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Die Erfindung betrifft einen Knalldrucksimulator zur reproduzierbaren Überprüfung von installierten Messketten für einmalige Knallereignisse, insbesondere Sprengungen.
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Knalldruckmessketten werden regelmäßig verwendet, um den Schalldruckpegel von Knallereignissen, insbesondere Sprengungen oder Geschosseinschläge, zu vermessen. Dabei sind Knallereignisse häufig aufwendig geplant und regelmäßig einzigartig und nicht wiederholbar. Der Dynamikbereich solcher Knalldruckereignisse liegt häufig um 183 dB bezogen auf den Schalldruck der Hörschwelle von 20 µPa.
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Eine solche Knalldruckmesskette umfasst regelmäßig einen Knalldruckaufnehmer, der einen Knalldruck in ein elektrisches Signal umwandelt, eine Signalleitung zur Weitergabe des elektrischen Signals und eine Auswerteelektronik, die das Signal auswertet und darstellt.
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Üblicherweise werden akustische Messketten vor dem zu vermessenden akustischen Ereignis überprüft. Dazu kann beispielsweise ein ähnliches akustisches Ereignis erzeugt werden und über die Auswerteelektronik festgestellt werden, ob alle Messketten plausible Darstellungen bieten. Weiterhin verfügt die Auswerteelektronik regelmäßig über Prüfprogramme, die eine korrekte Verbindung der Auswerteelektronik mit den Aufnehmern bestätigen können.
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Die Offenlegungsschrift
DD 273 369 A3 offenbart eine Anordnung zur Kalibrierung von Körperschall-Überwachungseinrichtungen, gekennzeichnet dadurch, dass an zu überwachenden Anlagenteilen ein Anschlagimpulsgeberangeordnet ist, der bei Erregung durch den mit ihm verbundenen Impulsgenerator Anschlagimpulse auf die Wandung der Anlagenteile abgibt, wobei der Schlagbolzen des Anschlagimpulsgebers mechanisch starr mit einem Impulsmesswert Aufnehmer gekoppelt ist, von dem die Impulsmesswerte auf eine Messeinrichtung gelangen und durch eine mit verbundene Anzeigeeinrichtung dargestellt werden; so dass durch Variation der Erregung des Anschlagimpulsgebers mittels Impulsgenerator ein vorgegebener Impulsmesswert eingestellt wird,
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Aus der Übersetzung der französischen Offenlegungsschrift
FR 2 704 459 A1 ist ein Kalibrierter Stoßgenerator mit einer Masse, die dazu bestimmt ist, auf ein einen Amboss bildendes Element zu schlagen, bekannt, dadurch gekennzeichnet, dass er einen ferromagnetischen Kern umfasst, der die Masse trägt, sowie einen Elektromagneten, der den Kern axial bewegt und der Masse von einer Ruheposition zu einer Position, wo die Masse auf das einen Amboss bildende Element auftrifft, wobei dieser Erzeuger auch Mittel umfasst, um nach dem Aufprall der Masse auf das Formelement ein Amboss, den Kern und die Masse zur0ckholen und in ihrer Ruheposition halten.
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Die Anordnungen sind bekannt zur Verwendung bei der Überwachung von Primärkreisläufen in Kernkraftwerken.
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Zur vergleichbaren Erzeugung von Schallereignissen offenbart die Offenlegungsschrift
DE 33 22 625 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen und/oder Kalibrieren von akustischen Überwachungseinrichtungen. Es wird eine Kalibrier-Schallquelle vorgeschlagen, welche insbesondere zur Simulation von Leckagegeräuschen bei Dampferzeugern dient. Über ein T-Stück, welches an einer Seite in einem Flüssigkeitsbehälter endet, wird Gas durch eine Düse in die Flüssigkeit geblasen. Das Gas wird über den Querkanal des T-förmigen Formteiles zugeführt. Das freie Ende des T-Stückes kann an die Struktur einer zu überwachenden Komponente angekoppelt werden. Die Rückstoßgeräusche des aus der Düse in die Flüssigkeit austretenden Gases können so nach rückwärts auf eine Komponente übertragen werden, wo sie zur Kalibrierung des akustischen Überwachungssystems dienen. Die Vorrichtung hat den Vorteil, dass Leckagegeräusche wirklichkeitsnah simuliert werden können.
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Nachteilig an dieser Lösung ist, dass das Schallereignis wiederholbar sein muss. Bei Fließgeräuschen von Fluiden ist dies der Fall, bei Sprengungen jedoch nicht.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 199 47 583 A1 ist daher ein Schalldruck-Kalibrator bekannt, der unabhängig vom tatsächlichen Ereignis kalibrierbar ist und zusätzlich für Schalldrücke oberhalb von 124 dB geeignet und am eingebauten Schalldruckmessgeber adaptierbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schalldruck-Kalibrator aus einem Pistonphon und einem an den Ausgang des Pistonphons angeschlossenen Hochdruckadapter besteht, dass der Hochdruckadapter als Resonator wirkt und dass der Hochdruckadapter mit einer aufgeweiteten Adapteröffnung schalldicht mit dem in der Struktur eingesetzten Schalldruckmessgeber verbunden ist. Die Lösung findet Anwendung in einem Schalldruck-Kalibrator für die Kalibrierung eines Schalldruckmessgebers, der in eine Struktur integriert ist.
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Es wird parallel zur eigentlichen Messkette ein Signal aufgenommen und die Werte werden verglichen um die zu untersuchende Messkette zu kalibrieren. Nachteilig an der Vorrichtung ist, dass kein Signal erzeugt werden kann. Die Lösung ist zur Kontrolle von Messketten für einmalige Knallereignisse ebenfalls nicht geeignet.
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Die europäische Patentschrift
EP 0 276 407 B1 offenbart eine Einrichtung zum Kalibrieren eines Körperschall-Überwachungssystems, bestehend aus einem Stößel, der durch Elektromagnete gegen einen Körper, welcher Sensoren eines Körperschall-Überwachungssystems zur Überwachung des Körpers trägt, zu bewegen ist, wobei in einem Gehäuse den Stößel umfassend eine Beschleunigungsspule zur Beschleunigung des Stößels auf den Körper zu angeordnet und mit einer Steuereinheit zur Steuerung der Bewegung des Stößels verbunden ist. Die Einrichtung ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse den Stößel umfassend eine Hubspule, durch die der Stößel gegen einen Anschlag am Gehäuse vom Körper weg zu bewegen ist, angeordnet und mit der Steuereinheit verbunden ist, die dazu mit am Anschlag und am Aufschlagpunkt des Stößels angeordneten Kontakten in Verbindung steht.
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Weiter ist aus der Offenlegungsschrift
DD 237 373 A1 eine Anordnung zur elektromechanischen Kalibrierung von Körperschäll-Messketten mit einer Erregerquelle, die die Aufnehmer der Messkette definiert anregt und auf deren Signale die an einem gewählten Messplatz über die Messkette aufgenommenen Schallimmissionen zwecks Korrektur bezogen werden, gekennzeichnet dadurch, dass ein elektromechanischer Fallkörperimpulsgeber in Serie mit einer Eingabeeinrichtung, Zähleinrichtung, einem Taktgenerator und einem Verstärker gekoppelt ist und am Messort auf dem gewählten Messobjekt in unmittelbarer Nähe zu ebenfalls auf diesem fixierten Körperschallaufnehmern angeordnet ist.
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Beide Kalibriereinrichtung sind nachteiligerweise auf eine externe Energieversorgung angewiesen.
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Zuletzt wird auf der Internetseite der Fa. Synotech, Hückelhoven, www.synotech.de, ein akustischer Präzisionskalibrator vorgestellt. Das Modell CAL 250 emittiert einen Ausgangspegel von 114,0 dB bei einer Frequenz von 250 Hz. Das batteriebetriebene Gerät ist geeignet für 1-Zoll-Mikrofone und in Verbindung mit entsprechenden Adaptern auch für 1/2", 1/4" und 1/8" Mikrofone, sowie Schallpegelmesser.
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Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die zu kalibrierenden Kondensatormikrofone für Sprengungen nicht geeignet sind. Der Messbereich bei PCB Druckaufnehmern für Sprengungen beginnt etwa bei 155-160 dB. Unterhalb dieser Schallwerte wird der Quarz nicht angeregt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Knalldrucksimulator zur reproduzierbaren Überprüfung von installierten Messketten für einmalige Knallereignisse, insbesondere Sprengungen vorzuschlagen, der ohne externe Energiequellen betrieben wird.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass kein Knalldruck erzeugt wird, sondern erfindungsgemäß durch Körperschall ein Ereignis von etwa 183 dB suggeriert wird. Um eine definierte Schwingung zu erhalten muss zur Erzeugung ein Widerstand überwunden werden, der eine entsprechende Kraft voraussetzt.
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Um Einflüssen aufgrund der Schallübertragung vorzubeugen, wird die Schwingung direkt als Körperschall von dem Knalldrucksimulator auf den Schallaufnehmer übertragen. Hierfür wird eine Umhüllung seitens des Knalldrucksimulators über den Knalldruckaufnehmer platziert und die Stirnseiten der Komponenten zur Anlage gebracht. Der Signalimpuls wird reproduzierbar erzeugt und übertragen.
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In der rauen Umgebung von Sprengungen werden erfahrungsgemäß Knalldruckaufnehmer mit einem mittleren Aufnahmebereich von etwa 170 - 190 dB verwendet. Es ist vorteilhaft auch den Kontrollimpuls im mittleren Messbereich zu erzeugen. Erfindungsgemäß wird der Kontrollimpuls daher bei etwa 180 - 185 dB erzeugt und überprüft.
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Eine einfache und robuste Ausgestaltung der Erfindung wird erreicht, sofern der Schwingungserzeuger ein mechanischer Taster ist. Durch die Betätigung des Tasters auf Anschlag wird eine Schwingung per Körperschall auf den Knalldruckaufnehmer übertragen der einen Knalldruck im Bereich von etwa 183 db suggeriert.
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Um den Messwert reproduzierbar zu erzeugen ist der Taster mit einer Rückhaltekraft ausgerüstet, die zunächst überwunden werden muss. Da die Überwindungskraft immer gleich groß ist, ist auch die Betätigungskraft mit der der Taster auf Anschlag betätigt wird und durch den der Körperschall erzeugt wird, gleich groß. Eine gleiche Betätigungskraft erzeugt auf gleichem Anschlag den gleichen Impuls, sodass der Ausgangsimpuls des Knalldrucksimulators bei jeder Betätigung identisch ist. Die Rückhaltekraft wird vorteilhafterweise durch einen Magnet erzeugt. Ein Magnet hat den Vorteil, dass das Magnetfeld mit zunehmender Entfernung schnell abnimmt und dem Taster nach dem Überwinden der Rückhaltekraft auf seinem Weg zum Anschlag nichts entgegenhält.
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Auf diese Weise kann der Taster einen ungedämpften Signalimpuls beim Aufschlag erzeugen. Selbstverständlich kann auch der Magnet durch Teile des Tasters bewegt werden und seinerseits einen Körperschall beim Aufschlag erzeugen.
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Zum besseren Verständnis wird folgender Funktionsablauf beschrieben. Der Knalldrucksimulator wird von der Hand des Betreibers mit Zeige- und Mittelfinger erfasst. Der Daumen berührt die Druckfläche des Tasters. Der Taster wird durch die Magnetkraft in der ausgerückten Position gehalten. Der Knalldrucksimulator wird über den Knalldruckaufnehmer geschoben, bis die Stirnseite des Knalldruckaufnehmers an dem Knalldrucksimulator anliegt. Durch Druck auf den Taster steigt die Auslösekraft an, bis diese die Magnetkraft überwindet und der Taster von der ausgerückten in die eingerückte Position bewegt wird. Sobald der Taster bzw. der Magnet auf den Anschlag der eingerückten Position treffen, wird ein Körperschall erzeugt, der auf den Knalldruckaufnehmer übertragen wird und einem Knalldruck von 180-185 dB entspricht. Der Körperschall wird vom Knalldruckaufnehmer in ein elektrisches Signal gewandelt und kann als Referenzsignal zur Funktionsprüfung und zur Kalibrierung verwendet werden.
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Es zeigt die einzige 1 einen erfindungsgemäßen Knalldrucksimulator in einer seitlichen Schnittdarstellung
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Es zeigt 1 einen Knalldrucksimulator 1, der einen Knalldruckaufnehmer 2 formschlüssig umgibt und an der Stirnseite 3 anliegt. Der Knalldrucksimulator 1 weist ein ringförmiges Bodenelement 4 auf. Das ringförmige Bodenelement 4 ist mit einer Anlagefläche 5 ausgeführt um durch Zeige- und Mittelfinger der Hand des Betreibers gehalten zu werden. Auf das ringförmige Bodenelement 4 ist ein Taster 6 montiert. Der Taster 6 ist durch den Daumen des Betreibers zu betätigen. Der Taster 6 weist einen Magneten 7 auf. Der Magnet 7 ist ausgelegt um eine definierte Betätigungskraft für das betätigen des Tasters 6 zu fordern. In einer ausgerückten Position hat der Magnet 7 eine kraftschlüssige Verbindung zum Deckel 8 aus magnetischem Material. Durch Betätigung des Tasters 6 wird die Magnetkraft überwunden und der Magnet 7 schlägt zur Körperschallerzeugung auf das ringförmige Bodenelement 4.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Knalldrucksimulator
- 2
- Knalldruckaufnehmer
- 3
- Stirnseite
- 4
- Bodenelement
- 5
- Anlagefläche
- 6
- Taster
- 7
- Magnet
- 8
- Deckel
