RU2738765C1

RU2738765C1 - Device for measuring infrasonic vibrations of medium

Info

Publication number: RU2738765C1
Application number: RU2020110375A
Authority: RU
Inventors: Петр Михайлович Уткин; Анатолий Константинович Барышников; Ольга Владимировна Барышникова
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2020-12-16

Abstract

FIELD: measurement.

SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment, in particular to measurement of infrasound oscillations of gaseous or liquid medium. Device for measuring infrasonic vibrations of a medium comprises a sealed housing, two membranes, a first capacitive sensor for movement of the membrane and a first amplifier-demodulator, as well as the first analogue output of the device and a generator connected to the first capacitive sensor and the first amplifier-demodulator. Proposed device comprises bellows, DC filter, first comparator with inverse input, first AND circuit, first timer, second comparator, second AND circuit and second timer. As well as third and fourth keys, micromotor with drive, mechanically connected to bellows, third comparator with inverse input, OR circuit and control input of fifth key, as well as a fourth comparator connected to the second input of the OR circuit, a second capacitive sensor for movement of the membrane, a second amplifier-demodulator, a first amplifier and an analogue adder, as well as a second amplifier, a first feedback unit and a first magnetoelectric transducer, a second feedback unit and a second magnetoelectric transducer. First magnetoelectric transducer is connected to the first capacitive sensor and to the first membrane, and the second magnetoelectric transducer is connected to the second capacitive sensor and to the second membrane.

EFFECT: technical result is high accuracy of measuring infrasound vibrations of medium.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к области измерения инфразвуковых колебаний газообразной или жидкой среды.The invention relates to measuring technology, in particular, to the field of measuring infrasonic vibrations of a gaseous or liquid medium.

Известно устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее корпус, мембрану, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса, и последовательно соединенные емкостный датчик перемещения мембраны, полосовой усилитель и демодулятор, подключенный к аналоговому выходу устройства, а также генератор, подключенный к емкостному датчику и демодулятору [1], [2]. Устройство снабжено капилляром, защищающим емкостный датчик от больших медленных перепадов давления между окружающей средой и средой внутри корпуса. Однако при эксплуатации в полевых условиях капилляр с течением времени засоряется мелкими частицами пыли, проникающими через фильтр, что приводит к уменьшению динамического диапазона и искажениям принимаемых сигналов. Кроме того, в устройстве отсутствует возможность устранения разбаланса емкостного датчика, приводящего к уменьшению динамического диапазона и искажениям из-за больших температурных перепадов и уходов параметров элементов.A device for measuring infrasonic vibrations of a medium is known, comprising a housing, a membrane connected to the environment and the medium inside the housing, and a series-connected capacitive membrane displacement sensor, a band amplifier and a demodulator connected to the analog output of the device, as well as a generator connected to the capacitive sensor and demodulator [1], [2]. The device is equipped with a capillary that protects the capacitive sensor from large slow pressure drops between the environment and the medium inside the housing. However, when operated in the field, the capillary becomes clogged over time with fine dust particles that penetrate the filter, which leads to a decrease in the dynamic range and distortion of the received signals. In addition, the device lacks the ability to eliminate the imbalance of the capacitive sensor, which leads to a decrease in the dynamic range and distortions due to large temperature differences and deviations of the parameters of the elements.

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает требуемой точности измерения инфразвуковых колебаний среды.The disadvantage of the device is that it does not provide the required measurement accuracy of infrasonic vibrations of the medium.

Известно устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее корпус, чувствительный элемент, связанный с окружающей средой и средой внутри корпуса, и последовательно соединенные датчик перемещения чувствительного элемента, полосовой усилитель и демодулятор, подключенный к аналоговому выходу устройства, а также генератор, подключенный к датчику перемещения чувствительного элемента и демодулятору [3]. Недостаток, связанный с наличием капилляра, устранен применением герметичного корпуса с эталонным объемом воздуха. Однако из-за перепадов давления это вызвало необходимость замены мембраны и емкостного датчика датчиком больших перемещений, в качестве которого используется индуктивный датчик, прикрепленный сердечником к сильфону. Такое техническое решение из-за массы сердечника, подпружиненной сильфоном, привело к тому, что устройство принимает сейсмические колебания вместе с инфразвуком. В устройстве также отсутствует возможность устранения разбаланса емкостного датчика, приводящего к уменьшению динамического диапазона и искажениям из-за больших температурных перепадов и уходов параметров элементов.A device for measuring infrasonic vibrations of a medium is known, comprising a housing, a sensing element connected to the environment and the medium inside the housing, and a series-connected sensor for displacement of the sensing element, a band amplifier and a demodulator connected to the analog output of the device, as well as a generator connected to the displacement sensor sensitive element and demodulator [3]. The drawback associated with the presence of a capillary is eliminated by using a sealed housing with a reference air volume. However, due to pressure drops, this made it necessary to replace the diaphragm and the capacitive sensor with a large displacement sensor, which is an inductive sensor attached by a core to the bellows. This technical solution, due to the mass of the core, spring-loaded by the bellows, led to the fact that the device receives seismic vibrations together with the infrasound. The device also lacks the ability to eliminate the imbalance of the capacitive sensor, which leads to a decrease in the dynamic range and distortions due to large temperature differences and drifts of the parameters of the elements.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому (прототипом) является устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее корпус, мембрану, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные емкостный преобразователь перемещения мембраны, дифференциальный усилитель, демодулятор, полосовой усилитель низкой частоты и фильтр низких частот, подключенный к аналоговому выходу устройства, а также генератор, подключенный к емкостному преобразователю и демодулятору [4]. Устройство снабжено капилляром, защищающим емкостный датчик от больших медленных перепадов давления между окружающей средой и средой внутри корпуса. Однако при эксплуатации в полевых условиях капилляр с течением времени засоряется мелкими частицами пыли, проникающими через фильтр, что приводит к уменьшению динамического диапазона и искажениям принимаемых сигналов. Кроме того, в устройстве отсутствует возможность устранения разбаланса емкостного датчика, приводящего к уменьшению динамического диапазона и искажениям из-за больших температурных перепадов и уходов параметров элементов.The closest technical solution to the proposed (prototype) is a device for measuring infrasonic vibrations of the medium, containing a housing, a membrane connected to the environment and the medium inside the housing, a capacitive membrane displacement transducer, a differential amplifier, a demodulator, a low frequency bandpass amplifier and a low filter frequencies connected to the analog output of the device, as well as a generator connected to a capacitive converter and demodulator [4]. The device is equipped with a capillary that protects the capacitive sensor from large slow pressure drops between the environment and the medium inside the housing. However, when operated in the field, the capillary becomes clogged over time with fine dust particles that penetrate the filter, which leads to a decrease in the dynamic range and distortion of the received signals. In addition, the device lacks the ability to eliminate the imbalance of the capacitive sensor, which leads to a decrease in the dynamic range and distortions due to large temperature differences and deviations of the parameters of the elements.

Недостатком устройства является малая точность измерения инфразвуковых колебаний среды.The disadvantage of the device is the low accuracy of measuring infrasonic vibrations of the medium.

Техническим результатом является повышение точности измерения инфразвуковых колебаний среды.The technical result is to improve the accuracy of measuring infrasonic vibrations of the medium.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, содержащее корпус, первую мембрану, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные первый емкостный датчик перемещения мембраны и первый усилитель - демодулятор, а также первый аналоговый выход устройства и генератор, подключенный к первому емкостному датчику и первому усилителю – демодулятору, дополнительно содержит сильфон, последовательно соединенные фильтр постоянной составляющей, первый компаратор с инверсным входом, первую схему И, первый таймер и вход управления первого ключа, последовательно соединенные второй компаратор, вторую схему И, второй таймер и вход управления второго ключа, а также первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы, третий ключ, четвертый ключ, микродвигатель с приводом, механически связанный с сильфоном, включенный между выходами первого и четвертого ключей, последовательно соединенные третий компаратор с инверсным входом, схему ИЛИ и вход управления пятого ключа, а также четвертый компаратор, подключенный ко второму входу схемы ИЛИ, седьмой и восьмой входы, вторую мембрану, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса, последовательно соединенные второй емкостный датчик перемещения мембраны, второй усилитель – демодулятор, первый усилитель и аналоговый сумматор, а также второй усилитель, подключенный входом к первому усилителю – демодулятору, а выходом подключенный ко второму входу аналогового сумматора, второй и третий аналоговые выходы, девятый и десятый входы, последовательно подключенные ко второму аналоговому выходу первый блок обратной связи и первый магнитоэлектрический преобразователь, последовательно подключенные к третьему аналоговому выходу второй блок обратной связи и второй магнитоэлектрический преобразователь, причем первый магнитоэлектрический преобразователь связан с первым емкостным датчиком и с первой мембраной, второй магнитоэлектрический преобразователь связан со вторым емкостным датчиком и со второй мембраной, фильтр постоянной составляющей подключен входом к аналоговому сумматору, а выходом подключен ко входам второго, третьего и четвертого компараторов, выход аналогового сумматора подключен к первому аналоговому выходу, выходы первого и второго таймеров подключены к инверсным вторым входам, соответственно, второй и первой схем И, входы управления третьего и четвертого ключей подключены к выходам, соответственно, второго и первого таймеров, входы первого и третьего ключей подключены к минусу источника питания, входы второго и четвертого ключей подключены к выходу пятого ключа, вход последнего подключен к плюсу источника питания, выход третьего ключа соединен с выходом четвертого ключа, выход второго ключа соединен с выходом первого ключа, первый и шестой входы подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго компараторов, второй и пятый входы подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго таймеров, третий и четвертый входы подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго ключей, седьмой и восьмой входы подключены к управляющим входам, соответственно, третьего и четвертого компараторов, девятый и десятый входы подключены к управляющим входам, соответственно, второго и первого усилителей, второй и третий аналоговые выходы подключены к выходам, соответственно, первого и второго усилителей – демодуляторов, генератор подключен ко второму емкостному датчику и второму усилителю – демодулятору, первый, второй, третий и четвертый компараторы выполнены с управлением по порогам срабатывания, первый и второй таймеры выполнены с управлением по длительности выходного сигнала, первый и второй усилители выполнены в виде широкополосных усилителей постоянного тока с управлением по чувствительности, первый и второй блоки обратной связи выполнены в виде последовательно соединенных фильтра и усилителя, а сильфон размещен между окружающей средой и средой внутри корпуса, выполненного герметичным.The technical result is achieved in that a device for measuring infrasonic vibrations of a medium, comprising a housing, a first membrane associated with the environment and the medium inside the housing, a first capacitive membrane displacement sensor and a first amplifier-demodulator connected in series, as well as a first analog output of the device and a generator, connected to the first capacitive sensor and the first amplifier - demodulator, additionally contains a bellows, a DC filter connected in series, a first comparator with an inverse input, a first AND circuit, a first timer and a first key control input, a second comparator connected in series, a second AND circuit, a second timer and the control input of the second key, as well as the first, second, third, fourth, fifth and sixth inputs, the third key, the fourth key, a micromotor with a drive, mechanically connected to the bellows, connected between the outputs of the first and fourth keys, the third comparator connected in series with inversion th input, the OR circuit and the control input of the fifth key, as well as the fourth comparator connected to the second input of the OR circuit, the seventh and eighth inputs, the second membrane connected to the environment and the medium inside the housing, the second capacitive membrane displacement sensor connected in series, the second amplifier - demodulator, the first amplifier and analog adder, as well as the second amplifier connected by the input to the first amplifier - demodulator, and by the output connected to the second input of the analog adder, the second and third analog outputs, the ninth and tenth inputs, connected in series to the second analog output, the first block feedback and the first magnetoelectric converter, connected in series to the third analog output, the second feedback unit and the second magnetoelectric converter, the first magnetoelectric converter is connected to the first capacitive sensor and to the first membrane, the second magnetoelectric converter is connected to the second capacitive sensor and with the second membrane, the DC filter is connected by the input to the analog adder, and the output is connected to the inputs of the second, third and fourth comparators, the analog adder output is connected to the first analog output, the outputs of the first and second timers are connected to the inverse second inputs, respectively , the second and first circuits And, the control inputs of the third and fourth keys are connected to the outputs, respectively, of the second and first timers, the inputs of the first and third keys are connected to the minus of the power supply, the inputs of the second and fourth keys are connected to the output of the fifth key, the input of the latter is connected to positive power source, the output of the third key is connected to the output of the fourth key, the output of the second key is connected to the output of the first key, the first and sixth inputs are connected to the control inputs, respectively, of the first and second comparators, the second and fifth inputs are connected to the control inputs, respectively, of the first and second timers, third and the fourth inputs are connected to the control inputs, respectively, of the first and second keys, the seventh and eighth inputs are connected to the control inputs, respectively, of the third and fourth comparators, the ninth and tenth inputs are connected to the control inputs, respectively, of the second and first amplifiers, the second and third analog outputs are connected to the outputs, respectively, of the first and second amplifiers - demodulators, the generator is connected to the second capacitive sensor and the second amplifier - demodulator, the first, second, third and fourth comparators are controlled by the thresholds, the first and second timers are controlled by the duration of the output signal, the first and second amplifiers are made in the form of broadband DC amplifiers with sensitivity control, the first and second feedback units are made in the form of a series-connected filter and amplifier, and the bellows is placed between the environment and the medium inside the housing, made personal.

Такое выполнение устройства для измерения инфразвуковых колебаний среды обеспечивает повышение точности измерения инфразвуковых колебаний среды.Such an embodiment of the device for measuring infrasonic vibrations of the medium provides an increase in the accuracy of measuring the infrasonic vibrations of the medium.

На фиг. 1 представлена схема устройства для измерения инфразвуковых колебаний среды, обеспечивающего требуемый технический результат.FIG. 1 shows a diagram of a device for measuring infrasonic vibrations of a medium, which provides the required technical result.

На фиг. 2 представлена известная схема подключения блока обратной связи по перемещению мембран [5].FIG. 2 shows the well-known connection diagram of the feedback unit for the movement of membranes [5].

Принятые обозначения:Accepted designations:

1 – корпус; 2 – первая мембрана; 3 – первый емкостный датчик перемещения мембраны; 4 – первый усилитель – демодулятор; 5 – первый аналоговый выход устройства; 6 – генератор; 7 – сильфон; 8 – фильтр постоянной составляющей; 9 – первый компаратор с инверсным входом; 10 – первая схема И; 11 – первый таймер; 12 – первый ключ; 13 – второй компаратор; 14 – вторая схема И; 15 – второй таймер; 16 – второй ключ; 17 – первый вход; 18 – второй вход; 19 – третий вход; 20 – четвертый вход; 21 – пятый вход; 22 – шестой вход; 23 – третий ключ; 24 – четвертый ключ; 25 – микродвигатель; 26 – третий компаратор с инверсным входом; 27 – схема ИЛИ; 28 – пятый ключ; 29 – четвертый компаратор; 30 – седьмой вход; 31 – восьмой вход; 32 – вторая мембрана; 33 – второй емкостный датчик перемещения мембраны; 34 – второй усилитель – демодулятор; 35 – первый усилитель; 36 – аналоговый сумматор; 37 – второй усилитель; 38 – второй аналоговый выход устройства; 39 – третий аналоговый выход устройства; 40 – девятый вход; 41 – десятый вход; 42 – первый блок обратной связи; 43 – первый магнитоэлектрический преобразователь; 44 – второй блок обратной связи; 45 – второй магнитоэлектрический преобразователь.1 - case; 2 - the first membrane; 3 - the first capacitive membrane displacement sensor; 4 - the first amplifier - demodulator; 5 - the first analog output of the device; 6 - generator; 7 - bellows; 8 - constant component filter; 9 - the first comparator with an inverse input; 10 - the first circuit And; 11 - the first timer; 12 - the first key; 13 - the second comparator; 14 - the second circuit And; 15 - second timer; 16 - second key; 17 - first entrance; 18 - second entrance; 19 - third entrance; 20 - fourth entrance; 21 - fifth entrance; 22 - sixth entrance; 23 - third key; 24 - fourth key; 25 - micromotor; 26 - the third comparator with an inverse input; 27 - OR circuit; 28 - fifth key; 29 - fourth comparator; 30 - seventh entrance; 31 - eighth entrance; 32 - second membrane; 33 - second capacitive membrane displacement sensor; 34 - second amplifier - demodulator; 35 - the first amplifier; 36 - analog adder; 37 - second amplifier; 38 - second analog output of the device; 39 - third analog output of the device; 40 - ninth entrance; 41 - tenth entrance; 42 - the first block of feedback; 43 - the first magnetoelectric converter; 44 - the second block of feedback; 45 - the second magnetoelectric transformer.

Устройство, представленное на фиг. 1, содержит корпус 1, первую мембрану 2, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса 1, последовательно соединенные первый емкостный датчик 3 перемещения мембраны и первый усилитель-демодулятор 4, а также первый аналоговый выход 5 устройства и генератор 6, подключенный к первому емкостному датчику 3 и первому усилителю-демодулятору 4, дополнительно содержит сильфон 7, последовательно соединенные фильтр 8 постоянной составляющей, первый компаратор 9 с инверсным входом, первую схему И 10, первый таймер 11 и вход управления первого ключа 12, последовательно соединенные второй компаратор 13, вторую схему И 14, второй таймер 15 и вход управления второго ключа 16, а также первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы 17, 18, 19, 20, 21, 22, третий ключ 23, четвертый ключ 24, микродвигатель 25 с приводом, механически связанный с сильфоном 7, включенный между выходами первого и четвертого ключей 12, 24, последовательно соединенные третий компаратор 26 с инверсным входом, схему ИЛИ 27 и вход управления пятого ключа 28, а также четвертый компаратор 29, подключенный ко второму входу схемы ИЛИ 27, седьмой и восьмой входы 30, 31, вторую мембрану 32, связанную с окружающей средой и средой внутри корпуса 1, последовательно соединенные второй емкостный датчик 33 перемещения мембраны, второй усилитель – демодулятор 34, первый усилитель 35 и аналоговый сумматор 36, а также второй усилитель 37, подключенный входом к первому усилителю – демодулятору 4, а выходом подключенный ко второму входу аналогового сумматора 36, второй и третий аналоговые выходы 38, 39, девятый и десятый входы 40, 41, последовательно подключенные ко второму аналоговому выходу 38 первый блок 42 обратной связи и первый магнитоэлектрический преобразователь 43, последовательно подключенные к третьему аналоговому выходу 39 второй блок 44 обратной связи и второй магнитоэлектрический преобразователь 45, причем первый магнитоэлектрический преобразователь 43 связан с первым емкостным датчиком 3 и с первой мембраной 2, второй магнитоэлектрический преобразователь 45 связан со вторым емкостным датчиком 33 и со второй мембраной 32, фильтр 8 постоянной составляющей подключен входом к аналоговому сумматору 36, а выходом подключен ко входам второго, третьего и четвертого компараторов 13, 26, 29, выход аналогового сумматора 36 подключен к первому аналоговому выходу 5, выходы первого и второго таймеров 11, 15 подключены к инверсным вторым входам, соответственно, второй и первой схем И 14, 10, входы управления третьего и четвертого ключей 23, 24 подключены к выходам, соответственно, второго и первого таймеров 15, 11, входы первого и третьего ключей 12, 23 подключены к минусу источника питания, входы второго и четвертого ключей 16, 24 подключены к выходу пятого ключа 28, вход последнего подключен к плюсу источника питания, выход третьего ключа 23 соединен с выходом четвертого ключа 24, выход второго ключа 16 соединен с выходом первого ключа 12, первый и шестой входы 17, 22 подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго компараторов 9, 13, второй и пятый входы 18, 21 подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго таймеров 11, 15, третий и четвертый входы 19, 20 подключены к управляющим входам, соответственно, первого и второго ключей 12, 16, седьмой и восьмой входы 30, 31 подключены к управляющим входам, соответственно, третьего и четвертого компараторов 26, 29, девятый и десятый входы 40, 41 подключены к управляющим входам, соответственно, второго и первого усилителей 37, 35, второй и третий аналоговые выходы 38, 39 подключены к выходам, соответственно, первого и второго усилителей – демодуляторов 4, 34, генератор 6 подключен ко второму емкостному датчику 33 и второму усилителю – демодулятору 34, первый, второй, третий и четвертый компараторы 9, 13, 26, 29 выполнены с управлением по порогам срабатывания, первый и второй таймеры 11, 15 выполнены с управлением по длительности выходного сигнала, первый и второй усилители 35, 37 выполнены в виде широкополосных усилителей постоянного тока с управлением по чувствительности, первый и второй блоки 42, 44 обратной связи выполнены в виде последовательно соединенных фильтра и усилителя, а сильфон 7 размещен между окружающей средой и средой внутри корпуса 1, выполненного герметичным.The device shown in FIG. 1, contains a housing 1, a first membrane 2 connected to the environment and the medium inside the housing 1, the first capacitive sensor 3 of the membrane displacement and the first amplifier-demodulator 4, as well as the first analog output 5 of the device and the generator 6 connected to the first capacitive sensor 3 and the first amplifier-demodulator 4, additionally contains a bellows 7, a series-connected filter 8 of a constant component, a first comparator 9 with an inverse input, a first circuit And 10, a first timer 11 and a control input of the first switch 12, connected in series with a second comparator 13, a second circuit And 14, the second timer 15 and the control input of the second key 16, as well as the first, second, third, fourth, fifth and sixth inputs 17, 18, 19, 20, 21, 22, the third key 23, the fourth key 24, the micromotor 25 with a drive, mechanically connected to a bellows 7, connected between the outputs of the first and fourth keys 12, 24, a third comparator 26 connected in series with an inverse input, cx it OR 27 and the control input of the fifth switch 28, as well as the fourth comparator 29 connected to the second input of the OR circuit 27, the seventh and eighth inputs 30, 31, the second membrane 32 connected to the environment and the medium inside the housing 1, the second capacitive connected in series membrane displacement sensor 33, the second amplifier - demodulator 34, the first amplifier 35 and analog adder 36, as well as the second amplifier 37, connected by the input to the first amplifier - demodulator 4, and the output connected to the second input of the analog adder 36, the second and third analog outputs 38 , 39, the ninth and tenth inputs 40, 41, connected in series to the second analog output 38, the first feedback unit 42 and the first magnetoelectric converter 43, connected in series to the third analog output 39, the second feedback unit 44 and the second magnetoelectric converter 45, the first magnetoelectric converter 43 is connected with the first capacitive sensor 3 and with the first th membrane 2, the second magnetoelectric transducer 45 is connected to the second capacitive sensor 33 and to the second membrane 32, the DC filter 8 is connected by the input to the analog adder 36, and the output is connected to the inputs of the second, third and fourth comparators 13, 26, 29, the analog output adder 36 is connected to the first analog output 5, the outputs of the first and second timers 11, 15 are connected to the inverse second inputs, respectively, of the second and first circuits And 14, 10, the control inputs of the third and fourth keys 23, 24 are connected to the outputs, respectively, of the second and the first timers 15, 11, the inputs of the first and third keys 12, 23 are connected to the minus of the power supply, the inputs of the second and fourth keys 16, 24 are connected to the output of the fifth key 28, the input of the latter is connected to the positive of the power supply, the output of the third key 23 is connected to the output of the fourth key 24, the output of the second key 16 is connected to the output of the first key 12, the first and sixth inputs 17, 22 are connected to the control the inputs, respectively, of the first and second comparators 9, 13, the second and fifth inputs 18, 21 are connected to the control inputs, respectively, of the first and second timers 11, 15, the third and fourth inputs 19, 20 are connected to the control inputs, respectively, of the first and the second keys 12, 16, the seventh and eighth inputs 30, 31 are connected to the control inputs, respectively, of the third and fourth comparators 26, 29, the ninth and tenth inputs 40, 41 are connected to the control inputs, respectively, of the second and first amplifiers 37, 35 , the second and third analog outputs 38, 39 are connected to the outputs, respectively, of the first and second amplifiers - demodulators 4, 34, the generator 6 is connected to the second capacitive sensor 33 and the second amplifier - demodulator 34, the first, second, third and fourth comparators 9, 13, 26, 29 are made with control over the triggering thresholds, the first and second timers 11, 15 are made with control over the duration of the output signal, the first and second amplifiers 35, 37 are made in the form of broadband DC amplifiers with sensitivity control, the first and second feedback units 42, 44 are made in the form of a series-connected filter and amplifier, and the bellows 7 is located between the environment and the environment inside the housing 1, made sealed.

Устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды, представленное на фиг.1, работает следующим образом.The device for measuring infrasonic vibrations of the medium, shown in figure 1, operates as follows.

Первая мембрана 2 закреплена в корпусе 1 между окружающей средой и корпусом 1, содержащим опорную среду, так, что изменения давления окружающей среды приводят к смещению первой мембраны 2. Смещение первой мембраны 2 относительно нейтрального положения приводит к изменению амплитуды электрического сигнала на выходе первого емкостного датчика 3, на который электрический сигнал поступает от генератора 6. С выхода первого емкостного датчика 3, включенного по мостовой схеме, сигнал поступает на первый усилитель-демодулятор 4, на который также подается опорный сигнал от генератора 6, благодаря чему на выходе первого усилителя – демодулятора 4, подключенном ко второму аналоговому выходу 38 устройства, формируется аналоговый сигнал, амплитуда и знак которого зависят от смещения первой мембраны 2. С выхода первого усилителя-демодулятора 4 аналоговый сигнал поступает через второй усилитель 37 и аналоговый сумматор 36 на первый аналоговый выход 5 устройства и фильтр 8 постоянной составляющей сигнала первого усилителя – демодулятора 4 , которая, в зависимости от разбаланса первого емкостного датчика 3, может принимать положительные или отрицательные значения. При отсутствии сигналов (или сигналов менее пороговых значений, заданных в первом или втором компараторах 9, 13) первый и второй таймеры 11, 15 выключены, а нулевые сигналы на их выходах и на инверсных входах первой и второй схем И 10, 14 разрешают прохождение сигналов от первого и второго компараторов 9, 13 к первому и второму таймерам 11, 15. При появлении небольшого отрицательного сигнала допустимого разбаланса первого емкостного датчика 3 более порогового значения на выходе третьего компаратора 26 появляется сигнал, включающий пятый ключ 28 через схему ИЛИ 27. При появлении небольшого положительного сигнала допустимого разбаланса первого емкостного датчика 3 более порогового значения на выходе четвертого компаратора 29 появляется сигнал, включающий пятый ключ 28 через схему ИЛИ 27. При появлении отрицательного сигнала недопустимого разбаланса первого емкостного датчика 3 более порогового значения на выходе первого компаратора 9 появляется сигнал, запускающий первый таймер 11 через первую схему И 10. Выходной сигнал первого таймера 11 поступает на входы управления первого и четвертого ключей 12, 24, подающих питание на микродвигатель 25 с полярностью, которая обеспечивает перемещение сильфона 7 и изменение объема воздуха внутри корпуса 1, уменьшающие отрицательный сигнал разбаланса первого емкостного датчика 3. Одновременно выходной сигнал первого таймера 11 запрещает прохождение сигнала через вторую схему И 14 до окончания работы микродвигателя 25 и перемещения сильфона 7. При появлении положительного сигнала недопустимого разбаланса первого емкостного датчика 3 более порогового значения на выходе второго компаратора 13 появляется сигнал, запускающий второй таймер 15 через вторую схему И 14. Выходной сигнал второго таймера 15 поступает на входы управления второго и третьего ключей 16, 23, подающих питание на микродвигатель 25 с полярностью, которая обеспечивает перемещение сильфона 7 и изменение объема воздуха внутри корпуса 1, уменьшающие положительный сигнал разбаланса первого емкостного датчика 3. Одновременно выходной сигнал второго таймера 15 запрещает прохождение сигнала через первую схему И 10 до окончания работы микродвигателя 25 и перемещения сильфона 7. Перемещения сильфона 7 вызывают изменение объема и давления воздуха внутри корпуса 1 и обеспечивают уменьшение разбаланса первого емкостного датчика 3. При уменьшении разбаланса менее допустимого значения выключаются третий или четвертый компараторы 26, 29 и останавливают микродвигатель 25 выключением пятого ключа 28 независимо от первого и второго таймеров 11, 15. Подачей сигналов с первого и шестого входов 17, 22 на управляющие входы первого и второго компараторов 9, 13 устанавливаются их пороги срабатывания. Подачей сигналов с седьмого и восьмого входов 30, 31 на управляющие входы третьего и четвертого компараторов 26, 29 устанавливаются их пороги срабатывания. Длительности выходных сигналов первого и второго таймеров 11, 15 устанавливаются в соответствии с порогами срабатывания первого и второго компараторов 9, 13 и регулируются подачей сигналов со второго и пятого входов 18, 21 на управляющие входы первого и второго таймеров 11, 15. The first membrane 2 is fixed in the housing 1 between the environment and the housing 1 containing the reference medium, so that changes in the ambient pressure lead to the displacement of the first membrane 2. The displacement of the first membrane 2 relative to the neutral position leads to a change in the amplitude of the electrical signal at the output of the first capacitive sensor 3, to which the electrical signal is supplied from the generator 6. From the output of the first capacitive sensor 3, connected in a bridge circuit, the signal is fed to the first amplifier-demodulator 4, which is also supplied with a reference signal from the generator 6, due to which at the output of the first amplifier-demodulator 4, connected to the second analog output 38 of the device, an analog signal is formed, the amplitude and sign of which depend on the displacement of the first membrane 2. From the output of the first amplifier-demodulator 4, the analog signal is fed through the second amplifier 37 and the analog adder 36 to the first analog output 5 of the device and filter 8 dc signal Ala of the first amplifier - demodulator 4, which, depending on the imbalance of the first capacitive sensor 3, can take positive or negative values. In the absence of signals (or signals less than the threshold values specified in the first or second comparators 9, 13), the first and second timers 11, 15 are turned off, and zero signals at their outputs and at the inverse inputs of the first and second circuits And 10, 14 allow the passage of signals from the first and second comparators 9, 13 to the first and second timers 11, 15. When a small negative signal of the permissible imbalance of the first capacitive sensor 3 more than the threshold value appears at the output of the third comparator 26, a signal appears that turns on the fifth switch 28 through the OR circuit 27. When a small positive signal of the permissible imbalance of the first capacitive sensor 3 more than the threshold value at the output of the fourth comparator 29, a signal appears that turns on the fifth switch 28 through the OR circuit 27. When a negative signal of the unacceptable imbalance of the first capacitive sensor 3 exceeds the threshold value, a signal appears at the output of the first comparator 9, starting the first timer 11 after the first circuit AND 10. The output signal of the first timer 11 is fed to the control inputs of the first and fourth keys 12, 24, which supply power to the micromotor 25 with polarity, which ensures the movement of the bellows 7 and changes in the volume of air inside the housing 1, reducing the negative signal of the unbalance of the first capacitive sensor 3. At the same time, the output signal of the first timer 11 prohibits the passage of the signal through the second circuit And 14 until the end of the operation of the micromotor 25 and the movement of the bellows 7. When a positive signal of an unacceptable imbalance of the first capacitive sensor 3 exceeds the threshold value, a signal appears at the output of the second comparator 13 that starts the second timer 15 through the second circuit And 14. The output signal of the second timer 15 is fed to the control inputs of the second and third keys 16, 23, which supply power to the micromotor 25 with polarity, which ensures the movement of the bellows 7 and a change in the volume of air inside the housing 1, reducing the positive signal p the unbalance of the first capacitive sensor 3. At the same time, the output signal of the second timer 15 prohibits the passage of the signal through the first circuit And 10 until the end of the operation of the micromotor 25 and the movement of the bellows 7. Movements of the bellows 7 cause a change in the volume and pressure of air inside the housing 1 and provide a decrease in the unbalance of the first capacitive sensor 3 When the unbalance decreases to less than the permissible value, the third or fourth comparators 26, 29 are turned off and the micromotor 25 is stopped by turning off the fifth switch 28, regardless of the first and second timers 11, 15. By supplying signals from the first and sixth inputs 17, 22 to the control inputs of the first and second comparators 9, 13 set their response thresholds. By supplying signals from the seventh and eighth inputs 30, 31 to the control inputs of the third and fourth comparators 26, 29, their operation thresholds are set. The durations of the output signals of the first and second timers 11, 15 are set in accordance with the response thresholds of the first and second comparators 9, 13 and are regulated by supplying signals from the second and fifth inputs 18, 21 to the control inputs of the first and second timers 11, 15.

Аналогично, смещение второй мембраны 32 относительно нейтрального положения приводит к изменению амплитуды электрического сигнала на выходе второго емкостного датчика 33, на который электрический сигнал поступает от генератора 6. С выхода второго емкостного датчика 33, включенного по мостовой схеме, сигнал поступает на второй усилитель – демодулятор 34, на который также подается опорный сигнал от генератора 6, благодаря чему на выходе второго усилителя – демодулятора 34, подключенном к третьему аналоговому выходу 39 устройства, формируется аналоговый сигнал, амплитуда и знак которого зависят от смещения второй мембраны 32. С выхода второго усилителя – демодулятора 34 аналоговый сигнал поступает через первый усилитель 35 и аналоговый сумматор 36 на фильтр 8 постоянной составляющей сигнала второго усилителя – демодулятора 34 , которая, в зависимости от разбаланса второго емкостного датчика 33, может принимать положительные или отрицательные значения, устраняемые так же, как и при разбалансе первого емкостного датчика 3 перемещением сильфона 7.Similarly, the displacement of the second membrane 32 relative to the neutral position leads to a change in the amplitude of the electrical signal at the output of the second capacitive sensor 33, to which the electrical signal is supplied from the generator 6. From the output of the second capacitive sensor 33, connected in a bridge circuit, the signal is fed to the second amplifier - demodulator 34, which is also supplied with a reference signal from the generator 6, due to which at the output of the second amplifier - demodulator 34, connected to the third analog output 39 of the device, an analog signal is formed, the amplitude and sign of which depend on the displacement of the second membrane 32. From the output of the second amplifier - of the demodulator 34, the analog signal is fed through the first amplifier 35 and the analog adder 36 to the filter 8 of the constant component of the signal of the second amplifier - demodulator 34, which, depending on the imbalance of the second capacitive sensor 33, can take positive or negative values, eliminated in the same way as in broke Not all of the first capacitive sensor 3 by moving the bellows 7.

Предусмотрена, при необходимости, ручная установка баланса первого и второго емкостных датчиков 3, 33 подачей сигналов на третий или четвертый входы 19, 20 и ручная установка усиления первого и второго усилителей 35, 37 подачей сигналов, соответственно, на десятый или девятый входы 41, 40 для выравнивания сигналов разбаланса первого и второго емкостных датчиков 3, 33. Для расширения динамического диапазона, как указано на фиг.2, использовано известное техническое решение [5], включающее первый и второй блоки 42, 44 обратной связи и первый и второй магнитоэлектрические преобразователи 43, 45.It is provided, if necessary, manual setting of the balance of the first and second capacitive sensors 3, 33 by applying signals to the third or fourth inputs 19, 20 and manual setting of the gain of the first and second amplifiers 35, 37 by applying signals, respectively, to the tenth or ninth inputs 41, 40 to align the imbalance signals of the first and second capacitive sensors 3, 33. To expand the dynamic range, as indicated in figure 2, used a known technical solution [5], including the first and second blocks 42, 44 of the feedback and the first and second magnetoelectric converters 43 , 45.

Конструктивным недостатком известных устройств для измерения инфразвуковых колебаний среды [1], [2], [3], [4] является наличие камеры, суммирующей давление воздуха из входных отверстий корпуса микробарометра. При прохождении инфразвуковой волны в горизонтальном направлении воздух частично перетекает из одного входного отверстия в другое (продувка микробарометра), что приводит к появлению погрешностей измерения инфразвуковых колебаний среды. В предложенном техническом решении, кроме устранения разбаланса, точность повышается за счет раздельного измерения входных сигналов с последующим суммированием аналоговым сумматором 36. The design disadvantage of the known devices for measuring infrasonic vibrations of the medium [1], [2], [3], [4] is the presence of a chamber that sums up the air pressure from the inlet holes of the microbarometer housing. When the infrasonic wave passes in the horizontal direction, the air partially flows from one inlet to another (blowing out the microbarometer), which leads to errors in measuring the infrasonic vibrations of the medium. In the proposed technical solution, in addition to eliminating the imbalance, the accuracy is increased due to the separate measurement of the input signals with subsequent summation by an analog adder 36.

Таким образом, достигается заявленный результат и предлагаемое устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды обеспечивает повышение точности измерения инфразвуковых колебаний среды.Thus, the claimed result is achieved and the proposed device for measuring infrasonic vibrations of a medium provides an increase in the accuracy of measuring infrasonic vibrations of a medium.

Источники информацииInformation sources

1. Infrasound Sensor – Model 50, Manual, описание, Chaparral Physics, div of Geophysical Institute, 2006, http://www.geoinstr.com/ds-model25.pdf1. Infrasound Sensor - Model 50, Manual, description, Chaparral Physics, div of Geophysical Institute, 2006, http://www.geoinstr.com/ds-model25.pdf

2. Infrasound Sensor – Model 25, Manual, описание, Chaparral Physics, div of Geophysical Institute, 4 December 2006, http://www.geoinstr.com/ds-model50.pdf2. Infrasound Sensor - Model 25, Manual, Description, Chaparral Physics, div of Geophysical Institute, 4 December 2006, http://www.geoinstr.com/ds-model50.pdf

3. Микробарометр МВ 2000, Техническое описание, Microbarometre MB 2000, Technical manual, Departement Analyse et Surveillance de L’Environnement (DASE), 1998, http://www-dase.cea.fr/public/dossiers_thematiques/microbarometres/description.html3. Microbarometer MB 2000, Technical description, Microbarometre MB 2000, Technical manual, Departement Analyze et Surveillance de L'Environnement (DASE), 1998, http://www-dase.cea.fr/public/dossiers_thematiques/microbarometres/description. html

4. Дифференциальный микробарометр ISGM-03M, описание, Научно-технический центр "Геофизические измерения", 2013,4. Differential microbarometer ISGM-03M, description, Scientific and Technical Center "Geophysical Measurements", 2013,

http://ntcgi.ru/products/differential-mikrobarometr-isgm-03m.php http://ntcgi.ru/products/differential-mikrobarometr-isgm-03m.php

5. Устройство для измерения инфразвуковых колебаний среды (патент РФ № 2485455, МПК G01H 11/00, 20.06. 2013.5. Device for measuring infrasonic vibrations of a medium (RF patent No. 2485455, IPC G01H 11/00, 20.06. 2013.

Claims

A device for measuring infrasonic vibrations of a medium, comprising a housing, a first membrane connected to the environment and the medium inside the housing, a first capacitive membrane displacement sensor and a first amplifier-demodulator connected in series, as well as a first analog output of the device and a generator connected to the first capacitive sensor and the first amplifier-demodulator, characterized in that it additionally contains a bellows, a DC filter connected in series, a first comparator with an inverse input, a first AND circuit, a first timer and a control input of the first switch, a second comparator, a second AND circuit, a second timer and an input control of the second key, as well as the first, second, third, fourth, fifth and sixth inputs, the third key, the fourth key, a micromotor with a drive, mechanically connected to the bellows, connected between the outputs of the first and fourth keys, a third comparator connected in series with an inverse input, OR and input circuit control unit of the fifth key, as well as the fourth comparator connected to the second input of the OR circuit, the seventh and eighth inputs, the second membrane connected to the environment and the medium inside the housing, the second capacitive membrane displacement sensor, the second amplifier-demodulator, the first amplifier and an analog adder, as well as a second amplifier connected by the input to the first amplifier-demodulator, and by the output connected to the second input of the analog adder, the second and third analog outputs, the ninth and tenth inputs serially connected to the second analog output, the first feedback unit and the first magnetoelectric converter connected in series to the third analog output of the second feedback unit and the second magnetoelectric transducer, the first magnetoelectric transducer being connected to the first capacitive sensor and to the first membrane, the second magnetoelectric transducer connected to the second capacitive sensor and about the second membrane, the DC component filter is connected by the input to the analog adder, and the output is connected to the inputs of the second, third and fourth comparators, the analog adder output is connected to the first analog output, the outputs of the first and second timers are connected to the inverse second inputs, respectively, of the second and first circuits And, the control inputs of the third and fourth keys are connected to the outputs, respectively, of the second and first timers, the inputs of the first and third keys are connected to the minus of the power supply, the inputs of the second and fourth keys are connected to the output of the fifth key, the input of the latter is connected to the plus of the power supply, the output of the third key is connected to the output of the fourth key, the output of the second key is connected to the output of the first key, the first and sixth inputs are connected to the control inputs, respectively, of the first and second comparators, the second and fifth inputs are connected to the control inputs, respectively, of the first and second timers, third and fourth inputs are connected to the control inputs, respectively, of the first and second keys, the seventh and eighth inputs are connected to the control inputs, respectively, of the third and fourth comparators, the ninth and tenth inputs are connected to the control inputs, respectively, of the second and first amplifiers, the second and third analog outputs are connected to the outputs, respectively, of the first and second amplifiers-demodulators, the generator is connected to the second capacitive sensor and the second amplifier-demodulator, the first, second, third and fourth comparators are made with control over the thresholds, the first and second timers are made with control over the duration of the output signal, the first and second amplifiers are made in the form of broadband DC amplifiers with sensitivity control, the first and second feedback units are made in the form of a series-connected filter and amplifier, and the bellows is placed between the environment and the environment inside a hermetically sealed housing.