Установка для регистрации инфразвуковых волн

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

УСТАНОВКА ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ИНФРАЗВУКОВЫХ ВОЛН

А.В. Бальзаминов,

А.Г. Безрукин,

Л.С. Лоншаков,

Д.В. Романов

Физико-технический институт, НИУ ИрГТУ

Описана аппаратура измерений инфразвукового поля в прибайкальском регионе. Предложена конструкция аппаратного комплекса, основной функцией которого является регистрация сигналов инфразвукового диапазона, также рассмотрен метод калибровки устройства.

Ключевые слова: инфразвук; инфразвуковой микрофон; микробарограф; микробарометр.

Инфразвуковой микрофон предназначен для регистрации акустических сигналов инфразвукового диапазона от природных и антропогенных источников (рис.1).

Микрофон работает в диапазоне между длиннопериодными колебаниями атмосферного давления, которые регистрируются барографами, и слышимыми звуками, которые регистрируются звуковыми микрофонами. [1, 2].

Как известно, инфразвуком называются колебания воздуха с частотами от 0 до 20 Гц. Наиболее мощными источниками инфразвука являются штормовые области морей и океанов, активные процессы в земной коре (инфраакустические гравитационные волны ИГВ). Другими характерными источниками инфразвука являются: ядерные взрывы, метеориты, процессы в ближнем космосе, индустриальные и промышленные сооружения, некоторые виды животных. Разработанный инфразвуковой микрофон планируется использовать в качестве измерительного датчика для создаваемой инфразвуковой станции.

Рис.1. Структурная схема микрофона

Чувствительный элемент микрофона - дифференциальный датчик давления с мостовой схемой включения (рис. 2). Датчик имеет два акустических порта (входных отверстия) и четыре электрических вывода измерительного моста сопротивлений.

Для компенсации длиннопериодных колебаний атмосферного давления один из портов датчика подключен к опорной камере с капилляром. Объем камеры составляет 4 литра. Диаметр и длина капилляра подбирается в зависимости от требуемой нижней граничной частоты.

регистрация инфразвуковая волна

.

Рис. 2. Внешний вид датчика DUXL01D

Нижняя граничная частота регистрируемых колебаний

,

где: _ постоянная времени, ;

_ акустическое сопротивление, ;

_ вязкость воздуха, ;

_ температура воздуха;

_ длина капилляра;

_ радиус капилляра;

_ акустическая емкость, ;

м³ _ объем опорной камеры;

_ атмосферное давление.

Для нижней частоты 0,01 Гц при данном объеме опорной камеры внутренний диаметр капилляра составляет 0,32 мм. При дальнейшей эксплуатации для компенсации высокочастотных воздействий и ветровых помех потребуется использование пространственного фильтра [4].

Сигнал на выводах датчика имеет амплитуду от долей до единиц милливольт, поэтому применен трехкаскадный усилитель c балансировкой уровней (рис. 3), состоящий из инструментального усилителя AD620BN в первом каскаде и двух каскадов на операционных усилителях общего применения КР140УД8А.

Рис. 3. Усилитель

Для подавления высокочастотных составляющих электрического сигнала, и акустического и электрического происхождения, применен активный фильтр нижних частот (ФНЧ) шестого порядка с частотой среза 15 Гц (рис. 4).

Рис. 4. Фильтр нижних частот

Система калибровки инфразвукового микрофона. Калибровка микрофона заключается в создании внутри замкнутого объема давления, изменяющегося по заданному закону. Сам микрофон при этом соединен с объемом. Таким образом, для реализации процесса калибровки требуется специальная система, структурная схема которой представлена на рис. 5.

Рис.5. Структурная схема калибрующей системы

Система состоит из собственно микрофона соединенного с демпфирующей емкостью, калибратора, представляющего собой поршень, перемещаемый шаговым двигателем (рис. 6).

Изменение объема в емкости создается поршнем малых размеров (V = 5*10 ^{- 6} м³).

Учитывая, что процессы, происходящие в демпфирующей емкости близки к адиабатическим, использовано уравнение адиабатического процесса:

,

из которого следует, что

,

где Па _ среднее нормальное давление; м³ _ объем демпфирующей емкости, откуда максимальная амплитуда вариации давления в демпфирующей емкости (Па)

.

Поступательное движение поршня производится при помощи ленточного механизма передачи от вращательного движения шагового двигателя.

Рис.6. Схема калибратора

Скорость вращения двигателя выбирает оператор. Управление шаговым двигателем осуществляется путем набора на клавиатуре (рис.6) необходимой частоты от 0 до 9 Гц, с шагом 0,1 Гц.

Библиографический список

1. Пономарев Е.А. Исследование воздействия акустических импульсов на ионосферу с целью создания методики прогноза землетрясений: отчет. М.: Наука, 1987.

2. Руденко О. В., Солуян С. И. Теоретические основы нелинейной акустики: монография. М.: Наука, 1977.

3. Труды VIII Конференции молодых ученых. Секция «Физика околоземного космического пространства. БШФФ, 2005.

4. Пономарев Е.А., Ерущенков А.И., Турчанинов И.П. Прибор для регистрации инфраакустических гравитационных атмосферных волн. // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике солнца, 1974. Вып. 34.

Размещено на Allbest.ru