Вимірювач шуму

АНОТАЦІЯ

Дипломний проект оформлений у вигляді пояснювальної записки, що містить 99 аркушів, ілюстрацій і графічної частини — 7 аркушів формату А1.

Дипломний проект присвячений розробці універсального пристрою для вимірювання характеристик акустичного оточення, що може працювати як і у автономному режимі, так і у режимі інтелектуального датчика. Використання комп’ютера дозволяє робити обробку отриманої інформації, а також її зберігання з ефективним використанням запам’ятовувальних пристроїв.

Розробка виконана з використанням імпортної елементної бази.

ANNOTATION

The degree project is made out as an explanatory note containing 99 sheets, illustrations and a graphic part containing 7 sheets of А1 format.

The degree project is devoted to development of the device for acoustic environment measuring. It functions as in autonomous mode as in intellectual sensor mode.

Using of a computer allows to make processing of the received information, and its storage with an effective utilization of storage devices.

Development is executed with use of import element base.

ЗМІСТ Вступ…7

1. Вимоги до характеристик вимірювача шуму…8

1.1. Аналіз характеристик типових вимірювачів шуму…8

1.2. Вимоги до сучасних вимірювачів шуму…12

2. Вибір та обґрунтування технічних рішень …21

2.1. Проектні рішення вимірювача шуму… …21

2.2. Розрахунок джерела напруги… …30

2.3. Розрахунок підсилювача… … …31

2.4. Можливості оператора… … …34

2.5. Розрахунок надійності… … …41

3. Помилки вимірювання шумових характеристик… …44

3.1. Класифікація вимірів по точності… …44

3.2. Помилки, пов’язані з частотною характеристикою чутливості

вимірювача шуму…47

3.3. Помилки, пов’язані з чутливістю селективного вимірювального тракту…49 3.4. Помилки, пов’язані з направленістю мікрофона… …50

3.5. Помилки, пов’язані з характеристикою детектора…51

3.6. Помилки, пов’язані зі звуковим полем…52

3.7. Помилки, пов’язані з акустичними завадами… …56

3.8. Методи зменшення помилок вимірювання шуму… …58

4. Економічна частина… …60

4.1. Аналіз ринку… …60

4.2. Оцінка рівня якості виробу… …65

4.3. Оціка конкурентноспроможності виробу… …70

4.4. Розрахунок собівартості системи вімірювання шуму… …71

4.5. Основна заробітна плата…73

4.6. Нижня межа ціни…77

4.7. Визначення мінімального обсягу виробництва продукції…78

5. Охорона праці…81

5.1. Вступ …81

5.2. Санітарно-гігієнічна оцінка приміщення …81

5.3. Аналіз шкідливих виробничих факторів при виконанні роботи, і розробка

інженерних рішень для їх нормалізації… … … …83

5.3.1. Мікроклімат… … … …83

5.3.2. Освітлення робочої зони… …84

5.3.2.1. Природне освітлення… …85

5.3.2.2. Штучне освітлення… …89

5.3.3. Електромагнітні та електростатичні поля ВДТПЕОМ… …90

5.4. Електробезпека … … …92

5.5. Пожежна безпека… … …93

5.6. Висновки… … … …94

Висновки… …96

Література… … …97

ВСТУП

Шум є важливим аспектом сучасного життєвого середовища. Для людини фактор шуму грає не останню роль у житті. Дослідженнями доведено, що навіть шум помірної інтенсивності, погіршує працездатність, особливо при розумовому навантаженні. Негативний вплив шуму сильніший, якщо вище його тональність, тривалість впливу та неоднорідність спектрального складу (в результаті імпульсних складових й окремих включень чистого тону).

Під тривалим впливом сильного шуму від 90 дБ і вище можуть виникати в людини порушення слуху, розлад нервової системи. Також шум сприяє захворюванням серцево-судинної системи. В останні роки з’явився навіть спеціальний термін «шумова хвороба».

На сучасних підприємствах спостерігається тенденція збільшення потужності виробничого встаткування, швидкості руху його частин, підвищення ступеня механізації виробничих процесів, а також впровадження в технологію виробництва різних коливальних процесів. Все це приводить до збільшення інтенсивності й часу впливу шуму на людину.

Для органів санітарної інспекції та служби охорони праці боротьба з усіма видами шумів — виробничими, вуличними, побутовими — обумовлює одну з найважливіших функцій на підприємствах. Відповідно, виробництва де рівень шуму перевищує припустимі норми, підпадають під категорію шкідливих.

Вимірювання шумових характеристик здійснюють за допомогою спеціальних приладів — шумомірів. Шумомір являє собою автономний переносний прилад, який дозволяє вимірювати безпосередньо в децибелах рівні інтенсивності звуку в широких межах відповідно до стандартних рівнів. Сучасні прилади укомплектовані додатково ще й програмним забезпеченням, за допомогою якого можна аналізувати та зберігати статистичні данні на ПК.

Діючим законом України «Про внесення змін до деяких законодавчих актів України щодо захисту населення від впливу шуму «від 03.06.2004 було значно посилено контроль і відповідальність за порушення законодавчих вимог та інших нормативно-правових актів щодо захисту населення від шкідливого впливу шуму.

Часто виникає питання щодо можливості контролю акустичного середовища у багатьох приміщеннях підприємств з метою виявлення, реагування на відхилення від норми, подальшої обробки інформації та її зберігання.

Відповідно метою даної роботи є аналіз існуючих аналогів та створення універсальної системи для контролю шумових характеристик, яка могла б працювати в автономному переносному режимі, так і у складі апаратно-програмного забеспеченні. Система повина бути надійною, практичною та мати просте керування, щоб забеспечити можливість швидкого засвоєння навичок робити.

1. Вимоги до характеристик вимірювача шуму.

1.1. Аналіз характеристик типових вимірювачів шуму

Вимірювальна апаратура Шум машин може вимірюватися різними приладами. З декількох послідовно з'єднаних приладів утвориться так званий вимірювальний тракт. Залежно від умов проведення вимірів, способу реєстрації одержуваних результатів і інших обставин кількість приладів, що входять у вимірювальний тракт, може змінюватися в широких межах. У найбільш загальному виді застосовувані на практиці тракти для виміру шуму представлені на рис. 1.1. Блок-схема універсального вимірювального тракту Рис. 1.1

Прилади, зазначені в блок-схемі, дозволяють вимірювати рівні звукового тиску шуму; рівні звуку; спостерігати на екрані осцилограми значення звукового тиску шуму; реєструвати зміни рівня звукового тиску в часі; досліджувати частотні спектри шуму та реєструвати спектрограми; досліджувати статистичні характеристики шумів (якщо в числі інших приладів є відповідний статистичний аналізатор) і інші характеристики. Застосування додаткових методів обробки результатів вимірів дає можливість також визначати рівні звукової потужності джерела шуму й характеристики направленості його випромінювання.

Зображені на рис. 1.1. перемикачі показують різні варіанти з'єднання приладів. Найчастіше ці з'єднання здійснюються екранованими кабелями зі штекерами на кінцях. Іноді два або три прилади поєднуються в загальному корпусі, що спрощує користування ними, оскільки при цьому кабельна комутація заміняється внутрішніми постійними лініями, позначеними перемикачами. Наприклад, часто поєднуються шумомір і частотний аналізатор; існують прилади, у яких, крім названих блоків, входить самописний реєстратор рівня або осцилограф.

У більшості випадків при визначенні шумових характеристик можна обмежитися шумоміром і частотним аналізатором, іноді цей комплект доповнюється самописцем. В деяких випадках шум може бути попередньо записаний на носій інформації та надалі, вже в лабораторних умовах, проаналізований на стаціонарній апаратурі.

Шумоміри призначені для виміру рівнів звуку, що відповідають стандартним характеристикам. Частотні характеристики вимірювального тракту й шумоміра наведені в табл. 1.1.

Рекомендується використовувати характеристику, А при вимірі рівня звуку й лінійну характеристику для спектрального аналізу. Допускається використання характеристики C замість лінійної. Крім того, шумомір, зазвичай, застосовується, як вхідний блок у більшості акустичних вимірювальних трактів і призначається для перетворення акустичного сигналу в електричний і посилення. По-принципу дії шумомір являє собою вольтметр із частотними характеристиками, що перемикаються, і ступінчатою регульованою чутливістю. Шумомір повинен працювати в широкому динамічному діапазоні рівнів приблизно від 20—25 до 130—140 дБ. При вимірах шумів з найнижчими рівнями використовується максимальне посилення вимірювального тракту. Щоб уникнути перевантаження підсилювача при вимірах шумів середньої інтенсивності напруга, посилена першим каскадом, послабляється атенюатором у певне число раз. При вимірах інтенсивних шумів напруга, що знімається з мікрофона або мікрофонного трансформатора, виявляється досить великою, щоб перевантажити навіть перший каскад підсилювача. Тому між мікрофоном і першим каскадом також включений атенюатор. Звичайно обидва атенюатора регулюються однією ручкою, однак є шумоміри, у яких кожен атенюатор має свою ручку (фірма «Брюель і Кьєр»). Атенюатори змінюють посилення шумоміра щаблями по 10 або 20 дБ.

Таблиця 1.1

Відносні частотні характеристики вимірювальних трактів і шумомірів

Для виміру рівнів звуку в тракт шумоміра між каскадами підсилювача вмикаються коригувальні ланцюги RС, зазвичай керовані спеціальним перемикачем. Далі сигнал надходить на підсилювач. З його виходу посилена напруга подається на випрямляч стрілочного приладу й на вихідні гнізда, до яких можуть підключатися частотні аналізатори, самописці та інші прилади. Призначення випрямляча — продетектувати змінну електричну напругу для можливості виміру її магнітоелектричним стрілочним приладом. Шкала приладу градуюється в децибелах. Вимірювальний рівень звукового тиску або рівень звуку визначається алгебраїчною сумою показань атенюатора та стрілочного приладу.

Коефіцієнт підсилення шумоміра повинен бути постійним. Звичайно в шумомірі є пристрій для калібрування підсилення електричного тракту. Рекомендується спосіб калібрування, що включає весь тракт, починаючи з мікрофона.

1.2. Вимоги до сучасних вимірювачів шуму

На сьогоднішній день існує велика кількість приладів, що служать для вимірювання рівня шуму й проведення його спектрального аналізу. Найчастіше ці прилади являють собою складні дорогі програмно-апаратні комплекси, що відрізняються високою точністю й надійністю.

Очевидним лідером у виробництві приладів, що вимірюють рівень шуму є фірма Bruel & Kjear, прилади якої дуже відомі у світі та відрізняються великою надійністю і вартістю.

У зведених таблицях можна визначити всі переваги та недоліки сучасних аналогів, які пердставлені на українському ринку.

Таблиця 1.2

Зведена таблиця сучасних вимірювачів шуму

Таблиця 1.3

Зовнішній вигляд вимірювачів шуму

До сучасних шумомірів в комплекті постачаєсться тажож програне забеспечення. Характеристики аналізатора можна змінити шляхом заміни пакета програмного забезпечення. Опції програмного продуктів, забезпечуючи автоматичну вибірку подій, запис даних, дозволяють розширити можливості системи. Шумомір можна підключати до персонального комп’ютера та до цифрового магнітофону для запису звуку, так само можна використовувати модем при роботі з аналізатором. Сполучення потужних апаратних засобів і програмного забезпечення перетворює аналізатор у потужний прилад, що дозволяє вирішувати всі питання, виникаючі при дослідженні звукових сигналів. Крім того вибираючи те або інше програмне забезпечення, користувач може розширити можливості системи. Програмне забезпечення поставляється завантаженим на карти пам’яті. Можливості програного забеспечення наведенні у таблиці 1.4.

Таблиця1.4

Можливості програного забеспечення

Розроблені три пакети програмного забезпечення: BZ7201 — пакет для октавного аналізу, BZ7202 — пакет для октавного й 1/3 октавного аналізу, BZ7206 — пакет програмного забезпечення для проведення октавного й

1/3 октавного аналізу в розширеному частотному діапазоні 8 Гц — 20 кГц.

Таблиця 1.4 (продовження)

Таблиця1.4(продовження)

Таблиця1.4(продовження)

Порівняємо набір технічних характеристик у наведеній таблиці, зокрема частотну корерцію (принцип дії роздлядується нижче), та калібрування.

Для отримання інформації пророзподіл частот застосовується набір частотних коригувальних фільтрів, характеристики яких індексовані літерами А, В, С (Рисунок 1.2). Характеристика з індексом С мало залежить від частоти в значній частині звукових частот, у той час як характеристика з індексом, А перебуває в сильній залежності від частот нижче 1000 Гц. Порівнюючи частотну характеристику, А с кривими рівня рівної гучності для чистих тонів можна виявити деяку подібність між останніми й оберненою А_ характеристикою. Навіть незважаючи на те, що процес сприйняття звуків людиною набагато складніше апроксимації за допомогою частотної корекції, як це представлено кривою А, в багатьох випадках інформація може бути отримана в результаті вимірів за допомогою апаратури за характеристикою А. Останній довід також підтверджується тим, що існуючі національні й міжнародні стандарти, що регламентуюсь вимірюванні та оцінці рівня шуму головним чином рекомендують застосування коригувальної характеристики А.

Рис. 1.2

Для того, щоб розрізняти фізичні вимірювання рівнів звукового тиску в децибелах (дБ) (без частотної корекції) від суб'єктивного виміру рівнів гучності у фонах і вимірів, зроблених за допомогою однієї з уведених стандартних частотних характеристик А, В, С (або D), прийнята міжнародна угода про те, що результати останнього виду вимірів повинні бути виражені у вигляді рівнів звуку з використанням шкали децибел із вказівкою виду частотної коригувальної характеристики А, В, або С (або D). Якщо, наприклад, шум вимірюється з використанням корекції А, то результат повинен бути представлений у вигляді дБ (А). Аналогічно, якщо виміру шуму проводилися з використанням корекцій В та С (або D), ці результати повинні бути виражені відповідно дБ (В), дБ© або дБ (D).

Існують випадки, коли при вимірюваннях необхідна набагато більш вичерпна інформація про рівень шуму. Цю інформацію можна одержати, проводячи частотний аналіз шуму; аналіз, що часто проводиться у вигляді октавних, третинооктавних або ще більш вузьких смуг частот. З докладного частотного аналізу спектра шуму може бути отримана найбільш придатна інформація про звук, що досліджується.

2. Вибір та обґрунтування технічних рішень

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 запам’ятовувальному 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 з'єднанні 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 з'єднаного 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 ½ 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 зв’язок, 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.

2.2. Розрахунок джерела напруги

Джерело напруги будується на мікросхемах MC34063 фірми Motorola. Застосування таких мікросхем дозволяє одержати необхідну напругу +5 В и -5 В при вхідній напрузі від 6 В до 20 В. Це важливо при живленні від батарей, тому що напруга батареї може значно мінятися в міру її розряду. При живленні від зовнішнього джерела застосування подібних мікросхем вигідно тим, що не потрібно високої точності джерела напруги.

Типова схема підключення MCP34063 показана на рис. 2.4. (Схема підключення MCP34063 у режимі Step-Down).

Рис. 2.4

Крім того, застосування MC34063 дозволяє досить легко одержати інверсну напругу, необхідне для живлення операційного підсилювача. Типова схема такого підключення показана на рис .2.5. (Схема включення MCP34063 у режимі Inverting)

Рис. 2.5

Зробимо розрахунок параметрів схеми.

Вхідні дані: бажана вихідна напруга V_out = 5B, мінімальна вхідна напруга V_in = 7B, мінімальна частота коливань F_min = 200 кГц.

З отримуємо V_sat = 1.5 В.

Відношення часів вмикання/вимикання:

.

мкс.

Тоді з попередніх формул час вимикання:

мкс,

мкс.

Значення ємності дорівнює:

мкФ.

Значення індуктивності дорівнює:

мкГн.

Аналогічні номінали елементів використовується і для схеми включення, що інвертує.

2.3. Розрахунок підсилювача.

В якості схеми підсилювача виберемо стандартну схему включення транзистора із загальним емітером (Рис. 2.6). Роздільний конденсатор С1 служить для передачі на вхід транзистора VT1 посилюваної змінної напруги, а також виключає влучення на вхід транзистора постійної напруги. Резистори R1 і R2 утворюють дільник для отримання необхідної напруги зсуву на базі транзистора. Резистор R1 і конденсатор C2 забезпечують температурну стабілізацію роботи підсилювача. У даній схемі резистор R_Н є навантаженням.

Рис. 2.6

Як транзистор VT1 виберемо широко розповсюджений КТ 315 Д з наступними параметрами:

1. максимальний струм колектора I _ДО MAX = 100 м, А ;

2. максимальна напруга колектор — емітер U _КЭ MAX = 40 В ;

3. максимальна розсіювана потужність транзистора P _МАХ = 150 м Вт ;

4. статичний коефіцієнт передачі h ₂₁ 50 .

Напруга живлення U _П приймемо рівним 9 В, тоді для визначення робочого режиму виберемо дві крайні точки: (U _КЭ = U _П, I _K = 0) і (U _КЭ = 0, I _K), де U _КЭ — напруга колектор — емітер, I _K — максимальний струм у навантаженні:

I _K = = = 45 (м А).

Для нормальної роботи транзистора виберемо робочу крапку :

I _K0 = = 23 (м А),

U _КЭ0 = = = 4.5 (В).

Тоді потужність, що виділяється в транзисторі :

P _K0 = I _K0 * U _КЭ0 = 23 * 4.5 = 103.5 (м Вт),

що не перевищує максимальну розсіювану потужність транзистора P _МАХ = 150 м Вт. Потужність, споживана підсилювачем від джерела живлення :

P ₀ = I _K0 * U _П = 23 * 9 = 207 (м Вт).

Для схеми із загальним емітером коефіцієнт підсилення по струму k _i приблизно дорівнює статичному коефіцієнту передачі h ₂₁. Базовий струм транзистора :

I _Б0 = = = 0.46 (м А).

Тепер визначимо номінали резисторів :

R1, R2, R3, де

I _Д — струм через дільник, I _Д 4* I _Б0 .

R1 3.9 (до Ом) ,

R2 560 (Ом) ,

R3 1 (до Ом) .

Коефіцієнт підсилення по напрузі визначається як: k _u = .

Звідси вхідний опір транзистора :

R _ВХ = = = 125 (Ом).

Ємність конденсатора С1 розраховується виходячи з того, що його опір по змінному струмові на найнижчій частоті повинен бути в багато разів менше вхідного опору :

С1 = 42.46 (мкФ).

Вибираємо найближчий — 50 мкФ.

Для заданої смуги частот ємність конденсатора С2 повинна бути рівной десяткам мікрофарад, візьмемо 20 мкФ.

Тепер розрахуємо стабілізатор напруги з необхідними параметрами. Вхідні ланцюги блока живлення складаються з понижувального мережного трансформатора й мостового випрямляча. Схема стабілізатора напруги показана на рис. 2.7

Рис. 2.7

Тому що споживана схемою потужність невелика, як стабілізатор DA1 візьмемо спеціально призначену мікросхему ДО142ЕН8А, що забезпечує вихідна напруга + 9 В и струм у навантаженні до 1 А. Дана мікросхема забезпечує коефіцієнт пульсацій на виході приблизно 0.03, що задовольняє завданню. Для нормальної роботи напруга на вході мікросхеми повинна бути не менш 12 Вольтів, тому конденсатори С1 і С2 вибираємо на робочу напругу 25 В и ємністю 500 мкФ.

2.4. Можливості оператора

Для приладу вимірювання шуму потрібен оператор, людина, що буде знімати та аналізувати отриманні данні. Утворена система з людини та приладу (машини) розглядається, як загальне ціле.

Будь-яка система людина-машина (далі СЛМ) покликана задовольняти певні потреби людини або суспільства. Для цього вона повинна мати низку властивостей, які закладаються під час її проектування і реалізуються у процесі її експлуатації. Згідно з державним стандартом ДЕСТ 2.116−71, властивість СЛМ — це об'єктивна особливість, яка виявляється в процесі експлуатації. Кількісна характеристика певної властивості системи має назву показника якості СЛМ, тобто кожна СЛМ має нескінченну множину властивостей, що визначають її якість. Під якістю розуміють сукупність властивостей, які характеризують сту-пінь придатності системи для використання її за призначенням, тобто її ефективність.

Нині поряд з основними показниками розробки та екс-плуатації технічних систем (продуктивність, надійність, еко-номічність) різко зросло значення таких показників, як ергономічність, екологічність, естетичність, котрі забезпечують досягнення соціальної ефективності нової техніки. Використання досягнень інженерної психології при проектуванні техніки й умов її функціонування сприяє підвищенню ефективності і якості праці, зручності експлуатації та обслуговування техніки, скороченню термінів її освоєння, поліпшенню умов праці, економії витрат фізичної і нервово-психічної енергії працюючої людини, підтриманню її високої працездатності. Участь людини-оператора у функціонуванні СТЛС зумовлює наявність специфічних властивостей, які визначають інтегральні характеристики зв’язку людини і машини в конкретних умовах зовнішнього середовища. Сукупність цих специфічних властивостей, котрі забезпечують можливість динамічної взаємодії людини з технічними засобами з метою виконання системою поставлених завдань у заданих умовах експлуатації, можна назвати ергономічністю системи. Ця інтегральна характеристика забезпечується певними інженерно-психологічними властивостями — системи, зокрема швидкодією, точністю, надійністю і напруженістю діяльності оператора.

Швидкодія, характеризується, часом проходження. Інформації до, замкненому колу «людина — машина», а точніше, часом функціонування СЛМ до досягнення певної мети, тобто тривалістю циклу регулювання:

Де

t — час обробки інформації в і-й ланці СЛМ;

k — кількість ланок СЛМ, в ролі яких виступають і технічні системи, і оператори.

Наприклад: t=1с, а ланок 4, тоді маємо T_u= 14

Цикл регулювання — це проміжок часу, за який виникає відхилення у системі і відбувається його ліквідування, тобто система стає такою, як задано програмою. Розглянемо цю характеристику на прикладі простої одно-контурної схеми регулювання.

Припустимо, що оператор повинен витримувати технічні параметри системи в заданих межах. Один із цих технічних параметрів, незалежно від дій оператора, почав відхилятися від заданого значення n1, до значення n0 котре розглядається як порушення в роботі системи. Інформація про це порушення з’явиться на приладах за час t1, який зумовлений інертністю системи вимірювання. Для її знаходження, сприйняття, обробки і прийняття рішення операторові не-обхідний певний, час t_г Крім цього, для виконання певних керуючих дій теж потрібен певний час —t₃, а для їхнього тривання в системі, з метою приведення цього параметра в норму, також необхідний певний час — t₄. Таким чином, проходження інформації по контуру управління визначається сумарним часом затримки інформації в окремих складових системи «людина — машина». Час проходження інформації; технічних частинах СЛМ (і) зумовлений технічними характеристиками системи. Час, необхідний на сприйняття інформації, прийняття рішень і виконання керуючих дій (і), залежить від самого оператора, цілей та умов його діяльності:

Наприклад ==0,5с, t₃=2с, t₂=2,5с =0,5+0,5+2+2,5=5,5с

Таким чином, оператор керує системою і регулює її ро-відповідно до певної програми, яка має часові характеристики. Виконання цієї програми залежить від технічних характеристик системи, які зумовлюють зовнішні, технічні, часові обмеження. Крім цього, людині-оператору притаманні свої внутрішні, психофізіологічні властивості, які теж зумовлюють певні часові обмеження. При цьому ці вну-трішні обмеження можуть змінюватися залежно від функ-ціонального стану оператора. Ось чому досягнення однієї і тієї ж мети відбувається по-різному не тільки у різних опе-раторів, але і в одного й того ж.

Та в конкретних умовах діяльності певний оператор може не відчуваючи напруження, витратити мінімальний час на знаходження, сприйняття, переробку інформації і прийняття рішень (), а також на введення цього рішення у систему через керуючі дії (). За таких умов час циклу ре-гулювання буде мінімальним:

Ящо витрачати на та на хоча б по 5 сек, то буде дорівнювати 11 секунд. Ця характеристика є показником внутрішніх обмежень оператора, його швидкісних можливостей, які залежать від швидкості перебігу нервових процесів.

Тепер звернемо увагу на зовнішні обмеження, які необ-хідно враховувати в діяльності оператора. Розглянемо той самий приклад, але припустимо, що оператор, сприйнявши відхилення параметра п за час, не реагував на нього, і воно (відхилення параметра п) наростало й надалі. Характер відхилення параметра п наведений на рис. 2.4. Характер залежності циклу регулювання () від параметра n

Рис. 2.8

Гранично допустиме відхилення даного параметра в системі —, збільшення якого призводить до відмови сис-теми, як бачимо з рис. 2. Останній момент, коли ще оператор може втрутитися у функціонування системи, є час, за умови, що командні дії оператор введе за час, і вони пройдуть у системі за час. Виходячи з цього, оператор у наведеному прикладі має певний вільний час понад мінімальний, який був названий резервним:

Слід зауважити, що поняття резервного часу введене умовно, оскільки в реальній діяльності виникають даткові затримки інформації, які збільшують час її обробки і реагу-вання на неї. До того ж резервний час, так би мовити, вміщує або враховує індивідуальні психофізіологічні розбіж-ності між операторами. Для оцінки рівня технічних обме-жень у часі використовують поняття ліміту і дефіциту часу. Говорячи про «ліміт», мають на увазі певні зовнішні обме-ження у часі. Термін «дефіцит» уживається тоді, коли відве-дений оператору час менший за мінімально необхідний для вирішення задачі. Але за рахунок саморегуляції деякі опера-тори можуть підвищити свої швидкісні можливості і уклас-тися у відведений час. Правда, тут постає питання: якою «ціною» це їм вдається?

З іншого боку, критерієм швидкодії є час вирішення за-дачі, тобто час від моменту реагування оператора на над-ходження інформації до моменту закінчення керуючих дій оператора. Звичайно, цей час прямо пропорційний кількості інформації, що переробляється оператором:

де, а і b — константи, що мають певний фізичний зміст: а — прихований час реакції, який залежить від модальності сиг-налу і приблизно дорівнює 0,2с; b — величина, яка зворот-на швидкості переробки інформації оператором і дорівнює 0,15/0,35 с/біт; H — кількість інформації в бітах.