RU2634785C1 - Автодинный измеритель отклонения от номинального значения внутренних размеров металлических изделий - Google Patents

Автодинный измеритель отклонения от номинального значения внутренних размеров металлических изделий Download PDF

Info

Publication number
RU2634785C1
RU2634785C1 RU2016121279A RU2016121279A RU2634785C1 RU 2634785 C1 RU2634785 C1 RU 2634785C1 RU 2016121279 A RU2016121279 A RU 2016121279A RU 2016121279 A RU2016121279 A RU 2016121279A RU 2634785 C1 RU2634785 C1 RU 2634785C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
autodyne
arm
microwave
microwave generator
radiation
Prior art date
Application number
RU2016121279A
Other languages
English (en)
Inventor
Владислав Яковлевич Носков
Кирилл Александрович Игнатков
Андрей Павлович Чупахин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"
Priority to RU2016121279A priority Critical patent/RU2634785C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2634785C1 publication Critical patent/RU2634785C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)

Abstract

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля изделий, а именно к устройствам для бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий с использованием электромагнитного излучения СВЧ диапазона, и может быть применено в машиностроительной, трубопрокатной и химической промышленности. Измеритель содержит автодинный СВЧ генератор, связанный с блоком выделения автодинного сигнала, трехплечий циркулятор, ко второму плечу которого подключена первая приемопередающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на первую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, а к третьему плечу - вторая приемопередающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на вторую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, противолежащую первой локальной области. Между автодинным СВЧ генератором и первым входом трехплечего циркулятора введен проходной двухпозиционный фазовращатель, а к выходу блока выделения автодинного сигнала подключен вход аналогового коммутатора на два положения, к первому и второму выходам которого подключены первый и второй полосовые усилители, выходы которых связаны соответственно с первым и вторым амплитудными детекторами. При этом входы управления проходного двухпозиционного фазовращателя и аналогового коммутатора подключены к выходу тактового генератора. Технический результат заключается в повышении точности и чувствительности измерений в условиях различия качества обработки или износа внутренней поверхности контролируемых изделий, появления пыли или влаги на пути распространения СВЧ излучения, влияния изменений температуры окружающей среды и фликкерных флуктуаций на показания. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля изделий, а именно к устройствам для бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий с использованием электромагнитного излучения СВЧ диапазона, и может быть применено, в частности, в машиностроительной, трубопрокатной и химической промышленности.
Известны устройства для контроля внутренних размеров металлических изделий с круглым сечением отверстий, содержащие СВЧ генератор (см. SU 637683, 15.12.1978. [1], SU 1355916 А1, 30.11.1987 [2]). Недостатками этих устройств являются низкая чувствительность и сложность аппаратуры, а также недостаточная точность измерений при высокой трудоемкости их выполнения.
Известно устройство для контроля внутренних размеров металлических труб также круглого сечения отверстий, содержащее автодинный СВЧ генератор, в цепь питания которого подключен резистор для выделения автодинного сигнала (см. RU 2052796 С1, 20.01.1996 [3]).
К недостаткам рассмотренных выше устройств относятся невозможность определения овальности полости и разностенности труб, а также их непригодность для контроля внутренних размеров труб иной формы сечения, например, прямоугольной.
Известно также устройство для бесконтактного контроля внутренних размеров изделий, содержащее первую и вторую приемопередающие антенны и циркулятор, а также автодинный СВЧ генератор, в цепь питания которого подключен блок выделения автодинного сигнала (см. Носков В.Я. Автодинный СВЧ-датчик для бесконтактного контроля внутренних размеров изделий // 23-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо' 2013): материалы конференции в 2 т. (Севастополь, 8-13 сент. 2013 г.) Севастополь: Вебер, 2013. Т. 2. С. 1051-1052 [4]).
Недостатком этого устройства является наличие погрешности измерений, связанной с несоосным расположением измерительной головки и измеряемого отверстия, что является не всегда приемлемым в эксплуатации.
Наиболее близким аналогом (прототипом) по технической сущности, принципу действия и достигаемому положительному эффекту является устройство для бесконтактного измерения отклонения от номинального значения внутренних размеров металлических изделий, содержащее автодинный СВЧ генератор, связанный с блоком выделения автодинного сигнала и первым плечом трехплечего циркулятора, ко второму плечу которого подключена первая приемопередающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на первую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, а к третьему плечу трехплечего циркулятора - вторая приемопередающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на вторую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, противолежащую первой локальной области (см. RU 2579644 С1 от 11.03.2016, опубл. 20.12.2015, Бюл. №35 [5]).
К недостатку прототипа следует отнести наличие погрешности измерений из-за различия качества обработки или износа внутренней поверхности контролируемых изделий, появления пыли или влаги на пути распространения СВЧ излучения, влияния изменений температуры окружающей среды на показания, а также необходимости выполнения периодической калибровки устройства. Кроме того, общим недостатком известных устройств является их низкая чувствительность. Это связано с тем, что регистрация выходных сигналов производится по постоянному току (напряжению). Наличие температурного дрейфа и фликкерных флуктуаций ограничивает возможность усиления полученного измерительного сигнала для повышения чувствительности устройства.
Таким образом, техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в том, чтобы повысить точность и чувствительность измерения внутренних размеров изделий за счет уменьшения погрешности, вызванной изменениями крутизны преобразования датчика в указанных условиях, и исключения влияния температурного дрейфа и фликкерных флуктуаций на величину выходного сигнала.
Технический результат достигается тем, что в автодинном измерителе отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий, содержащем автодинный СВЧ генератор, связанный с блоком выделения автодинного сигнала, трехплечий циркулятор, ко второму плечу которого подключена первая приемопередающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на первую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, а к третьему плечу - вторая приемопередающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на вторую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, противолежащую первой локальной области, для повышения точности и чувствительности устройства между автодинным СВЧ генератором и первым входом трехплечего циркулятора введен двухпозиционный проходной фазовращатель, а к выходу блока выделения автодинного сигнала подключен вход аналогового коммутатора на два положения, к первому и второму выходам которого подключены первый и второй полосовые усилители, выходы которых связаны соответственно с первым и вторым амплитудными детекторами, при этом входы управления двухпозиционного проходного фазовращателя и аналогового коммутатора подключены к выходу тактового генератора.
Предлагаемое техническое решение обладает новизной, поскольку авторам не известны устройства, содержащие признаки, которые фигурируют в предлагаемом изобретении в качестве отличительных признаков.
Применение в предлагаемом устройстве двухпозиционного проходного фазовращателя, введенного между автодинным СВЧ генератором и первым входом трехплечего циркулятора, обеспечивает при коммутации тактовым генератором сдвига фаз СВЧ излучения получение на выходе блока выделения автодинных сигналов в виде прямоугольных импульсов с частотой тактового генератора. Амплитуда этих импульсов зависит от величин вносимого двухпозиционным проходным фазовращателем сдвигов фазы и отклонения от номинального значения внутренних размеров металлических изделий. Разделение этих импульсов с помощью аналогового коммутатора на два канала, усиление полосовыми усилителями на частоте тактового генератора без постоянной составляющей и последующее их амплитудное детектирование обеспечивают получение двух выходных сигналов. При выборе для двухпозиционного проходного фазовращателя сдвигов фаз 0 и 45 градусов данные сигналы отличаются относительным сдвигом фаз 90 градусов.
Первый выходной сигнал при таком выборе фаз является измерительным, зависящим от величины отклонения размера от номинального значения. Второй сигнал обеспечивает определение на каждом измерении раствора дискриминационной характеристики и, соответственно, крутизны преобразования этого отклонения. При этом учитывается качество обработки или износа внутренней поверхности контролируемых изделий, появления пыли или влаги на пути распространения СВЧ излучения, влияния изменений температуры окружающей среды на показания. Усиление только переменной составляющей импульсов выходного сигнала блока выделения исключает влияние режимных нестабильностей автодинного СВЧ генератора и фликкерных шумов на выходные сигналы устройства.
Таким образом, техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и точности измерений, а также исключение необходимости периодической калибровки устройства при сохранении функциональных возможностей прототипа.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема автодинного датчика; на фиг. 2 приведены эпюры, поясняющие принцип преобразования изменений внутреннего размера изделий в выходной сигнал автодинного СВЧ генератора и определения величины крутизны преобразования.
Автодинный измеритель отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий содержит (см. фиг. 1) автодинный СВЧ генератор 1, связанный с блоком выделения автодинного сигнала 2, а также с первым входом двухпозиционного проходного фазовращателя 3, второй вход которого подключен к первому плечу 4 трехплечего циркулятора 5, ко второму плечу 6 которого подключена первая приемопередающая антенна 7, диаграмма излучения которой направлена на первую локальную область 8 контроля внутренней поверхности изделия 9, а к третьему плечу 10 - вторая приемопередающая антенна 11, диаграмма излучения которой направлена на вторую локальную область 12 контроля внутренней поверхности изделия 9, противолежащую первой локальной области 8, при этом к выходу блока выделения 2 автодинного сигнала подключен вход аналогового коммутатора 13 на два положения, к первому и второму выходам которого подключены первый 14 и второй 15 полосовые усилители, выходы которых связаны соответственно с первым 16 и вторым 17 амплитудными детекторами, при этом входы управления двухпозиционного проходного фазовращателя 3 и аналогового коммутатора 13 подключены к выходу тактового генератора 18.
Автодинный СВЧ генератор 1 может быть выполнен, например, в виде приемопередающего модуля на основе диода Ганна (см. Воторопин С.Д., Носков В.Я. Приемопередающие модули на слаботочных диодах Ганна для автодинных систем // Электронная техника. Серия 1. СВЧ-техника. 1993. №4 (458). С. 70-72. [6]) или генератора со стабилизацией частоты, например, внешним высокодобротным резонатором (см. описание в статье Носков В.Я., Игнатков К.А., Смольский С.М. Экспериментальные исследования автодинных модулей на меза-планарных диодах Ганна КВЧ диапазона // Электронная техника. Серия 1. СВЧ-техника. 2012. №2 (513). С. 17-36. [7]). Второй вариант решения обеспечивает долговременную стабильность работы устройства и дополнительное повышение точности измерений.
Блок 2 выделения автодинного сигнала имеет альтернативные технические решения. Например, при регистрации изменений смещения активных элементов, выполненных на диоде Ганна, блок 2 выделения может быть выполнен в виде резистора в цепи питания диода Ганна (см. патент RU 2052796 С1, 20.01.1996. [3]) или в соответствии с одной из схем, представленных в статье: Носков В.Я., Смольский С.М. Регистрация автодинного сигнала в цепи питания генераторов на полупроводниковых диодах СВЧ. (Обзор) // Техника и приборы СВЧ. 2009. №1. С. 14-26 [8]. При регистрации изменений амплитуды колебаний блок выделения автодинного сигнала обычно выполняется на основе детекторного диода, помещенного в резонатор автодинного СВЧ генератора (см., например, фиг. 2 патента: RU 2295911 С1, 27.03.2007 [9]) или в передающую линию (волновод), связанную с этим резонатором (см., например, фиг. 1 статьи: Kotani М., Mitsui S., Shirahata К. Load-Variation Detector Characteristics of a Detector-Diode Loaded Gunn Oscillator // Electronics and Communications in Japan. 1975. Vol. 58-B. No. 5. P. 60-66 [10]).
Двухпозиционный проходной фазовращатель 3 может быть выполнен на переключаемых отрезках линии передачи в соответствии с рис. 8.16, принцип действия которого описан на стр.259-263 книги: Сазонов Д.М., Гридин А.Н., Мишустин Б.А. Устройства СВЧ / Под ред. Д.М. Сазонова. - М.: Высшая школа, 1981, 295 с. [11].
Устройство и принцип действия трехплечего циркулятора 3 описаны на стр. 279-282 книги: Сазонов Д.М., Гридин А.Н., Мишустин Б.А. Устройства СВЧ / Под ред. Д.М. Сазонова. - М.: Высшая школа, 1981, 295 с. [11].
Аналоговый коммутатор 13 на два положения может быть выполнен на основе одного из четырех элементов, входящих в состав микросхемы К561КТ3 или аналогичной ей (см. Нефедов А.В. Интегральные схемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Т. 5. - М.: КУбК-а, 1997. С. 441-442 [12].
Первый 14 и второй 15 полосовые усилители могут быть выполненными по схеме, например, полосового фильтра со сложной отрицательной или положительной обратной связью (см. рис. 13.27 и 13.28, на стр. 214-215 книги: Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. М.: Мир, 1983. - 512 с. [13]).
Первый 16 и второй 17 амплитудные детекторы могут быть выполнены на полупроводниковых диодах (см. рис.7.1 на стр.123 книги Радиоприемные устройства / Под ред. А.П. Жуковского. М.: Высшая школа - 1989, 342 с. [14]) или с применением операционных усилителей (см. рис. 5.10, стр.109 книги Щербаков В.И., Грездов Г.И. Электронные схемы на операционных усилителях: Справочник. К.: Техника, 1983. - 213 с. [15]).
Тактовый генератор 18 может иметь различные технические решения, простейшее из них - использование схемы мультивибратора (см. рис. 18.32, на стр. 311 книги: Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. М.: Мир, 1983. - 512 с. [13]).
Для локализации областей облучения внутренних поверхностей изделий могут быть использованы следующие технические решения:
Первая 8 и вторая 12 приемопередающие антенны могут быть выполнены в виде открытого конца волновода (см. описание прототипа [5]).
На внешней поверхности автодинного датчика вокруг первой 8 и второй 12 приемопередающих антенн для уменьшения потерь СВЧ излучения может быть реализован принцип устройства «дроссельного фланца», имеющего кольцевую канавку глубиной приблизительно в четверть длины волны в свободном пространстве (см. рис. 8.2. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. - М.: Высшая школа. 1970. С. 236 [16]). При этом расстояние от канавки до середины широкой стенки волновода должно быть также приблизительно равно четверти длины волны в свободном пространстве.
Внешняя поверхность корпуса автодинного датчика, за исключением областей раскрыва первой 8 и второй 12 приемопередающих антенн для дополнительного уменьшения потерь СВЧ излучения и влияния отражений от посторонних объектов, может быть покрыта слоем радиопоглощающего полимерного материала, выполненного, например, на основе наполнителя из микросфер карбонильного железа или феррита (см. Радиопоглощающие материалы и покрытия, http://ru.wikipedia.org [17]).
Устройство работает следующим образом.
При подаче на устройство напряжения от источника питания (на фиг. 1 он не показан) в автодинном СВЧ генераторе 1 возникают СВЧ колебания, которые в виде первичного излучения распространяются по линии передачи (например, волноводного типа) через проходной двухпозиционный фазовращатель 3, где фаза излучения изменяется на задаваемый этим фазовращателем угол ϕ. Далее это излучение, следуя по пути: первое плечо 4 циркулятора 5 - второе плечо 6 циркулятора 5, поступает в первую приемопередающую антенну 7. Данная антенна 7 формирует излучение, которое облучает первую локальную область 8 на внутренней поверхности изделия 9 с одной его стороны. Отраженное от первой локальной области 8 СВЧ излучение возвращается в первую приемопередающую антенну 7 и далее, благодаря развязывающему свойству циркулятора 5, отделяется от облучающего излучения, следуя волноводным трактом по пути: второе плечо 6 циркулятора 5 - третье плечо 10 циркулятора 5, поступает во вторую приемопередающую антенну 11. Вторая приемопередающая антенна 11 формирует СВЧ излучение, которое облучает вторую локальную область 12 на внутренней поверхности изделия 9, но с противоположной стороны отверстия относительно первой локальной области 8. Отраженное от второй локальной области 12 СВЧ излучение возвращается во вторую приемопередающую антенну 11 и далее, благодаря развязывающему свойству циркулятора 5, отделяется от облучающего излучения, следуя волноводным трактом по пути: третье плечо 10 циркулятора 5 - первое плечо 4 циркулятора 5, поступает в проходной двухпозиционный фазовращатель 3. Проходя через проходной двухпозиционный фазовращатель 3, данное излучение дополнительно изменяет свою фазу на заданный угол ϕ и поступает в резонатор автодинного СВЧ генератора 1 в виде вторичного излучения.
Вторичное излучение в автодинном СВЧ генераторе 1 вызывает изменения частоты Δω генерации, а также амплитуды а колебаний и величины смещения ν (тока или напряжения) активного элемента (диода Ганна, лавинно-пролетного диода, СВЧ транзистора и др.). Влиянием изменений частоты Δω, особенно при использовании стабилизированных СВЧ генераторов, на формирование автодинных сигналов можно пренебречь. Тогда для первого случая, когда проходной двухпозиционный фазовращатель 3 вносит в СВЧ излучение фазовый сдвиг ϕ1, относительные изменения величины смещения на активном элементе и амплитуды колебаний описываются следующими выражениями (см. формулы (3), (4) статьи: Носков В.Я. Анализ автодинного СВЧ датчика для бесконтактного измерения и контроля размеров изделий // Измерительная техника. 1992. №3. С. 24-26. [18]):
ν1=Г1Г2WK0cos[(4πl/λ)+2ϕ1-ψ0],
а 1=Г1Г2WKacos[(4πl/λ)+2ϕ1-ψ1],
где
ν1 - относительные изменения смещения активного элемента автодинного СВЧ генератора 1 для первого случая;
а 1 - относительные изменения амплитуды колебаний автодинного СВЧ генератора 2 для первого случая;
Г1, Г2 - коэффициенты отражения (по амплитуде) СВЧ излучения от первой 9 и второй 13 локальных областей на внутренней поверхности изделия 10;
W - амплитудный коэффициент затухания излучения при его распространении волноводным трактом по пути: первый 1 автодинный СВЧ генератор - первая локальная область отражения 9 на внутренней поверхности изделия 10 - вторая локальная область 13 отражения на внутренней поверхности изделия 10 - первый 1 автодинный СВЧ генератор;
K0, Kа - коэффициенты автодетектирования и автодинного усиления, зависящие от внутренних параметров автодинного СВЧ генератора 1;
l - общее расстояние, пройденное СВЧ излучением по пути: автодинный СВЧ генератор 1 - первая локальная область 8 отражения на внутренней поверхности изделия 9 - вторая локальная область 12 отражения на внутренней поверхности изделия 9 - автодинный СВЧ генератор 1;
ψ0, ψ1 _ углы фазового смещения соответствующих автодинных изменений, зависящие от внутренних параметров автодинного СВЧ генератора 1;
λ - длина волны СВЧ излучения в передающем тракте.
Для второго случая, когда проходной двухпозиционный фазовращатель 3 вносит в СВЧ излучение фазовый сдвиг ϕ2, относительные изменения величины смещения ν2 активного элемента и амплитуды а 2 колебаний описываются следующими выражениями:
ν2=Г1Г2WK0cos[(4πl/λ)+2ϕ2-ψ0],
а 2=Г1Г2WKacos[(4πl/λ)+2ϕ2-ψ1].
Изменения смещения ν1, ν2 активного элемента и амплитуды а 1, а 2 колебаний автодинного СВЧ генератора 1 с помощью блока 2 выделения автодинного сигнала преобразуются в выходные сигналы uс1, uс2, которые попарно (ν1, ν2 и a 1, a 2) отличаются лишь углами относительного фазового смещения, зависящего от разности фаз Δϕ=2(ϕ1-ϕ2), вносимой проходным двухпозиционным фазовращателем 3 для первого и второго случаев. При выборе этой разности 90 градусов выражения для выходных сигналов блока 2 выделения автодинных сигналов без учета углов ψ0 и ψ1 запишем в виде:
uс1(l)=Umcos[(4πl/λ)],
uc2(l)=Umcos[(4πl/λ)+(π/2)],
где
Um=A0Г1Г2WK1 - амплитуда автодинного сигнала на выходе блока 2 выделения;
A0 - амплитуда колебаний автодинного СВЧ генератора 1.
Под действием периодически изменяющегося по прямоугольному закону (например, в виде меандра) выходного напряжения тактового генератора 18 вносимый проходным двухпозиционным фазовращателем 3 фазовый сдвиг СВЧ излучения в передающем тракте автодинного измерителя также периодически меняется. Это вызывает на выходе блока 2 выделения автодинного сигнала периодические изменения его уровня. С помощью аналогового коммутатора 13 на два положения, управляемого тактовым генератором 18, выходной сигнал блока 2 выделения разделяется на два сигнала, каждому из которых соответствует свой сдвиг фазы СВЧ излучения в передающем тракте автодинного измерителя.
Эти сигналы далее подаются на входы полосовых усилителей 14 и 15, имеющих центральную частоту равной частоте тактового генератора 18, и усиливаются по амплитуде. С выходов усилителей 14 и 15 усиленные по амплитуде сигналы далее соответственно поступают на амплитудные детекторы 16 и 17, где переменные напряжения сигналов преобразуются в постоянные напряжения сигналов. Выражения для данных сигналов запишем в виде:
u1(l)=Am1cos[(4πl/λ)},
u2(l)=Am2cos[(4πl/λ)+(π/2)],
где
Am1=UmKуc1Kдет1, Аm2=UmKуc2Kдет2 - амплитуды автодинных сигналов на выходе устройства;
Kус1, Kус2 - коэффициенты усиления полосовых усилителей 14 и 15 с учетом потери постоянной составляющей выходного сигнала блока выделения 2;
Kдет1, Kдет2 - коэффициенты передачи амплитудных детекторов 16 и 17.
На фиг. 2, поясняющей принцип преобразования отклонений от номинального значения внутреннего размера Δl изделия в выходные сигналы, представлен вид функций u1(l) и u2(l). В окрестности рабочей точки D0 функция u1(l) имеет смысл дискриминационной характеристики автодинного датчика: u1=u1(Δl). В этой точке обеспечивается наибольшая крутизна преобразования Sпр, которая определяется как первая производная функции u1(l) в этой точке: Sпр=4πAm1/λ.
При этом в рабочей точке DA функции u2(l) выходной сигнал соответствует уровню его амплитуды u2(l)=Am2. Данный уровень точно также зависит от параметров Г1, Г2, W, как и уровень амплитуды Am1 сигнала u1(l). При этом зависимость этих амплитуд от значений коэффициентов Кус1, Кус2 усиления полосовых усилителей 14, 15 и коэффициентов Kдет1, Kдет2 передачи амплитудных детекторов 16, 17 можно выровнять соответствующей регулировкой в этих узлах. Поэтому графики u1(l) и u2(l) на фиг. 2 построены при одинаковой амплитуде Аm=Аm1=Аm2 и получаемое в точке DA значение Аm2 может учитываться при вычислении крутизны Sпр дискриминационной характеристики u1(l).
Перед проведением измерений внутренних размеров изделий сначала находят положение рабочей точки D0. Для этого автодинный измеритель вводят в полость образцового изделия (ОИ) с номинальным значением внутреннего размера lобр (см. эпюры на фиг. 2) и выполняют регулировку электрической длины волноводного тракта между автодинным СВЧ генератором 1 и проходным двухпозиционным фазовращателем 3. Это достигается изменением его физической протяженности или введением в этот тракт дополнительного регулируемого фазовращателя. Данную регулировку выполняют до нахождения такой электрической длины волноводного тракта, при которой выходной сигнал блока 2 выделения автодинного сигнала обеспечивает свое среднее значение ulобр на дискриминационной характеристике, соответствующее рабочей точке D0.
Для измерения отклонения Δlизм внутренних размеров lкон контролируемого изделия от номинального значения Δlизм=lкон-lобр автодинный измеритель помещают в полость контролируемого изделия (КИ) (см. эпюры на фиг. 2). Полученное значение отклонения выходного сигнала Δuизм=ulкон-ulобр умножают на величину крутизны преобразования Sпр и получают искомый результат: Δlизм=ΔuизмSпр. При этом крутизна преобразования находится как: Sпр=4πu2кон/λ, где u2кон - значение выходного сигнала на выходе блока 2 выделения автодинного сигнала. Отметим, что при выборе длины волны λ излучения автодинного измерителя такой, что измеряемые максимальные отклонения Δlизм размеров Δlизм(макс)<<λ/8, влиянием отклонений u2кон от значения u2обр можно пренебречь.
Таким образом, предложенный автодинный датчик обеспечивает возможность при выполнении измерений одновременно учитывать изменения крутизны преобразования, вызванной указанными в критике прототипа факторами, и тем самым повысить точность измерений и исключить операцию периодической калибровки. Перенос выходных автодинных сигналов блока 2 выделения на частоту тактового генератора 18 позволяет исключить влияния нестабильности постоянной составляющей сигналов, которая связана с температурным дрейфом и фликкерными флуктуациями автодинного СВЧ генератора 1. Это обеспечивает возможность усиления сигналов первым 14 и вторым 15 полосовыми усилителями и соответствующее повышение чувствительности автодинного измерителя. Кроме того, при выборе частоты тактового генератора 18 выше частотного диапазона фликкерных шумов предлагаемый автодинный измеритель обеспечивает уменьшение в выходных сигналах уровня собственных шумов. Это повышает разрешающую способность предлагаемого устройства [19], что является его дополнительным преимуществом.
При использовании предлагаемого датчика для измерения внутренних диаметров круглых отверстий и труб локализация областей облучения внутренней поверхности изделия позволяет выполнять измерения в зависимости от угла поворота датчика. Это обеспечивает возможность определять овальность и, при известных внешних размерах трубы, - ее разностенность, а также некоторые механические дефекты, например раковины, вмятины и трещины. При придании датчику формы, соответствующей форме внутреннего сечения полости изделия, с возможностью помещения его внутри этой полости, обеспечивает возможность измерения внутренних размеров не только ее круглой формы, но и любой иной, например овальной, прямоугольной, или в виде многогранников.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности и чувствительности измерений при сохранении функциональных возможностей прототипа, исключает при этом выполнение периодической калибровки, что снижает также трудоемкость выполнения измерений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авт. свид. №637683 (СССР). Устройство для контроля внутренних размеров круглого волновода. МКИ2 G01R 29/08. Опубл. 19.12.1978., БИ №46. / А.Д. Олейников.
2. Авт. свид. №1355916 А1 (СССР). Датчик для контроля внутренних размеров металлических труб. МКИ4 G01N 22/00. Опубл. 30.11.1987., БИ №44. / И.Е. Куров, П.А. Путилов, В.В. Потапов, В.В. Козлов, М.И. Гуревич, Г.П. Путилова, С.В. Перельман, Л.Ф. Циферблат.
3. Патент №2052796 С1 (РФ). Устройство для контроля внутренних размеров металлических труб. МКИ6 G01N 22/00, G01B 7/16. Опубл. 20.01.1996., БИ №2. / И.Е. Куров, Е.М. Гершензон, П.А. Путилов, Г.П. Путилова, В.В. Потапов, В.В. Козлов.
4. Носков В.Я. Автодинный СВЧ-датчик для бесконтактного контроля внутренних размеров изделий // 23-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2013): материалы конф. в 2 т. (Севастополь, 8-13 сент. 2013 г.) Севастополь: Вебер, 2013. Т. 2. С 1051-1052.
5. Патент №2579644 С1 (РФ). Способ бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий и устройство для его осуществления МКИ G01N 22/00, G01B 15/00. Опубл. 20.12.2015, Бюл. №35. / В.Я. Носков.
6. Воторопин С.Д., Носков В.Я. Приемопередающие модули на слаботочных диодах Ганна для автодинных систем // Электронная техника. Серия 1. СВЧ-техника. 1993. №4 (458). С. 70-72.
7. Носков В.Я., Игнатков К.А., Смольский С.М. Экспериментальные исследования автодинных модулей на меза-планарных диодах Ганна КВЧ диапазона // Электронная техника. Серия 1. СВЧ-техника. 2012. №2 (513). С. 17-36.
8. Носков В.Я., Смольский С.М. Регистрация автодинного сигнала в цепи питания генераторов на полупроводниковых диодах СВЧ. (Обзор) // Техника и приборы СВЧ. 2009. №1. С. 14-26.
9. Патент №2295911 С1 (РФ). Способ дистанционного контроля физиологических параметров жизнедеятельности организма. МПК А61В 5/05. Опубл. 27.03.2007, Бюл. №9. / Д.А. Усанов, Ал. В. Скрипаль, Ан. В. Скрипаль, Ал. В. Абрамов, А.Э. Постельга, А.С. Боголюбов.
10. Kotani М., Mitsui S., Shirahata К. Load-Variation Detector Characteristics of a Detector-Diode Loaded Gunn Oscillator // Electronics and Communications in Japan. 1975. Vol. 58-B. No. 5. P. 60-66.
11. Сазонов Д.М., Гридин A.H., Мишустин Б.А. Устройства СВЧ / Под ред. Д.М. Сазонова. -М.: Высшая школа, 1981, 295 с.
12. Нефедов А.В. Интегральные схемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Т. 5. - М.: КУбК-а, 1997. С. 441-442.
13. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. М.: Мир, 1983. - 512 с.
14. Радиоприемные устройства / Под ред. А.П. Жуковского. М.: Высшая школа - 1989, 342 с.
15. Щербаков В.И., Грездов Г.И. Электронные схемы на операционных усилителях: Справочник. К.: Техника, 1983. - 213 с.
16. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. М.: Высшая школа. 1970. 439 с.
17. Радиопоглощающие материалы и покрытия // Интернет http://ru.wikipedia.org
18. Носков В.Я. Анализ автодинного СВЧ датчика для бесконтактного измерения и контроля размеров изделий // Измерительная техника. 1992. №3. С. 24-26.
19. Носков В.Я. Анализ влияния шумов на характеристики автодинных измерителей вибраций и малых перемещений // Измерительная техника. 2014. №9. С. 49-53.

Claims (4)

1. Автодинный измеритель отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий, содержащий автодинный СВЧ генератор, связанный с блоком выделения автодинного сигнала, трехплечий циркулятор, ко второму плечу которого подключена первая приемопередающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на первую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, а к третьему плечу - вторая приемопередающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на вторую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, противолежащую первой локальной области, отличающийся тем, что между автодинным СВЧ генератором и первым входом трехплечего циркулятора введен проходной двухпозиционный фазовращатель, а к выходу блока выделения автодинного сигнала подключен вход аналогового коммутатора на два положения, к первому и второму выходам которого подключены первый и второй полосовые усилители, выходы которых связаны соответственно с первым и вторым амплитудными детекторами, при этом входы управления проходного двухпозиционного фазовращателя и аналогового коммутатора подключены к выходу тактового генератора.
2. Автодинный измеритель по п. 1, отличающийся тем, что проходной двухпозиционный фазовращатель выполнен на переключаемых отрезках линии передачи с фазовыми сдвигами 0 и 45 градусов.
3. Автодинный измеритель по п. 1, отличающийся тем, что автодинный СВЧ генератор выполнен в виде СВЧ генератора со стабилизацией частоты внешним высокодобротным резонатором.
4. Автодинный измеритель по п. 1, отличающийся тем, что первая и вторая приемопередающие антенны выполнены в виде открытого конца волновода.
RU2016121279A 2016-05-30 2016-05-30 Автодинный измеритель отклонения от номинального значения внутренних размеров металлических изделий RU2634785C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121279A RU2634785C1 (ru) 2016-05-30 2016-05-30 Автодинный измеритель отклонения от номинального значения внутренних размеров металлических изделий

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121279A RU2634785C1 (ru) 2016-05-30 2016-05-30 Автодинный измеритель отклонения от номинального значения внутренних размеров металлических изделий

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2634785C1 true RU2634785C1 (ru) 2017-11-03

Family

ID=60263600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016121279A RU2634785C1 (ru) 2016-05-30 2016-05-30 Автодинный измеритель отклонения от номинального значения внутренних размеров металлических изделий

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2634785C1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108598658A (zh) * 2018-05-25 2018-09-28 上海点为智能科技有限责任公司 受限空间内的三天线补偿加热装置
CN108767439A (zh) * 2018-05-25 2018-11-06 上海点为智能科技有限责任公司 受限空间内的双天线补偿加热装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5481266A (en) * 1994-11-17 1996-01-02 Davis; Warren F. Autodyne motion sensor
RU2052796C1 (ru) * 1991-07-12 1996-01-20 Нижегородский государственный педагогический институт им.М.Горького Устройство для контроля внутренних размеров металлических труб
RU2380259C1 (ru) * 2008-11-17 2010-01-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) Способ неразрушающего контроля железнодорожных рельсов в процессе движения подвижного состава и устройство для его осуществления
RU2398248C1 (ru) * 2009-07-20 2010-08-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) Способ обнаружения мелких металлических предметов и устройство для его осуществления

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2052796C1 (ru) * 1991-07-12 1996-01-20 Нижегородский государственный педагогический институт им.М.Горького Устройство для контроля внутренних размеров металлических труб
US5481266A (en) * 1994-11-17 1996-01-02 Davis; Warren F. Autodyne motion sensor
RU2380259C1 (ru) * 2008-11-17 2010-01-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (СФУ) Способ неразрушающего контроля железнодорожных рельсов в процессе движения подвижного состава и устройство для его осуществления
RU2398248C1 (ru) * 2009-07-20 2010-08-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Сибирский федеральный университет (СФУ) Способ обнаружения мелких металлических предметов и устройство для его осуществления

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108598658A (zh) * 2018-05-25 2018-09-28 上海点为智能科技有限责任公司 受限空间内的三天线补偿加热装置
CN108767439A (zh) * 2018-05-25 2018-11-06 上海点为智能科技有限责任公司 受限空间内的双天线补偿加热装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tiuri Radio astronomy receivers
JP5684822B2 (ja) デジタル制御されたｕｗｂミリメートル波レーダー
JPS6361977A (ja) レンジ測定用周波数変調連続波レ−ダ−システム
WO2017216942A1 (ja) テラヘルツ波測定装置
WO2008151141A1 (en) Non-contact measurement system for accurate measurement of frequency and amplitude of mechanical vibration
Mann et al. High-precision interferometric radar for sheet thickness monitoring
JP2002243849A (ja) 移動物体の固定部からの距離を測定するプロセスとシステム
RU2634785C1 (ru) Автодинный измеритель отклонения от номинального значения внутренних размеров металлических изделий
Lurz et al. High-speed resonant surface acoustic wave instrumentation based on instantaneous frequency measurement
Gilmore et al. A reliable millimeter-wave quadrature interferometer
Linz et al. A Compact, Versatile Six‐Port Radar Module for Industrial and Medical Applications
KR100661748B1 (ko) Ｆｍｃｗ 레이더의 누설신호 제거장치
RU2579644C2 (ru) Способ бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий и устройство для его осуществления
Mann et al. Diode detector design for 61 GHz substrate integrated waveguide six-port radar systems
Lurz et al. A low-cost 2.4 GHz frequency measurement system for microsecond time domain pulses based on six-port technology
Lurz et al. Precise and fast frequency determination of resonant SAW sensors by a low-cost Six-Port interferometer
RU2634546C1 (ru) Автодинный датчик для бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий
Ivanov et al. " Real time" noise measurements with sensitivity exceeding the standard thermal noise limit
RU2332658C1 (ru) Устройство для измерения толщины диэлектрического покрытия
RU2505831C2 (ru) Радиопеленгатор
US7003262B2 (en) Method and device for determining sideband ratio of superconduction mixer using comb generator
Rubiola et al. Improved interferometric method to measure near-carrier AM and PM noise
Filatov et al. A receiving unit of the null modified microwave radiometer for studying objects in the antenna near-field zone
Thansandote et al. Microwave interferometer for measurements of small displacements
Noskov et al. Constructive Principles of Autodyne Sensors for Internal Sizes Measuring in Metallic Products

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180531