RU17806U1 - Устройство для измерения вибраций - Google Patents

Description

Устройство для измерения вибраций

Полезная модель относится к области виброметрии и может быть использовано в качестве измерителя вибраций.

Известен измеритель вибраций ( Константинов В.А., Трубников С.Г. Измерение малых перемещений и вибраций радиотехническими методами, Метрология,1972, № 5, с. 16-23), содержащий генератор СВЧ, двойной волноводный Т-образный мост, антенну, регулируемую нафузку, детектор и индикатор. Принцип работы измерителя основан на нарушении равновесия Т-образного моста при перемещении объекта.

Недостатками данной конструкции являются низкая чувствительность, сложность балансировки моста.

Известен также измеритель вибраций ( Griffin D.W. «MW interferometers for biological studies, Microwave journal, 1978, Vol 21, № 5, p. 69-72 ), содержащий трехплечий циркулятор, к одному плечу которого присоединен генератор СВЧ, другому - антенна, третьему - детектор с индикатором. В волноводе между антенной и циркулятором расположен штырь, формирующий опорный сигнал. Работа данного измерителя основана на сравнении двух сигналов : отраженного от объекта и опорного.

Недостатками данного устройства являются низкая чувствительность, фомоздкость конструкции, сложная настройка.

Известен также измеритель вибраций ( Коломейцев Ф.И., Быстряков Н.П., Снежко Е.М... Харагай Г.И., СВЧ установка для измерения вибраций. Измерительная техника, 1971, Не 11, с. 45-46 ), содержащий соединенные волноводом генератор СВЧ, измерительную линию с детектором, к которому подключен индикатор, и антенну.

МПК: G 01Н 9/00 Данный измеритель имеет низкую чувствительность, так как детектор фиксирует

только изменение фазы отраженной волны.

Известен также измеритель вибраций, содержащий последовательно соединенные генератор СВЧ, детектор с подключенным к нему индикатором и антенну. В устройстве имеют место два эффекта - фазовый и амплитудный, сложение которых позволяет повысить ток детектора, то есть увеличить чувствительность измерителя, см. патент РФ Ш 2025669, кл. G 01 М 9/00,1991г.

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность измерителя, обусловленная его конструщией.

Наиболее близким к заявляемому является измеритель вибраций (патент РФ №2082114, кл. G 01 Н 9/00, 1994г. ), содержащий последовательно соединенные генератор СВЧ, детектор с подключенным к нему индикатором и антенну, расположение которой определяется соотношением :

/, 4l(2.+ l);/,; /, ;

5О4

где / - расстояние от антенны до детектора;

/2 - расстояние от антенны до контролируемого объекта ;

/3 - длина круглого волновода, образующего антенну, радиус которой ;

Я - длина волны в линии передачи;

AQ - длина волны в свободном пространстве ;

.3,5...

Недостатком измерителя является низкая чувствительность, обусловленная его конструкцией.

Задачей технического решения является повышение чувствительности измерителя вибраф1и контролируемого объекта.

Страница 2 антенну, согласно полезной модели расположение детектора выбрано из

,м т /л. Лд

соотношения : i --- - к - ;

24

где / -расстояние от генератора до антенны,

/2-расстояние от антенны до контролируемого объекта,

. ,/1 /., I

при этом /I и /2 связаны соотношением : 4 - - + (,Л2... j;

Я - дпина волны в линии передачи ; AQ - дпина волны в свободном пространстве ; t - простое число. При этом длина зонда детектора (, выступающего в волновод (линию передачи) определена из соотношения: h - .

Полезная модель поясняется чертежом (фиг. 1), где измеритель вибраций №0бражен в виде блок-схемы, содержащей последовательно соединенные генератор СВЧ 7, детектор 2 с подключенным к нему индикатором 3 и антенну 4.

На фиг. 2 представлена зависимость тока квадратичного детектора от расстояния между антенной и контролируемым объектом.

Устройство работает следующим образом. Электромагнитные волны распространяются от генератора 1 и излучаются антенной 4 в направлении контролируемого объекта 5. Волны, отраженные от объекта, принимаются той же антенной, в результате чего в линии передачи образуется стоячая волна. Согласно

фаничным условиям на поверхности объекта напряженность электрического поля имеет минимумы, которые будут чередоваться в стоячей волне через А/2, где Адлина волны. Как видно из фиг.2, если детектор расположить на расстоянии от

Страница 3

Ag AQ iобъектом приведет к увеличению тока детектора, а уменьшение - к уменьшению

тока детектора. Соответственно, если 1- -,-,... , то будет наблюдаться

противополо}|шая ситуация.

Путем выбора расстояния между генератором и антенной /, а также антенной и

контролируемым объектом 1, достигается эффект фазового и амплитудного

увеличения тока тока детектора - возрастания чувствительности измерителя, см. патент РФ № 2025670, кл. G 01 Н 9/00, 1991г. При соответствующем выборе расстояния между детектором и антенной, а также между антенной и объектом, имеет место положительный суммарный эффект, см. патент РФ Мв2082114, кл. G 01 Н9Щ 1994г.

Наилучший результат достигается, если расположение детектора определяется

, i.- + /2 г

ИЗ соотношения : 1 -к - ;

где /I-расстояние от генератора до антенны,

/2-расстояние от антенны до контролируемого объекта,

при этом /, и /, связаны соотношением : + «( .1.2... ; -Л, Ло 2

Я - дпина волны в линии передачи;

Л о - длина волны в свободном пространстве ;

. - простое число.

Пример конкретного выполнения .Для измерения вибраций используют генератор СВЧ с частотой колебаний 18,3 Ггц, в качестве детектора - диод ДбОВ, индикатора селективный вольтметр фирмы «сБрюль и Кьер ( Дания ), осциллофаф С1-93, источник вибраций - вибростенд 4290 фирмы «Брюль и Кьер ( Дания ), антенну. В качестве передающей линии используют прямоугольный волновод сечением 11x5,5 мм. Зависим ости наименьших значений смещений, которые еще способны вызвать

( x{x

Страница 4

. ЗЛ 7у1 1U

888

тг1 заметные вменения выходного сигнала

приведены в таблице.

Таблица Страница 5 от частоты вибраций и прототипа

Анализ данных демонстрирует достаточный положительный эффект при использовании предлагаемого технического решения (увеличение чувствительности на 20% по сравнению с прототипом) при высокой степени повторяемости результатов.

Нижняя фаница расположения диода выбрана из условия :

п + k

h

Минимальное смещение измеренное с помощью предлагаемого измерителя вибраций составило 0,0035 мкм.

Высокая чувствительность измерителя вибраций, достигаемая при использовании данного технического решения, открывает широкие возможности его применения в различных областях народного хозяйства для прецизионного контроля уровня вибраций в технических и технологических процессах при изготовлении узлов и деталей, для вибродиагностики машин и механшмов.

-()

Claims (2)

1. Измеритель вибраций, содержащий последовательно соединенные генератор СВЧ, детектор с зондом, с подключенным к детектору индикатором и антенну, отличающийся тем, что расположение детектора выбрано из соотношения

где l₁ - расстояние от генератора до антенны;
l₂ - расстояние от антенны до контролируемого объекта,
при этом l₁ и l₂ связаны соотношением

где λ_в - длина волны в линии передачи;
λ₀ - длина волны в свободном пространстве;
k - простое число.

2. Измеритель вибраций по п.1, отличающийся тем, что длина зонда детектора (h₃), выступающего в волновод (линию передачи), определена из соотношения: