СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИБРАЦИИ ОБЪЕКТА Российский патент 2004 года по МПК G01H11/06 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Известен способ, реализуемый клистронным СВЧ - генераторным виброметром (см. В.А.Викторов и др. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов, 1989, стр. 159), в котором измерение тока в цепи питания резонатора, обусловленное изменением сопротивления нагрузки клистронного генератора служит мерой оценки вибрации.

Недостатком этого известного способа является невысокая точность, связанная с нестабильностью физико-химических свойств диэлектрической антенны из-за температурного влияния.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый за прототип способ определения вибрации (см. В.А.Викторов и др. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов, 1989, стр. 155). В устройстве, реализующем указанный способ, колебания с СВЧ-генератора через соответствующие плечи поступают на приемопередающую антенну, которая излучает волны в сторону объекта вибрации, принимает отраженные от него волны, которые через соответствующие плечи циркулятора поступают на детектор и далее на усилитель и индикатор. По интерференционной картине отраженного от объекта сигнала и опорного сигнала, образованного штырем, расположенным между антенной и приемопередающим плечом циркулятора, определяют вибрацию.

Недостатком данного способа следует считать погрешность, обусловленную сложностью получения стабильного опорного сигнала штырем.

Задачей заявляемого технического решения является повышение точности измерения вибрации объекта.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения вибрации объекта, основанном на использовании зондирующих вибрирующий объект и отраженных от него электромагнитных колебаний, вибрацию объекта определяют по частоте перестроенных отраженным сигналом зондирующих колебаний.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что при зондировании вибрирующего объекта электромагнитными колебаниями, по частоте перестроенных отраженным сигналом зондирующих колебаний определяют вибрацию объекта.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить поставленную задачу определения вибрации объекта на основе использования частоты перестроенных зондирующих колебаний с желаемым техническим результатом, т.е. высокой точностью измерения.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство, реализующее данное техническое решение, содержит микроволновый генератор с варакторной перестройкой частоты 1, усилитель 2, частотомер 3, амплитудный детектор 4, циркулятор 5 и приемопередающую рупорную антенну 6 для излучения в сторону объекта вибрации 7 электромагнитных колебаний и приема отраженных от объекта волн.

Суть предлагаемого способа заключается в определении вибрации объекта частотой зондирующих колебаний при ее варакторной перестройке отраженным от объекта сигналом.

При зондировании объекта вибрации электромагнитным колебанием в пространстве между объектом вибрации и излучением из-за наложения падающей и отраженной от объекта волн устанавливается стоячая волна. Амплитуда этой волны определяется отражающими свойствами объекта и зависит от расстояния l между объектом вибрации и излучателем. Как известно, амплитуда стоячей волны в точках l = λ/4; 3λ/4 и т.д. имеет максимальное значение, а в точках λ/2; λ - минимальное значение. Здесь λ - длина электромагнитной волны.

В данном случае из-за вибрации объекта может иметь место смещение интерференционной картины указанных выше двух волн как в одно, так и в другое направление. В результате амплитуда стоячей волны окажется промодулированной амплитудой вибрации объекта.

Предположим расстояние (амплитуда), в пределах которого вибрирует объект (перемещение объекта влево и вправо от его равновесия), равно λ/4. Тогда при невибрирующем положении объекта (неподвижный объект) величину l всегда можно выбрать такой, что амплитуда стоячей волны соответствовала точкам: λ/8; 3λ/8 и т.д. После этого при вибрации объекта амплитуда стоячей волны будет изменяться между минимальным (левое положение объекта от его равновесия) и максимальным (правое положение объекта от его равновесия) значениями и наоборот.

Согласно предлагаемому способу, если амплитуда полученной стоячей волны, пропорциональная амплитуде вибрации объекта, использовать для перестройки частоты зондирующих вибрирующий объект колебаний, то по их частоте можно определить степень вибрации объекта.

Для этого в устройстве, реализующем данный способ, сначала микроволновые колебания, генерируемые генератором варакторной перестройкой частоты с помощью соответствующих плеч (первое и второе) циркулятора поступают на приемопередающую рупорную антенну и затем направляются на объект вибрации. Принимаемые отраженные от объекта приемопередающей антенной колебания через соответствующие плечи (второе и третье) циркулятора поступают на вход амплитудного детектора. Здесь следует отметить, что на входе циркулятора (3 плечо) по принципу его действия всегда наблюдается эффект стоячей волны (наложение опорного (зондирующего) и отраженного сигналов.

С выхода амплитудного детектора продетектированный сигнал переносится в усилитель. После усиления в последнем сигнал поступает на варактор микроволнового генератора.

В микроволновых генераторах с варакторной перестройкой частоты, так например, лавинно-пролетных и ганновских, варактер (см. Тараненко В.П. и др.

Электрическая перестройка частоты твердотельных СВЧ-генераторов варакторами. Известия высш. учеб. завед. MB и ССО СССР по разделу Радиоэлектроника, том XIX, октябрь, №10, 1976, стр. 5) служит для электрической перестройки частоты электромагнитных колебаний в зависимости от приложенного к варактору напряжения. Следовательно, при поступлении на варактор сигнала, пропорционального амплитуде вибрации объекта, по сдвигу частоты зондирующих вибрирующий объект колебаний можно судить о степени вибрации объекта.

Как известно, сигнал (напряжение) в пределах которого производится варакторная перестройка частоты генератора имеет минимальное U_min и максимальное U_max значения. В силу этого, если обозначить f₀ - частоту микроволновых колебаний при зондировании неподвижного объекта (расстояние l = λ/8; 3λ/8 и т.д.), адекватную относительно , то величина частоты f_max будет соответствовать напряжению на варакторе U_max (крайне правое положение вибрирующего объекта), а величина частоты f_min - U_min (крайне левое положение вибрирующего объекта). По разности f_max - f_min можно определить вибрацию объекта.

В рассматриваемом техническом решении измерение частот f₀; f_max и f_min осуществляется с помощью частотомера, подключенного к выходу варакторного микроволнового генератора.

Таким образом, согласно предлагаемому способу на основе измерения частоты перестроенных по частоте зондирующих контролируемую среду электромагнитных колебаний можно обеспечить более высокую точность определения вибрации объекта.

Предлагаемое техническое решение относится к области измерительной техники. Техническим результатом является повышение точности измерения. Способ основан на измерении частоты зондирующих вибрирующий объект электромагнитных колебаний при их варакторной перестройке частоты отраженным от объекта сигналом. 1 ил.

Способ определения вибрации объекта, при котором зондируют вибрирующий объект электромагнитными колебаниями и принимают отраженный от объекта электромагнитный сигнал, отличающийся тем, что отраженный сигнал детектируют и продетектированным отраженным сигналом перестраивают частоту генератора зондирующих электромагнитных колебаний, затем по сдвигу частоты этих колебаний измеряют степень вибрации объекта.