ИЗМЕРИТЕЛЬ ВИБРАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК G01H9/00 

Изобретение относится к области виброметрии и может быть использовано в качестве измерителя вибрации.

Известен измеритель вибрации (Константинов В.А. Трубников С.Г. Измерение малых перемещений и вибраций радиотехническими методами, Метрология,1972, N 5, с. 16-23), содержащий генератор СВЧ, двойной волноводный Т-образный мост, антенну, регулируемую нагрузку, 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 вибрациии (Griffin D.W. "MW interferometers for biological studies", Microwave journal, 1978,Vol 21, N 5, s 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, громоздкость конструкции, сложная настройка.

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

Данный измеритель имеет низкую чувствительность, так как детектор фиксирует только измерение фазы отраженной волны.

Наиболее близким к заявляемому является измеритель вибрации, 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 N 2025669, кл.G 01 M 9/00, 1991г.

Недостатком данного устройством является низкая чувствительность измерителя, обусловленная его конструкцией.

Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности измерения вибраций контролируемого объекта.

Этот технический результат достигается тем, что измеритель вибрации содержит генератор СВЧ, детектор, с подключенным к нему индикатором, и антенну, удаленность которой определена из соотношения
,
где l₁ расстояние от антенны до детектора,
λ_в длина волны в линии передачи,
n 1,3,5.

Кроме того, удаленность антенны до контролируемого объекта определена из соотношения
,
где l₂ расстояние антенны до контролируемого объекта,
λ_o длина волны в свободном пространстве.

Кроме того, длина круглого волновода вдоль линии передачи определена из соотношения
,
где l₃ длина круглого волновода вдоль линии передачи.

Кроме того, радиус круглого волновода определен из соотношения

На фиг. 1 изображена блок-схема измерителя вибрации, на фиг. 2 - зависимость тока квадратичного детектора от расстояния между детектором и контролируемым объектом, на фиг. 3 зависимость отношения амплитуд отраженной и падающей волн от расстояния между антенной и объектом.

Измеритель вибрации содержит (фиг. 1) последовательно соединенные генератор СВЧ 1, детектор 2 с подключенным к нему индикатором 3 и антенну 4.

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 устанавливается стоячая волна. Согласно граничным условиям на поверхности объекта напряженность электрического поля имеет минимумы, которые будут чередоваться в стоячей волне через λ/2, где λ длина волны. Как видно из фиг.2, если детектор расположить на расстоянии от объекта , то увеличение расстояния между детектором и объектом приведет к увеличению тока детектора, а уменьшение к уменьшению тока детектора. Соответственно, если , то будет наблюдаться противоположная ситуация.

Из графика на фиг. 3 видно, что увеличение расстояния между антенной (открытый конец прямоугольного волновода кривая 1 и открытый конец круглого волновода кривая 2) и l₂ приведет к уменьшению величины отношения амплитуд волн, излучаемых и принимаемых антенной. В результате уменьшается коэффициент стоячей волны в линии передачи и падает чувствительность.

Из вышеизложенного следует, что существует возможность соответствующего выбора расстояний между детектором и антенной l₁, а также антенной и объектом l₂, при котором результаты фазового и амплитудного эффектов сказываются наилучшим образом. Это наблюдается при , где n 1,3,5.

Учитывая то, что длина волны в линии передачи может отличаться от длины волны в свободном пространстве, перепишем соотношения следующим образом: , где n 1,3,5,
Пример конкретного выполнения. Для измерения вибраций используют генератор СВЧ с частотой колебаний 18,3 ГГЦ, в качестве детектора диод Д608, индикатора селективный вольтметр фирмы "Брюль и Кьер" (Дания), осциллограф С1-93, источник вибраций вибростенд 4290 фирмы "Брюль и Кьер", антенны - открытый конец круглого волновода. В качестве передающей линии используют прямоугольный волновод сечением 11 х 5,5 мм². Зависимости наименьших значений смещений, которые еще способны вызвать заметные изменения выходного сигнала от частоты вибрации для предлагаемого измерителя вибраций и прототипа приведены в таблице.

Анализ данных демонстрирует достаточный положительный эффект при использовании предлагаемого технического решения (увеличение чувствительности на порядок по сравнению с прототипом).

Высокая чувствительность измерителя вибрации, 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 механизмов.

Использование : виброметрия. Сущность изобретения: измеритель вибрации содержит генератор СВЧ, детектор, с подключенным к нему индикатором, и антенну, при этом удаленность антенны в виде круглого волновода от детектора определена из соотношения: , где l₁ - расстояние от антенны до детектора, λ_в- - длина волны в линии передачи, n - 1,3,5 ..., а удаленность антенны до контролируемого объекта определена из соотношения: , где l₂ - расстояние антенны до контролируемого объекта, λ_o - длина волны в свободном пространстве, при этом длина круглого волновода вдоль линии передачи определена из соотношения: , где
l₃ - длина круглого волновода вдоль линии передачи и радиус круглого волновода R определен из соотношения: .

3 з.п. ф-лы, 1 табл., 3ил.

1. Измеритель вибрации, содержащий генератор СВЧ, детектор с подключенным к нему индикатором и антенну, отличающийся тем, что удаленность антенны в виде круглого волновода от детектора определена из соотношения

где l₁ расстояние от антенны до детектора;
λ_в- длина волны линии передачи;
n 1, 3, 5,
2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что удаленность антенны от контролируемого объекта определена из соотношения

где l₂ расстояние антенны до контролируемого объекта;
λ_o- длина волны в свободном пространстве. 3. Измеритель по п. 1, отличающийся тем, что длина круглого волновода вдоль линии передачи определена из соотношения

где l₃ длина круглого волновода вдоль линии передачи. 4. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что радиус круглого волновода R определен из соотношения
ы