Приборы для измерения уровня шума (шумомеры). Основные способы выполнения требований стандартов по снижению уровня звукового воздействия. Разработка структурной принципиальной схемы индикатора уровня шума. Классификация видов операционных усилителей.
Усилители можно разделить по многим признакам: виду используемых усилительных элементов, количеству усилительных каскадов, частотному диапазону усиливаемых сигналов, выходному сигналу, способам соединения усилителя с нагрузкой и др. Всемирная организация здравоохранения обращает внимание на недооценку общественностью влияния шума на здоровье, обращая внимание на неуклонное повышение фонового уровня шума, в частности в Европе. Приборы для измерения шума - шумомеры - состоят, как правило, из датчика (микрофона), усилителя, частотных фильтров (анализатора частоты), регистрирующего прибора (самописца или магнитофона) и индикатора, показывающего уровень измеряемой величины в ДБ. Каждому классу приборов соответствует диапазон измерений по частотам: шумомеры классов 0 и 1 рассчитаны на диапазон частот от 20 Гц до 18 КГЦ, класса 2 - от 20 Гц до 8 КГЦ, класса 3 - от 31,5 Гц до 8 КГЦ. Фирма Testo (Германия) выпускает измерители уровня шума Testo 815 (3 класс) и Testo 816 (2класс).Различают коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности Нелинейные искажения связаны с изменением спектрального состава сигнала при его передаче через усилитель. Она содержит входную цепь, которая обеспечивает режим работы усилительного элемента и ввод входного сигнала; управляемый источник напряжения или тока на одном из видов усилительных элементов; выходную цепь, которая обеспечивает передачу сигнала к нагрузке, и цепь обратной, которая определяет усилительные свойства усилителя. Входная цепь ОУ обычно выполняется по дифференциальной схеме, а это значит, что входные сигналы можно подавать на любой из двух входов, один из которых изменяет полярность выходного напряжения и поэтому называется инвертирующим, а другой не изменяет полярности выходного напряжения и называется - неинвертирующим. Если оба входа ОУ соединить вместе, то получившаяся схема будет иметь только один вход, а приложенный к нему сигнал называют синфазным Uсф=Uвх1=Uвх2.Итак, согласно заданию к курсовому проекту, я рассмотрела принцип работы и построения структурной и принципиальной схем индикатора уровня шума, удовлетворяющий всем заданным условиям.
Введение
Электроника является универсальным и исключительно эффективным средством при решении самых различных проблем в области сбора и преобразования информации, автоматического и автоматизированного управления, выработки и преобразования энергии. Знания в области электроники становятся необходимыми все более широкому кругу специалистов.
Усилители, одни из самых широко используемых устройств в радиотехнике. Усилители можно разделить по многим признакам: виду используемых усилительных элементов, количеству усилительных каскадов, частотному диапазону усиливаемых сигналов, выходному сигналу, способам соединения усилителя с нагрузкой и др. По типу используемых элементов усилители делятся на ламповые, транзисторные и диодные. По количеству каскадов усилители могут быть однокаскадными, двухкаскадными и многокаскадными. По диапазону частот усилители принято делить на низкочастотные, высокочастотные, полосовые, постоянного тока (или напряжения). Связь усилителя с нагрузкой может быть выполнена непосредственно (гальваническая связь), через разделительный конденсатор (емкостная связь) и через трансформатор (трансформаторная связь).
Все характеристики усилителя можно разделить на три группы: входные, выходные и передаточные. К входным характеристикам относятся: допустимые значения входного напряжения или тока, входное сопротивление и входная емкость. Обычно эти характеристики определяются параметрами источника входного сигнала.
Часто работа усилителя необходима в определенном спектре частот. Одним из вариантов решения подобных задач заключается в использовании усилителей низкой частоты.
Курсовая работа посвящена исследованию и разработке измерителя уровня шума. К таким блокам относится усилитель низкой частоты, генератор НЧ, цифровой вольтметр.
1. Измерение шума. Приборы для измерения уровня шума
Всемирная организация здравоохранения обращает внимание на недооценку общественностью влияния шума на здоровье, обращая внимание на неуклонное повышение фонового уровня шума, в частности в Европе. По сравнению с 80-ми годами в 90-е шумовой фон вырос на 26%. В большой степени это увеличение связывают с ростом числа автомобильного транспорта. Доказано, что превышение допустимых уровней шумового воздействия приводит к повышенной возбудимости нервной системы, ухудшению памяти, нарушениям кровообращения и другим негативным воздействиям.
Все методы измерения шума делятся на стандартные и нестандартные.
Стандартные измерения шума регламентируются соответствующими стандартами и обеспечиваются стандартизованными средствами измерения. Величины, подлежащие измерению, так же стандартизованы.
Нестандартные методы применяются при научных исследованиях и при решении специальных задач.
Измерительные стенды, установки, приборы и звукоизмерительные камеры подлежат метрологической аттестации в соответствующих службах с выдачей аттестационных документов, в которых указываются основные метрологические параметры, предельные значения измеряемых величин и погрешности измерения.
Стандартными величинами, подлежащими измерению, для постоянных шумов являются: · уровень звукового давления Lp, ДБ, в октавных или третьоктавных полосах частот в контрольных точках;
· корректированный по шкале А уровень звука LA, ДБА, в контрольных точках непостоянных шумов измеряются эквивалентные уровни Lpэк или LAЭК.
Приборы для измерения шума - шумомеры - состоят, как правило, из датчика (микрофона), усилителя, частотных фильтров (анализатора частоты), регистрирующего прибора (самописца или магнитофона) и индикатора, показывающего уровень измеряемой величины в ДБ.
По точности шумомеры делятся на четыре класса 0, 1, 2 и 3.
Шумомеры класса 0 используются как образцовые средства измерения; приборы класса
1 - для лабораторных и натурных измерений;
2 - для технических измерений;
3 - для ориентировочных измерений шума.
Каждому классу приборов соответствует диапазон измерений по частотам: шумомеры классов 0 и 1 рассчитаны на диапазон частот от 20 Гц до 18 КГЦ, класса 2 - от 20 Гц до 8 КГЦ, класса 3 - от 31,5 Гц до 8 КГЦ.
Для измерения эквивалентного уровня шума при усреднении за длительный период времени применяются интегрирующие шумомеры. Приборы для измерения шума строятся на основе частотных анализаторов, состоящих из набора полосовых фильтров и приборов, показывающих уровень звукового давления в определенной полосе частот. В зависимости от вида частотных характеристик фильтров анализаторы подразделяются на октавные, третьеоктавные и узкополосные. Частотная характеристика фильтра К( f ) =Uвых /Uвх представляет собой зависимость коэффициента передачи сигнала со входа фильтра Uвхна его выход Uвых от частоты сигнала f. Для измерения производственного шума преимущественно используется шумомер ВШВ-003-М2 , относящийся к шумомерам I класса точности и позволяющий измерять корректированный уровень звука по шкалам А, В, С; уровень звукового давления в диапазоне частот от 20 Гц до 18 КГЦ и октавных полосах в диапазоне среднегеометрических частот от 16 до 8 КГЦ в свободном и диффузном звуковых полях.
Рисунок 1.1. Измеритель уровня шума фирмы Testo: 1 - микрофон; 2 - измерительная головка; 3 - калибратор шума
Фирма Testo (Германия) выпускает измерители уровня шума Testo 815 (3 класс) и Testo 816 (2класс). Фирма QUESTTECHNOLOGIES, Inc. (США) выпускает ряд измерителей уровня шума 1 и 2класса. С помощью прибора RT-1000 (1 класс) можно получить результат в виде средневзвешенного значения с весовыми коэффициентами A, B, C и D по всему диапазону частот или средневзвешенные по октавам (рис. 1.2). Последние значения можно вывести на индикатор в форме таблицы или графика (рис. 1.3). Кроме того, шумомер можно подключить к персональному компьютеру и производить измерение непрерывно в течение 24 часов.
Рисунок 1.2. Измерители уровня шума фирмы QUESTTECHNOLOGIES, Inc.
Рисунок 1.3. Индикация результатов измерений прибором RT - 1000.
Если измерять уровень звука непосредственно в помещении, где установлен кондиционер, то мы измерим суммарный уровень шумов кондиционера, окружающей среды и отраженных сигналов от ограждений (стены, потолки, пол и др.) Поэтому измерение уровня звука кондиционеров производится в акустических "безэховых" камерах, имеющих низкий уровень собственных шумов и звукопоглощающие ограждения (рис. 1.4). Уровни шумов вентиляторов и канальных кондиционеров измеряются в трех точках: по входу, по выходу и от корпуса по ГОСТ 12.2.028-84 с использованием специальных зондов, поглощающих отраженные сигналы, (рис. 1.5) или в камерах, в которых можно измерить отдельно эти три вида шумов (рис. 1.6). Измерение шумов вентиляторов и кондиционеров в открытом пространстве - распространенная ошибка монтажников, наладчиков и даже контролирующих органов.
Рисунок 1.4.- Акустическая камера для измерения уровня шумов
Рисунок 1.5. Концевое поглощающее устройство для измерения шумов вентиляторов по ГОСТ 12.2.028-84
Рисунок 1.6. Измерение шумов вентиляторов в звукоизоляционных помещениях по ГОСТ 12.2.028-84
Таблица 1.1. Технические характеристики измерителей уровня шума Testo 816 (2 класс) и RT-1000 (1класс) фирмы QUESTTECHNOLOGIES, Inc.
Диапазон уровня измеряемых шумов DB (A) DB (C) 30-130 - 25-140 28-140
Время измерения, 123 мс, 1 с 10 мс
Длительность регистрации, ч - 24
Время непрерывной работы батарейного питания, ч 15 13
Наличие октавного фильтра Нет Есть
Наличие калибратора Есть Есть
Масса, г 170 500
Габаритные размеры, мм 168 х 72 х 27 85 х 279 х 50
2. Методы снижения уровня шума
Уровни шума, создаваемого оборудованием в различных помещениях и в разное время суток, оговариваются стандартами стран. Ими предусматриваются также методы измерения шума и характеристики измерительных приборов. Это, например, стандарт NF 831-123 "Шум, издаваемый холодильным оборудованием, снабженным герметичными и разъемными герметичными компрессорами. Правила испытания для измерения акустической мощности".
Кроме того, органы Госнадзора Украины признают правомерными только те протоколы испытаний уровня шума, которые произведены приборами, аттестованными метрологической службой Украины как приборы первого или второго класса. При этом требования к классу приборов у разных стран различные. Так, приборы для измерения уровня шума, относящиеся в Германии ко второму классу, сертификационными службами Украины относятся к третьему классу.
В технической документации заводов-производителей часто отсутствует ссылка как на стандарт, по которому определяется сам термин "уровень шума", так и на стандарт по методике измерения. Под параметром "уровень шума" некоторые производители приводят значения уровня звукового давления или уровня звуковой мощности. Это не позволяет потребителю правильно выбрать необходимое оборудование и однозначно сравнить уровень акустического воздействия оборудования на пользователя.
Основными способами выполнения требований стандартов по снижению уровня звукового воздействия являются: § выбор оборудования с допустимым уровнем шума;
§ установка оборудования с недопустимым уровнем шума в звукоизолированные помещения;
§ удаление оборудования на расстояние, обеспечивающее необходимое уменьшение шума (затухание);
§ создание локальной звукоизоляции для отдельных элементов оборудования, являющихся источником повышенного уровня шума.
При выборе оборудования с допустимым уровнем шума может оказаться, что оно не удовлетворяет другим требованиям технического задания. В этом случае, конечно, необходимо брать "шумное" оборудование, но принимать дополнительные меры по снижению шума в зоне расположения людей. Если есть возможность удалить сильно шумящий блок от места расположения людей, то эффект от расстояния до точечного источника звука (в сферическом звуковом поле) может быть определен по формуле: , ДБ,(2.1) где r - расстояния от источника шума до точки измерения уровня шума.
В случае излучения в полусферу (например, компрессорно-конденсаторный блок, установленный на крыше): , ДБ(2.2)
Однако в этих уравнениях не учтено затухание звука в воздухе, зависящее от частоты звука, температуры и влажности воздуха. В некоторых случаях это затухание может превышать 13 ДБ. Кроме того, необходимо учитывать направленность Q источника звука.
. (2.3)
Величина Q зависит от данного телесного угла, в котором излучается звуковая энергия.
Так, Q = 1 при телесном угле 2?; Q = 8 при ?/2 и т. д.
Когда оборудование находится вне помещения, эффективным способом снижения уровня шума является установка экранов.
Рисунок 2.1. Снижение уровня звука экраном. S - источник звука; P - точка измерения звука.
Возможно применение крышек, коробов или кожухов.
Если источник шума расположен в помещении, то необходимо учитывать поглощение звука стенами, полом и потолком. Частично звук отражается от ограждений. В этом случае уровень звукового давления определяется по формуле: , (2.4) где Sэкв - эквивалентная поглощающая поверхность помещения.
, (2.5) где Si - площадь поверхности помещения;
?i - коэффициент поглощения.
Рисунок 2.2. Коэффициент поглощения различных материалов: а - гладкая штукатурка; б - древесноволокнистая плита толщиной 2,5 см ; в - тоже, 5 см ; г - стекловата слоем 3 см ; д - совокупность пористых материалов, способных к резонансу; е - клеенчатая ткань, брезент, заполненный стекловатой; ж - многослойная фанера с воздушной прослойкой
Для уменьшения шумов в воздуховодах используются глушители со звукопоглощающим акустическим экраном и покрытиями.
3. Разработка структурной принципиальной схемы индикатора уровня шума
Операционный усилитель(ОУ)- это высококачественный усилитель, предназначенный для усиления как постоянных, так и переменных сигналов. Ранее такие усилители использовали главным образом в аналоговых вычислительных устройствах для выполнения математических операций (сложения, вычитания и т.д.),.это объясняет происхождение термина "операционный". В настоящее время очень широко используются операционные усилители в виде полупроводниковых интегральных схем.
Классификация усилителей.
Усилители можно разделить по многим признакам: виду используемых усилительных элементов, количеству усилительных каскадов, частотному диапазону усиливаемых сигналов, выходному сигналу, способам соединения усилителя с нагрузкой и др. По типу используемых элементов усилители делятся на ламповые, транзисторные и диодные. По количеству каскадов усилители могут быть однокаскадными, двухкаскадными и многокаскадными. По диапазону частот усилители принято делить на низкочастотные, высокочастотные, полосовые, постоянного тока (или напряжения). Связь усилителя с нагрузкой может быть выполнена непосредственно (гальваническая связь), через разделительный конденсатор (емкостная связь) и через трансформатор (трансформаторная связь).
Вывод
Итак, согласно заданию к курсовому проекту, я рассмотрела принцип работы и построения структурной и принципиальной схем индикатора уровня шума, удовлетворяющий всем заданным условиям.
Рассмотрела виды шума, изменение шума. А также рассмотрела и описала методы снижения уровня шума, указала приборы для измерения уровня шума.
Размещено на
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
