2.1. Проектні рішення вимірювача шуму

Шум є важливим аспектом сучасного життєвого середовища й визначення його параметрів більше не надається лише фахівцям акустиці й вимірювальній техніці. Саме ці фактори враховані в конструкції інтегруючих прецизійних шумомірів 2221 і 2222. Прилади 2221 і 2222 постачені всіма пристроями, потрібними при вимірах і дослідженнях шуму, і їхні характеристики задовольняють вимогам запропонованої рекомендації МЕК, що визначає параметри інтегруючих прецизійних шумомірів типу IP, і стандартів МЕК 651, т. 1, ДИН-МЕК 651, кл. 1 і ANSI S1.4-1971, т. 1.

Інтегруючі прецизійні шумоміри 2221 і 2222 автоматично визначають у чотирьох діапазонах еквівалентні рівні Lекв звукової експозиції РЗЕ й максимальні рівні звуку, тобто максимальні пікові значення зі зберіганням і максимальні середньоквадратичні значення зі зберіганням і динамічною

Визначення еквівалентних рівнів безперервного звуку Lекв ґрунтується на принципі рівної енергії й здійснюється шляхом усереднення рівнів, що змінюються, звуку із частотною корекцією А протягом точно певного інтервалу часу. Lекв є еквівалентним рівнем безперервного звуку з фіксованою амплітудою, скоректована схемою частотної корекції А енергія якого ідентична енергії дійсного звуку або шуму з амплітудою, що змінюється в часі. Відзначимо, що при цьому враховується ідентичний опорний інтервал часу. Отже,

де ро - опорне значення звукового тиску (20 мкПа), р(t) звуковий тиск, що змінюється в часі, скоректований схемою частотної корекції А, і Т - опорний інтервал часу (інтервал часу виміру).

Визначення рівнів звукової експозиції РЗЕ. Еквівалентний рівень звукової експозиції РЗЕ є рівнем, при фіксації якого протягом тимчасового інтервалу тривалістю 1 секунду виходить скоректована схемою частотної корекції А звукова енергія, ідентична енергії дійсного короткочасного звуку або шуму, і визначається виразом:

при цьому =1с.

Рівень звукової експозиції РЗЕ використовується при описі й оцінці короткочасних звуків і шумів.

Визначення максимальних середньоквадратичних значень із динамічною характеристикою «швидко» або «повільно» і зі зберіганням.

Максимальний рівень скоректованого схемою частотної корекції А звуку є максимальним середньоквадратичним значенням, певним протягом інтервалу виміру шумоміром зі стандартною динамічною характеристикою «швидко» (прилад 2221) або «повільно» (прилад 2222) і зберігаються у відповідному запамятовувальному пристрої. Максимальний рівень використовується при оцінці звуків і шумів з амплітудами, що змінюються.

Визначення максимальних пікових значень зі зберіганням

Максимальні пікові значення важливі саме при оцінці імпульсних звуків та їх шкідливого впливу на слух людини. Ці значення визначаються з урахуванням постійного часу наростання 30 мкс і лінійної частотної характеристики шумоміра.

Спрощену блок-схему інтегруючих презиційних шумомірів 2221 та 2222 наведено на рис. 2.1. Основні операції, що виконуються інтегруючими прецизійними шумомірами 2221 і 2222, ставляться до визначення еквівалентних рівнів Lекв на протязі інтервалів часу тривалістю до 2,77 годин. Оскільки рівні звукової експозиції (РЗЕ) та підлягаючі зберіганню максимальні рівні звуку визначаються на основі значень Lекв, нижче докладно розглядається принцип і метод виміру, обчислення та індикації еквівалентних рівнів Lекв.

Електричний сигнал, що віддається мікрофоном, підсилюється, піддається частотній корекції А й в блоках логарифмічного й анти логарифмічного перетворювачів зводиться у квадрат. Електронний інтегратор здійснює інтегрування сигналу шляхом підсумовування, видає імпульсний сигнал і при перевищенні заданого граничного рівня автоматично вертається у вихідний стан. Частота згаданого імпульсного сигналу пропорційна квадрату миттєвого значення, що впливає на мікрофон акустичного сигналу. Отже, загальне число імпульсів пропорційно сумарній дозі, накопиченої з моменту запуску процесу виміру й обчислення. Для визначення загального числа імпульсів передбачений електронний лічильник дози. Особливості вимірювача шуму:

1. Атоматичне повернення та відтворення з періодом 1с в режимі визначення і зберігання максимальних значень(*)

2. Т=1с в режимі визначення РЗЕ та зберігання максимальних значень (**)

Генератор із кварцовою стабілізацією частоти генерує тактові імпульси, рахунок яких забезпечує лічильник часу. Мікропроцесор обробляє видавану згаданими вище лічильниками інформацію, обчислює значення Lекв і керує відновленням показів цифрового індикатора. Цей процес повторюється через регулярні інтервали часу тривалістю 0,5 с. Відзначимо, що лічильники дози й часу вертаються у вихідний (нульовий) стан при включенні живлення й застосуванні керуючим поверненням системи натискної кнопки.

Процес визначення рівнів звукової експозиції РЗЕ аналогічний описаному вище, що відноситься до еквівалентних рівнів L_экв процесу. Єдине розходження полягає в тім, що при визначенні РЗЕ враховуються фіксовані інтервали часу тривалістю 1с, а не видавана лічильником часу інформація про дійсний минулий час.

Рис. 2.1

В режимах визначення та зберігання максимальних значень використовується спеціальний електронний пристрій. Цей пристрій визначає й зберігає максимальні значення, що підлягають подальшій обробці в процесі визначення Lекв. Еквівалентний рівень Lекв сигналу з незмінною амплітудою дорівнює миттєвому рівню останнього. Отже, результатом процесу обробки видаваної згаданим вище пристроєм інформації й обчислення Lекв є відповідне максимальне значення скоректованого схемою частотної корекції А і обробленого з обліком стандартної динамічної характеристики «швидко» чи «повільно» сигналу, або максимальне пікове значення сигналу без частотної корекції (лінійний діапазон від 20 Гц до 20 кГц).

Мікрофон. Інтегруючі прецизійні шумоміри 2221 і 2222 забезпечені поляризованим конденсаторним мікрофоном 4176 фірми Брюль і Кьєр. Цей півдюймовий мікрофон відрізняється лінійною частотною характеристикою в умовах вільного звукового поля при куті падіння звукових хвиль 0° (відповідно до рекомендації МЕК). Застосування включеного в комплект при поставці дифузора DZ 9566 сприяє забезпеченню лінійної частотної характеристики мікрофона 4176 в умовах дифузійного звукового поля ( у відповідності зі стандартами АNSI).

Вхідний каскад. Змінний вхідний предпідсилювальний каскад інтегруючих прецизійних шумомірів 2221 і 2222 має високий вхідний імпеданс, при зєднанні з високоімпедансним конденсаторним мікрофоном. Малий вихідний опір цього знімного каскаду дає можливість застосування відносно довгих сполучних кабелів.

Проблема частотної корекції, атенюатор і індикатор перевантаження.

Визначення частотної характеристики приладів 2221 і 2222, тобто вмикання та вимикання схеми частотної корекції А, відбувається автоматично відповідно до положення визначеного режиму їхньої роботи перемикача. Схема частотної корекції А використовується в режимах визначення еквівалентних їй Lекв і РЗЕ й максимальних значень із урахуванням динамічної характеристики «швидко» або «повільно». У режимі визначення та зберігання максимальних пікових значенні зчитується лінійний частотний діапазон від 10 до 20 кГц, а частотна корекція не здійснюється.

Від 25 до 145 дБ робочій динамічний діапазон підсилюючого блоку приладів 2221 і 2222 розділений на чотири піддіапазони. Спеціальний детектор перевантаження автоматично контролює амплітуду сигналів на вході й виході підсилювального блоку та при виявленні перевищення заданої межі значень сприяє включенню відповідного індикатора (^) у лівій частині індикаторного табло. Індикатор, що сигналізує про перевантаження, залишається на індикаторному табло до віку приладу 2221 або 2222 у вихідний стан.

Обчислення еквівалентних рівнів.

Еквівалентні рівні Lекв обчислюються протягом обумовлених лічильником часу тимчасових інтервалів. Тривалість цих інтервалів може доходити до 2,77 год. Про перевищення цього значення та, відповідно, про неправильне значення показу цифровим індикатором еквівалентного рівня сигналізує зірочка (*) індикатор у правій частині індикаторного табло. Відзначимо, що згадані вище межа та її перевищення взагалі не впливають на відображення цифровим індикатором значення РЗЕ. Передбачена позад у корпуса приладів і 2222 перевідна таблиця дає можливість визначення значень Lекв на основі обмірюваних значень РЗЕ та дійсного минулого часу.

Обчислення та збереження максимальних значень. У відповідних до визначення й зберігання максимальних значень режимах використовується спеціальний електронний пристрій. Це пристрій визначає й зберігає максимальне значення, отримує сигнал безпосередньо від виходу логарифмічного перетворювача (у режимі визначення й зберігання максимальних пікових значень) або від зєднаного із цим перетворювачем пристрою усереднення (у режимах визначення й зберігання максимальних середньоквадратичних значень із динамічною характеристикою «швидко» і «повільно»). Сигнал, що віддається згаданим вище електронним пристроєм подається на анти логарифмічний перетворювач, електронний інтегратор, лічильник і мікропроцесор, що здійснює потрібну обробку інформації та керуючий тим, що відбувається з періодом 1с процесом індикації та поновлення відображених цифровим індикатором максимальних значень.

Переривання. Шумоміри 2221 і 2222 можна відповідною затисненою кнопкою встановити в режим переривання циклу їхньої нормальної роботи. Переривання,що відносяться до визначення еквівалентних рівнів Lекв і РЗЕ режимів не супроводжується ні скиданням накопиченої інформації, ні поверненням цифрового індикатора у вихідний стан, а в режимах, відповідних до визначення й зберігання максимальних значень призводить до автоматичного фіксування показання цифрового індикатора.

Повернення. Шумоміри 2221 і 2222 повертаються у вихідний стан, або автоматично при зміні положення кожного з їхніх перемикачів (не ставиться до відповідного визначення Lекв і РЗЕ положенням визначальний режим роботи перемикачів), або під ручним керуванням за допомогою відповідної натискної кнопки.

Індикатор. Індикаторне табло приладів 2221 і 2222 містить цифровий індикатор зі 3 1/2 десяткової цифри та дозволом за рівнем 0,1 дБ. Покази цифрового індикатора відновляються через регулярні інтервали часу тривалістю 0,5 с у тих, що відносяться до визначення еквівалентних рівнів Lекв і РЗЕ режимах і з періодом 1 с у режимах визначення й зберігання максимальних значень. До складу індикаторного табло також входять спеціальні індикатори, що сигналізують про режими роботи та стан приладів 2221 і 2222:

«А»: частотна корекція А

«L»: лінійна частотна характеристика

«*»: перевищення максимально припустимого значення часу при визначенні еквівалентних рівнів

«^»: перевищення верхньої межі робочого динамічного діапазону (перевантаження)

«Ў»; догляд за нижню межу робочого динамічного діапазону

«ВАТ»: необхідність зміни елементів внутрішнього батарейного джерела живлення

«00.0»: перевірка цифрового індикатора

«- - -»: вихід за нижню межу робочого динамічного діапазону і/або затримка після повернення у вихідний стан.

Джерело живлення

Прилади 2221 і 2222 працюють від трьох внутрішніх лужних елементів, що відповідають рекомендації МЕК 20 і забезпечують їх струмом протягом приблизно 10 год. безперервної експлуатації.

Калібрування. При перевірці й калібруванні приладів 2221 і 2222 використовуються акустичний калібратор 4230 фірми Брюль і Кьєр. Що встановлюється на мікрофон шумоміра калібратор 4230 генерує звук з точно певними рівнем (94 + 0,3 дБ) і частотою (1 кГц).

Вихід сигналу змінного струму. Сигнал змінного струму, що віддається приладами 2221 і 2222 пропорційний підсиленому та профільтрованому сигналу від їхнього мікрофону. Верхній межі діапазону вимірів відповідає напруга 2 В (СКЗ). Вихідний сигнал змінного току можна реєструвати зовнішньою апаратурою.

Даний шумомір можна підєднати у більш складну систему (Рис. 2.2, 2.3.). В даній системі шумомір буде розглядатись, як датчик. І відповідно зявляються ще деякі пристрої та відалене робоче місце оператора, який стежить за показами датчика-шумоміра. Такі системи дуже зручно застосовувать у тих випадках, коли потрібно зробити вимірювання протягом значного відрізку часу. Завдяки таким системам людина, що знімає зачення не знаходиться в шумному седеровищі.

Рис. 2.2

Рис. 2.3

Основні частини систем:

1. ВШ - вимірювач шуму;

2. ПОС - пристрій обробки сигналів;

3. T/CDMA - телефон CDMA-стандарту (передача сигналів по радіоканалу);

4. ПВІ - пристрій відображення інформації

5. ТД - точка доступу;

6. moxa - промисловий сервер, здатний конвертувати сигнал в такий, що передається витою парою.

В першій схемі розглянуто стільниковий звязок, як засіб транслювання сигналу та компютер в якості ПОС.

В другій схемі для передачі інформації використано точку доступу (ТД), відповідно, інформація обробляється, а потім конвектується за допомогою промислового сервера (moxa).

Для передачі сигналу поданим каналам можна обчислити : відносну похибку, інформаційну здатність та частотно-квантову здатність.