SU1346985A1 - Устройство дл бесконтактного измерени механических резонансных частот - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике измерений на СВЧ и обеспечивает повышение чувствительности и увеличение точности измерений в процессе проведени  испытаний миниатюрных радиосл с 00 4: СО 00 ел

Description

элементов в термокамере. Исследуемый объект (ИО) 13 помеодаетс  в вибротермокамеру 14, имеющую радио- и оптически прозрачное окно 1.5. Сигнал сантиметрового диапазона длин волн, излучаемый автогенератором СВЧ 1,, разветвл етс  в направленном ответ- вителе 2 и поступает в измерительный канал, состо щий из детекторной секции 3, анализатора спектра 4 и осциллографа 5, и в канал рупорного, излучател  (РИ) 6, ориентированного на ИО 13, После излучени  РИ 6 фиксируетс  с помощью радиолинзы 7, выполн ющей роль заглушки вибротермокамеры 14. При взаимодействии ЙО. 13 с электромагнитным полем РИ 6 возникают вынужденные и резонансные колебани  ИО 13, что вызывает возму1

Изобретение относитс  к технике измерений на СВЧ и может быть использовано при проведении виброиспытаний миниатюрных радиоэлементов.

Цель изобретени  - повышение чувствительности и увеличение точности измерений в процессе проведени  испытаний миниатюрных элементов в термокамере .

На чертеже приведена структурна  электрическа  схема устройства.

Устройство дл  бесконтактного измерени  механических резонансных .частот содержит автогенератор СВЧ 1 направленный ответвитель 2, детекторную секцию 3, анализатор 4 спектра , осциллограф 5, рупорный излучатель 6, .фокусирующую радиолинзу 7, объективы 8, призменную отражающую систему 9, отражающую призму 10, матовое стекло 11, окул р 12 и исследуемый объект 13, помещенный в вибротермокамеру 14, имеюп1ую радио-и оптческие прозрачное окно 15. Объективы 8, призменна  отражающа  система 9, отражающа  призма 10, матовое стекло 1 1 и окул р 12 образуют юстиро- вочное устройство 16. В состав приз- менной отражающей системы 9 вход т преломл юща  призма 16 и призма 17

щени  СВЧ-проводимости колебательной системы автогенератор СВ 1 - ИО 13. Это приводит к зат гиванию частоты автогенератора СВЧ I и возникновению амплитудно-частотной модул ции несущей частоты. В измерительном канале получаетс  информаци  об амплитуде вибросмещени  на частотах вынужденных и резонансных колебаний ИО 13. Дл  обеспечени  миним. погрешностей измерени  необходимо, чтобы ИО 13 находилс  в фокусе введенной радиолинзы 7. Необходима  пространственна  юстировка оси измерений осуществл етс  с помощью юстировочного устройства 16, состо щего из объективов 8, призменных отражающих систем 9, отражающей призмы 10, матовог стекла 11 и окул ра 12. 1 ил.

полного внутреннего отражени . Кроме того, на схеме обозначены диаметр фокусного п тна АВ, составное ийо- бражение фокусного п тна А В , фокусное рассто ние радиолинзы ОС, длина перет жки С С, главна  оптическа  ось радиолинзы ОС, главные оптические ось объективов О С и О С,

лини  раздела изображени  MN, центр пол  зрени  изображени  О, фокус радиолинзы (центр фокусного п тна) С. Устройство работает следующим образом .

Излучаемый автогенератором СВЧ 1 сигнал сантиметрового диапазона длин волн разветвл етс  в направленном ответвителе 2 по двум каналам: измерительному - на детекторную секцию 3 и каналу рупорного излучател  6, который дл  проведени  измерений ориентируетс  на исследуемый объект 13. Дл  увеличени  точности измерений поле излучени  рупорного

излучател  6 фокусируетс  с помощью радиолинзы 7, котора  одновременно выполн ет роль заглушки вибротермокамеры 14, обеспечива  тем самым термостабилизацию антенно-фидерного

тракта, который размещаетс  вне вибротермокамеры 14. В этом случае взаимодействие обт..екта 13 с электромагнитным полем, излучаемьтм рупорным излучателем 6, позвол ет реализовать режим работы, при котором на возмущени частоты автогенератора СВЧ I оказывают вли ние только услови  его согласовани  с нагрузкой.

Эти услови  измен ютс  с изменением частоты и уровн  колебаний объекта 13, возбуждаемых вибратором вибротермокамеры 14, В результате возникновени  вьгаужденных и резонансных колебаний конструктивных элементов объекта 13 возникают возмущени  СВЧ-проводимости колебатель- ной системы автогенератор СВЧ-1 - исследуемый объект 13, сопровождаемые динамическим зат гиванием частоты автогенератора СВЧ 1. Возникает амплитудно-частотна  модул ци  сиг- налй несущей частоты, и автогенератор СВЧ 1 переходит в режим чувствительного элемента вибрации. Спектральный или временной анализ сигнала несущей частоты с выхода де- текторной секции 3, проведенной посредством использовани  анализатора 4 спектра и осциллографа 5, позвол ет получить информацию об амплитуде вибросмещени  на частотах вынуж денных и резонансных колебаний конструктивных элементов 13,

Работу устройства можно предста- .вить следующими соотношени ми:

U-(t) Ua(0)sin6t; Р-

А   d§.. 2..

А - а „ „

L

х(0) ,(0)/лco.

45

)+52((f,e, L); ,

- соответственно амплитудные значени  вибросмещени  и выходного напр жени  сигнала детектор- 50 ной секции 3; - чувствительность;

- суммарна  относительна  погрешность измерени  амплиту- gg ды вибросмещени ;

.

- составл ющие суммарной относительQ д о 5 Q

5

0

5

0

g

ной погрешности при изменении частоты СО автогенератора от факторов комплексных воздействий и угловых характеристик С| , 0 диаграммы направленности рупорного излучател  6, а также рассто ни  Lg до исследуемого объекта 13;

дер,(О) - изменени  фазового набега сигнала за счет эффекта динамического зат гивани  частоты; Q - кругова  частота

вибрации;

AQ,(0),йОо - соответственно диапазоны динамического и статического зат гивани  частоты автогенератора;

PJ, - мощность излучени ; Sg - эффективна  отражающа  поверхность объекта 13; ZCB, Z0 - соответственно линейные размеры диаграммы направленности на уровне

0.1

а, b - аппаратные параметры установки, не завис щие от со ,

В силу нелинейного характера проводимости автогенератора СВЧ 1 возникает спектр сложного колебани  смешанной амплитудно-частотной модул ции . При этом на выходе детекторной секции 3 вьщел етс  сигнал частоты Q. с амплитудой

и(о) АХ(О),

посредством измерени  величины которой может быть определена амплитуда вибросмещени  непосредственного через параметр А или сравнительным методом калибровки по показани м аттестованного средства измерений вибро- . смещени  или виброускорени ,

Из представленных Соотношений видно, что в данном устройстве параметрическа  св зь между автогенератором СВЧ 1 и исследуе мым объектом

13 обеспечивает увеличенную в

раз чувствительность уст

Г

ройства, где т, М - соответственно

7. При рассто нии до объекта 13, равном фокусному рассто нию ОС, и ориентировании оси измерений ОС перпендикул рно к поверхности исслеиндекс частотной и коэффициент ампли- f дуемого объекта 13 резкость составного изображени  А В , контролируемого по матовому стеклу 1I через оку л р 12, равномерно симметрична относительно центра пол  зрени , который )0 создаетс  пересечением линии раздела MN с вертикальной шкалой, нанесенной на матовом стекле 1 1 в плоскости изо бражени  А в исследуемого объекта 13, При отклонени х рассто ни  L, от

тудной модул ций.

За счет увеличени  ч-увствитель- ности преобра овани  (дл  данного устройства m 1,М -«с 1) заданна  точность может быть обеспечена при проведении измерений в большом диапазоне рассто ний LO, в том числе в дальней зоне диаграммы на.правлен- ности, В свою очередь при этом обеспечиваютс  линейные зависимости меж- 15 фокусного или угла юстировки от норду определ емыми параметрами вибрации и амплитудой сигнала на выходе детекторной секции 3.

Дп  обеспечени  заданной точности измерений при So, Р const необходимо , чтобы величины погрешностей S(co), S (q,0, L) были минимальны и не измен лись при воздействии факторов комплексных испытаний. Минимальное значение 5 (со) молсет быть достигнуто за счет термостабилизации антенно-фидерного тракта. Это достигаетс  за счет размещени  элементов антенно-фидерного тракта вне вибротермокамеры и св зи рупорного излучател  6 с исследуемым объектом 13 через фокусирующую радиолинзу 7, выполн ющую роль заглушки виброкамеры 14, Дополнительно автогенератор СВЧ ,1 может быть помещен в термостат. Минимальное значение S (cf, 9, L) может быть достигнуто при проведении измерений на рассто нии L, равном фокусному рассто нию объектива 8 при ориентации его главной оптической оси перпендикул рно поверхности исследуемого объекта 14, Суммарна  максимальна  погрешность измерени  при этом 5(со,1р,0, L) не превьш1ает ±10%

мального составное изображение или его часть соответственно равномерно или асимметрично нерезкие. Глубина резкости, котора  должна быть не

20 более половины длины перет жки.С С не менее минимально измер емой двой ной амплитуды вибросмещени , обеспе чиваетс  апертурным диафрагмировани в объективах 8, В отъюстированном н

25 рассто ние L от исследуемого объек 13 юстировочном устройстве 16 центр фокусного п тна С соответствует цен ру пол  зрени  О изображени  А в, рассматриваемого через окул р 12, В

30 зависимости от конкретных заданий измерений отношение рассто ни  L к двойному фокусному рассто нию оптической системы объективов 8 может быть меньше или больше единицы,

35

Claims (1)

1. Формула изобретени

   Устройство дл  бесконтактного измерени  механических резонансных 4Q частот, содержащее механический виб ратор дл  размещени  на нем исследуемого элемента, антенну, автогене ратор СВЧ-колебаний, выход которого подключен к входу основного канала

   Необходима  пространственна  юсти- направленного ответвител , а Выход

   ровка оси измерений обеспечиваетс  использованием оптической системы двух равноотсто щих от оси ОС радиолинзы 7 объективов 8, установленных на рупорном излучателе 6, главные оптические оси которых О С и О С пересекаютс  в центре С фокусного п тна АВ радиолинзы 7, Призменна  отражающа , система 9 объективов 8 используетс  дл  соединени  посредством пр моугольной отражающей призмы 10 двух полей зрени  изображени  А в исследуемого объекта 13 в пределах фокусного п тна АВ радио-линзы

   13469856

   7. При рассто нии до объекта 13, равном фокусному рассто нию ОС, и ориентировании оси измерений ОС перпендикул рно к поверхности исследуемого объекта 13 резкость составного изображени  А В , контролируемого по матовому стеклу 1I через окул р 12, равномерно симметрична относительно центра пол  зрени , который создаетс  пересечением линии раздела MN с вертикальной шкалой, нанесенной на матовом стекле 1 1 в плоскости изображени  А в исследуемого объекта 13, При отклонени х рассто ни  L, от

   мального составное изображение или его часть соответственно равномерно или асимметрично нерезкие. Глубина резкости, котора  должна быть не

   более половины длины перет жки.С С и не менее минимально измер емой двойной амплитуды вибросмещени , обеспечиваетс  апертурным диафрагмированием в объективах 8, В отъюстированном на

   рассто ние L от исследуемого объекта 13 юстировочном устройстве 16 центр фокусного п тна С соответствует центру пол  зрени  О изображени  А в, рассматриваемого через окул р 12, В i

   зависимости от конкретных заданий измерений отношение рассто ни  L к двойному фокусному рассто нию оптической системы объективов 8 может быть меньше или больше единицы,

   Формула изобретени 

   Устройство дл  бесконтактного измерени  механических резонансных частот, содержащее механический вибратор дл  размещени  на нем исследуемого элемента, антенну, автогенератор СВЧ-колебаний, выход которого подключен к входу основного канала

   0

   вспомогательного канала ответвител  подключен к входу детекторной секции , выход которой подключен к осциллографу и анализатору спектра, отличающее с  тем, что, с целью повьштени  чувствительности и увеличени  точности измерений в процессе проведени  испытаний миниатюрных элементов в термокамере, С антенна выполнена в виде рупорного излучател , вход которого присоединен к выходу основного канала направленного ответвител , введены фокусирующа  радиолинза, установленнал в раскрыве рупорного излучател  и  вл юща с  термоизолирующей заглушкой термокамеры, причем фокусное рассто ние фокусирующей радиолинзы равно рассто нию до исследуемого элемента, оптическа  юстировочна  система, содержаща  два объектива, установленных на рупорном излучателе симметрично относительно его оси, точка пересечени  главных оптических осей объективов расположена на оси рупорного излучател  и совпадает с фокусом фокусирующей радиолинзы, две преломл ющие призмы, две призмы полного внутреннего отражени , отражающую призму, матовое стекло и окул р, причем выход каждого объектива оптически последовательно св зан

   Редактор И, Николайчук Заказ 5115/42

   Составитель П. Савельев

   Техред М.Ходанич Корректор Г. Решетник

   Тираж 775Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4.

   с соответствующими преломл ющей призмой и призмой полного внутреннего отражени , выходна  грань каждой из призм полного внутреннего отражени 

   параллельна оси рупорного излучйте- л , ось симметрии отражающей призмы совпадает с осью рупорного излучател , а плоскость ее основани  совпадает с плоскост ми входных граней призм

   полного внутреннего отражени , матовое стекло расположено перпендикул рно оси рупорного излучател  со стороны отражающих граней отражающей призмы в фокусе каждого из объектиВОВ , а также в фокусе окул ра

   оптическа  . ось которого

   совпадает ;чател .

   осью рупорного излу