SU1753296A1

SU1753296A1 - Способ измерени вибраций

Info

Publication number: SU1753296A1
Application number: SU904781810A
Authority: SU
Inventors: Альмантас Вацловович Мозурас; Казимерас Миколович Рагульскис
Original assignee: Каунасский Политехнический Институт
Priority date: 1990-01-16
Filing date: 1990-01-16
Publication date: 1992-08-07

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерений параметров механических колебаний с помощью электромагнитных волн. Цель изобретени - повышение точности путем учета нелинейности возникающей при частотной модул ции электромагнитной волны при отражении. При реализации способа распростран ют электромагнитную волну в направлении вибрирующего объекта, принимают отраженную волну, дифференцируют по времени сдвиг частоты , по характерным интервалам времени, измеренным между экстремальными значени ми продифференцированного сигнала с учетом выведенных рабочих соотношений, суд т об амплитуде механических колебаний . 1 ил,

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени параметров механических колебаний с помощью электромагнитных волн.

Известен способ измерени параметров движени с помощью излучаемой и от- раженной электромагнитных волн, определ ющий скорость движени объекта по доплеровскому сдвигу частоты, При этом считаетс , что доплеровский сдвиг частоты Д f пропорционален скорости v движени объекта.

ДГ 2Г0у/Уф,

(D

где f0 - частота излучаемой волны;

УФ - фазова скорость распространени волны в среде.

Однако точна формула дл расчета сдвига частоты, котора выводитс из известной формулы при Н щей:

0, вл етс следую-

(2)

Сравнива формулы (2) и (1),видно, что при расчете скорости v по формуле (1) сталкиваютс с погрешностью измерени . Это вл етс недостатком способа. Кроме того, в данном способе, дл определени v нужно дополнительно измер ть частоту f0, так как она входит в рабочее выражение (1).

Наиболее близким к предлагаемому вл етс способ измерени амплитуды XQ механических колебаний объекта по доплеровскому сдвигу частоты электромагнитной падающей и отраженной волны. Если вибраци объекта гармоническа , тогда виброскорость измен етс по закону:

-ч

СП

со ю ю о

V (О Х0 COS ( О) t ) ,

(3)

где (о- циклическа частота колебаний объекта;

t - врем .

Однако и в этом способе закон зависимости Л f от v считают линейным, т.е. в качестве расчетной формулы дл определени х0 принимают формулу (1), и сталкиваютс с систематической погрешностью измерени . Недостатком также вл етс то. что нужно-дополнительно измер ть опорную частоту f0, вход щую в расчетную формулу.

(1).

Целью изобретени вл етс повышение точности путем учета нелинейностей.

Сущность изобретени заключаетс в том. что при дифференцировании по времени доплеровского сдвига частоты, измерении хара стерных интервалов времени и определении х0 по формуле (4) представл етс возможность повысить точность из-за учета нелинейностей основной зависимости эффекта Доплера (2).

На чертеже представлен характерный ход информативного сигнала, полученного путем дифференцировани по времени доплеровского сдвига частоты (2) при изменении виброскорости по закону (3).

Способ осуществл ют следующим образом .

Распростран ют электромагнитную волну в направлении вибрирующего объекта (так, чтобы волновой вектор был колине- арен вектору виброскорости). Принимают отраженную от объекта волну. Информативный сигнал получают путем дифференциро- вани по-времени доплеровского сдвига частоты. Условно принимают второй экстре- мум из любой пары ближних соседних экстремумов информативного сигнала за первый. Измер ют интервал времени Аи между пер- , е.ым n-тым экстремумами (п - четное число, п 2) и интервал времени At между первым и(п+1)-м экстремумами последнего сигнала, а амплитуду колебаний определ ют по формуле:

.(-l+vi-HAfA + ZD

так { п (Ati/At - y2)zp+A)

«,

где А ctgVn(Ati/At -1)/2;

уф-фазова скорость распространени волны в среде.

Приведем вывод формулы (4).

Пусть виброскорость объекта измен етс по закону (3). Подставл ем v из (3) в выражение (2), получем зависимость доплеровского сдвига частоты A f от времени t. Полученный A f дифференцируем по

времени t и получаем зависимость информативного сигнала от времени t. Дл нахождени услови экстремума информативного сдвига еще раз дифференцируем лредыдущую зависимость по времени. Приравниваем в результате этого полученное выражение нулю и получаем соотношение, св зывающее искомую амплитуду механических колебаний хо с фазой максимума информативного

сигнала (wt)max . Учитыва соотношени , св зывающие фазу максимума информативного сигнала (a)t)max с характерными интервалами времени Ati и At, из предыдущего соотношени выражмвм х0 и получаем расчетную формулу способа (4).

В способе предусмотрена возможность по большим интервалам времени (в смысле того, что информаци может быть получена не только по одному, но и по любому числу

периодов информативного сигнала), что также повышает точность измерений.

Дл реализации способа использовались радиоволны в СВЧ-диапазоне( Я 6 см). Дл реализации способа может быть применена

классическа схема реализации, Генератор СВЧ, в качестве которого применена лампа обратной волны типа С094. с помощью передающей антенны облучал гармонически вибрирующий объект. Отраженный сигнал,

восприн тый приемной антенной, поступал на смеситель, построенный на основе гер- манического диска Д403В. На этот же ситель поступал сигнал от СВЧ-генерато ра, С выхода смесител частота результирующего электрического сигнала, равна допле- ровскому сдвигу частоты A f, измер лась с помощью цифрового частотомера, подключенного к вычислительному блоку, построенному на базе Электроника-60. Операции

дифференцировани и измерени характерных интервалов времени A ti и A t проводились программным образом. Примененный радиоволновой измеритель позвол ет в широком диапазоне до 10 км/с измер ть виброскорости .

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества:

Дл определени х0 не надо дополнительно измер ть опорную частоту f0, что

видно из рабочей формулы (4).

В предлагаемом способе учтены нелинейности (исключены систематические погрешности прототипа), так как рабоча формула (4) выведена из (2) с учетом всех

нелинейностей (без приближенных допущений ), что повышает точность в среднем 3.8 раза.

Расширен динамический диапазон измерений , так как в предлагаемом способе

соотношени точные, в то врем как в прототипе из-за прин того допущени линейности ограничивают динамический диапазон измерений, чтобы не возрастали систематические ошибки.

По сравнению с другими известными техническими решени ми, например, с помощью пьезоэлектрических датчиков, предлагаемый способ имеет преимущества, св занные с возможностью значительного отдалени измерител от объекта (до дес тков километров), а также с возможностью измерени высокого уровн вибраций, при котором контактный пьезопреобразователи обычно разрушаютс .

Claims

Формула изобретени Способ измерени вибраций, заключающийс в том, что на контролируемый объект направл ют электромагнитную волну, регистрируют отраженную электромагнит- нуга врлну, детектируют зарегистрированный сигнал и по параметрам продетектированного электрического сигнала суд т о параметрах колебаний объекта, отличающийс тем, что, с целью повышени точности путем учета нелинейности, возникающей при частотной модул ции электромагнитной волны при отражении, дифференцируют по времени продетекти- рованный электрический сигнал, определ ют временной интервал Д ti между любыми из экстремумов полученного сигнала, который принимают за первый, и n-м экстремумом этого сигнала, где n 2k, при k 1,2,3..., измер ют временной интервал A t между первым и (п+1)-м экстремумами, а мплиту- ду определ ют по формуле

-14 ЗЖ+гп

2frocr

лпсоз (лл (Л11/Л1 - 1X2)

где А ctg л n (Att/At -1)

УФ - фазова скорость распространени волны в среде.