Устройство для измерения перемещений (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК G01B15/02 

Изобретение относится к измериельной технике и может быть использовано для бесконтактных измерений перемещений различных тел,

Цель изобретения - увеличение чувствительности.

1Гафиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства для измерения перемещений; на фиг.2 - ариант устройства для измерения пеемещений; на фиг.З - зависимость ощности и частоты излучения СВЧ-ге- нератора от величины перемещения; на иг.4 - график, поясняющий процесс реобразования частотно-модулированых колебаний в амплитудно-модулиро- ванные колебания частотно-избирательным элементом.

Устройство для измерения перемещений содержит СВЧ-генератор 1,.реф- лекТометр 2, излучатель 3 для облучения контролируемого объекта 4, частотно-избирательный элемент 5, етектор 6 электромагнитных колебаний, развязывающий элемент 7 и фазовращатель 8.

Устройство для измеренид перемещений работает следующим образом.

Электромагнитной энергией с частотой Рд и амплитудой Улад излучаемой СВЧ-генератором 1, посредством излучателя 3 воздействуют на контролируе- мьй объект 4. Отраженную от контролируемого объекта 4 электромагнитную волну принимают излучателем 3, работающим в режиме приемопередачи, и складьшают ее с падающей волной, в результате чего образуется интерферен- ционный сигнал. Часть падакнцей и отраженной электромагнитных волн с амплитудами и и UOTP проходит частотно-избирательный элемент 5, например, пассивный объемный резонатор, и поступает в детектор 6, образуя также сигнал интерференции.

При отсутствии развязывающего элемента 7, например ферритового вентиля (фиг.1), между СВЧ-генератором 1 и рефлектометром 2 отраженная волна поступает на выход СВЧ-генератора 1, где также происходит интерференция между генерируемыми и отраженными электромагнитными волнами, что соответствует изменению нагрузки СВЧ-генератора 1. В результате такого воздействия отраженной волной на СВЧ-генератор 1 параметры генерации последнего - частота F и мощность Р излучения - периодически изменяются при

перемещении контролируемого объекта 4 HataF и±лР. При зтом в случае, вьшолнения СВЧ-генератора 1 на лавин- но-пролетных диодах, диодах Ганна

модуляции частоты и мощности происходит синфазно, т.е. максимуму частоты соответствует максимум мощности, а изменение частоты ьр и мощности U Р зависит от амплитуды отраженной

волны. Период модуляции соответствует периоду сигнала интерференции. Можно также использовать сигнал интерференции, снимаемый с детектора 6(фиг.2), для управления (модуляции) питанием

СВЧ-генератора 1, варактора и др.

Таким образом, электромагнитные колебания СВЧ-генератора 1 оказываются модулированными по частоте и мощности (амплитуде) и определяются

выражением

иад и, l + mcOs(-4 ),S-/.fH..),

где и - номинальная амплитуда коле- «

.п

м«ч

баний в отсутствии модуляции; коэффициент модуляции; максимальное изменение амплитуды колебаний; индекс частотной модуляции; начальная фаза колебаний. При прохождении падающей и отраженной волн на детектор 6 они приобретают набег фазы и 4.- соответственно и сигнал интерференции определяется выражением

U;.u;,,--KL/J1-mcos(

yj

,S H

;(i|i.y)3cosS Kruj1 mcos(- -vj3coS «ЫД-М,.1и(Ц.)-в(,

45

50

55

где К - коэффициент связи.

При прохождении такого сигнала через частотно-избирательный элемен 5, например пассивный объемньш резонатор, частотно-модулированные (ЧМ) колебания преобразуются в ам- плитудно-модулированные (AM) колебания. Процесс преобразования представлен на фиг.4, где показана настройка объемного резонатора для работы на левой ветви резонансной кривой в случае синфазной модуляции частоты и мощности излучения.

В итоге сигнал интерференции на детекторе определяется выражением

и

1223037

/U;,,--(UJl-mCos(-4 )cosCoJ t-M,s.h(-v)j

HaA.. д -CC73 f y 1+hCOs(+-V) + ЫCOs(--)JcostcJД4

M,s;.()cos(r ;),(

где h - коэффициент модуляции при преобразовании ЧМ Колебаний в AM, пропорциональный добротности объемного резонатора и девиации частоты,

у - коэффициент передачи сигнала частотно-избирательной системой и при ее соответствующей настройке по- t

рядка

1+п

При налой величине п у.

Так как фазы f, Ч и У могут иметь произвольное значение в зависимости от электрических длин пути прохождения паданлцей и отраженной волн, соответствующим подбором электрических длин делают их кратными 2Т, чем совмещают фазы огибающих изменения мощности и частоты и сигнала интерференции.

Поскольку yrt-l, а 2кГупти намного меньше остальных слагаемых, то увеличивается U A;2Ug (r+m+n) , т.е. чувствительность увеличивается.

Формула изобретени

1. Устройство для измерения перемещений, содержащее СВЧ-генератор.

0

0

выполненный на полупроводниковом диоде с отрицательным сопротивлением, рефлектометр и детектор электромагнитных колебаний, отличающ е- е с я тем, что, с целью увеличения чувствительности, СВЧ-генератор подключен к входу рефлектометра через введенный фазовращатель, а между выходом рефлектометра и входом детектора электромагнитных колебаний включен частотно-избирательньй элемент .

2. Устройство для измерения перемещений, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, вьтолнен- ный на полупроводниковом диоде с отрицательным сопротивлением, развязы- вакнций элемент и рефлектометр, а также детектор электромагнитных колебаний, отличающееся тем, что, с целью увеличения чувствительности, между выходом рефлектометра и детектором электромагнитных колебаний включен частотно-избирательный элемент, а выход детектора электромагнитных колебаний соединен с входом управления СВЧ-генератора.

Изобретение обеспечивает повышение чувствительности. СВЧ-генера- тор (Г) 1 выполнен на полупроводниковом диоде с отрицательным сопротивлением. Электромагнитная энергия Г 1, пройдя через развязывающий элемент 7 и рефлектометр 2,посредством излучателя 3 воздействует на контролируемый объект (КО) 4. Излучатель 3 работает в режиме приемопередачи. Излучатель 3 принимает отраженную и „„ от - вот КО 4 электромагнитную волну и складывает с падающей волной. Образуется интерференционный сигнал. Часть падакщей и отраженной волн проходит через частотно-избирательный элемент 5 на детектор 6 электромагнитных колебаний, где образуется сигнал интерференции. Частотно-избирательный элемент 5,например пассивный объемный резонатор, преобразует частотно-модулированные колебания в амплитудно-модулированные. Если между Г 1 и рефлектометром 2 нет развязывающего элемента 7, то отраженная волна поступает на выход Г 1. Между генерируемой и отражённой волнами происходит интерференция, что соответствует изменению нагрузки Г 1, Воздействие отраженной волны приводит к периодическому изменению частоты и мощности Г 1 при перемещении КО 4. Электромагнитные колебания Г 1 оказываются модулированными по частоте и мощности. 2 с.п. ф-лы. 4 ил. лад - отр (П 1С ND СО о со отр ф1/г. 1

l/flff ffff/nf

ff/TTfl

Фиг. 2

АР

РО -АР

АР

-АР

1 4

i1

г 4

Фиг J

А1 Л

Xafla/(/neflt/c/J7tf/fa V iWCflTOffTHo-t/y pfffff. сасЛ ц

ttffKC

AUAM AHon

/(o/reffaffi/я

ф1/гЛ

Составитель А.Лысов Редактор О.Юрковецкая Техред О.Сопко Корректор В.Бутяга :« «-. --«- ---i««..

Заказ 1700/42Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4