistor or microcircuit (chip) can be placed directly in the microphone housing or on a separate board.

Рассмотрим работу микрофонного датчика на конкретном примере диагностики тележек железнодорожных вагонов. В качестве источника возбуждения свободных акустических колебаний в контролируемой объекте использован электромагнитный ударник (патент РФ №108628), который устанавливается в указанное место, в зависимости от типа контролируемой детали. Затем на это изделие, в точку съема акустических колебаний, устанавливают микрофонный датчик. Сам микрофонный датчик имеет очень маленькие размеры, например, толщина электретной диафрагмы 1-2 мкм, толщина внешней мембраны 1-2 мм, а диаметры диафрагмы и мембраны соответственно - 5 и 11 мм.Consider the operation of the microphone sensor on a specific example of the diagnosis of bogies of railway cars. An electromagnetic drummer (RF patent No. 108628) is used as a source of excitation of free acoustic vibrations in a controlled object, which is installed in the specified location, depending on the type of controlled part. Then, a microphone sensor is installed on this product, at the point of removal of acoustic vibrations. The microphone sensor itself is very small, for example, the thickness of the electret diaphragm is 1-2 microns, the thickness of the outer membrane is 1-2 mm, and the diameters of the diaphragm and membrane are 5 and 11 mm, respectively.

По команде компьютера электромагнитный ударник производит ударное возбуждение контролируемой зоны объекта контроля (в соответствии с типом контролируемого изделия - колесо, рама). С целью повышения достоверности получаемой информации и обработки ее статистическими методами ударное возбуждение выполняется шесть раз с интервалом оптимизированным по длительности для конкретного изделия. Свободно затухающие упругие колебания регистрируются микрофоном 9 за счет механического контакта 6 (полусферы) и воспринимаются внешней мембраной 5. Колебания внешней мембраны через воздушный канал 4 передаются электретной диафрагме 3 капсюля 2, изменяя емкость конденсатора, образованного диафрагмой и параллельной ей поверхности капсюля. В результате, акустические колебание преобразуются в электрический сигнал (изменения напряжения на обкладках конденсатора) принятый электрический сигнал согласуется с входом усилителя 13, согласующим усилителем 12 и поступает на дальнейшую обработку в электронный блок, включающим компьютер и специальную программу обработки полученных сигналов.At the command of the computer, the electromagnetic drummer produces shock excitation of the controlled zone of the object of control (in accordance with the type of the controlled product - wheel, frame). In order to increase the reliability of the information received and process it by statistical methods, shock excitation is performed six times with an interval optimized in duration for a particular product. Freely damped elastic vibrations are recorded by the microphone 9 due to mechanical contact 6 (hemispheres) and are perceived by the external membrane 5. Oscillations of the external membrane through the air channel 4 are transmitted to the electret diaphragm 3 of the capsule 2, changing the capacitance of the capacitor formed by the diaphragm and the surface of the capsule parallel to it. As a result, the acoustic oscillations are converted into an electrical signal (voltage changes on the capacitor plates), the received electrical signal is matched with the input of amplifier 13, matching amplifier 12, and fed to the electronic unit for further processing, including a computer and a special program for processing the received signals.

Микрофонный датчик для измерения упругих (свободных) колебаний поверхности контролируемого объекта обладает рядом преимуществ по сравнению с известными устройствами, т.к. значительно повышает надежность и достоверность полученных результатов за счет изоляции от посторонних помех, точечного механического контакта, а также увеличения чувствительности электретной диафрагмы капсюля микрофона за счет выбора оптимального соотношения площадей диафрагмы и внешней мембраны.A microphone sensor for measuring elastic (free) vibrations of the surface of a controlled object has several advantages over known devices, because significantly increases the reliability and reliability of the results due to isolation from extraneous interference, point mechanical contact, as well as increasing the sensitivity of the electret diaphragm of the microphone capsule by choosing the optimal ratio of the areas of the diaphragm and the outer membrane.

В настоящее время предлагаемое техническое решения проходит промышленно-опытную проверку и после ее окончания предполагается внедрение его в различных областях техники, в первую очередь на железнодорожном транспорте.Currently, the proposed technical solution is undergoing industrial-experimental testing, and after its completion, it is planned to introduce it in various fields of technology, primarily in railway transport.

Claims

1. A microphone sensor for taking acoustic vibrations from the surface of a monitored object, comprising an electret condenser microphone, a power supply unit and an amplifier for output signals, the microphone comprising a housing, a microphone capsule, in the annular groove of which is placed an electret diaphragm made of a high polymer film and an air communication channel, formed between the end face of the housing and the electret diaphragm, characterized in that an external membrane is inserted into it, isolating the communication channel with the external environment, fixed to the microphone housing is an elastic element, and the ratio of the areas of the electret diaphragm and the outer membrane is selected from the condition of optimal microphone sensitivity.

2. The microphone sensor according to claim 1, characterized in that the ratio of the areas of the electret diaphragm and the outer membrane is selected within the range of 1: (5-8).

3. The microphone sensor according to claim 1, characterized in that the contact of the microphone with the surface of the controlled object is made in the form of a hemisphere located in the center of the outer membrane.