Устройство для бесконтактного измерения механических резонансных частот Советский патент 1987 года по МПК G01N22/00 

элементов в термокамере. Исследуемый объект (ИО) 13 помеодается в вибротермокамеру 14, имеющую радио- и оптически прозрачное окно 1.5. Сигнал сантиметрового диапазона длин волн, излучаемый автогенератором СВЧ 1,, разветвляется в направленном ответ- вителе 2 и поступает в измерительный канал, состоящий из детекторной секции 3, анализатора спектра 4 и осциллографа 5, и в канал рупорного, излучателя (РИ) 6, ориентированного на ИО 13, После излучения РИ 6 фиксируется с помощью радиолинзы 7, выполняющей роль заглушки вибротермокамеры 14. При взаимодействии ЙО. 13 с электромагнитным полем РИ 6 возникают вынужденные и резонансные колебания ИО 13, что вызывает возму1

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

Цель изобретения - повышение чувствительности и увеличение точности измерений в процессе проведения испытаний миниатюрных элементов в термокамере.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства.

Устройство для бесконтактного измерения 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, окуляр 12 и исследуемый объект 13, помещенный в вибротермокамеру 14, имеюп1ую радио-и оптческие прозрачное окно 15. Объективы 8, призменная отражающая система 9, отражающая призма 10, матовое стекло 1 1 и окуляр 12 образуют юстиро- вочное устройство 16. В состав приз- менной отражающей системы 9 входят преломляющая призма 16 и призма 17

щения СВЧ-проводимости колебательной системы автогенератор СВ 1 - ИО 13. Это приводит к затягиванию частоты автогенератора СВЧ I и возникновению амплитудно-частотной модуляции несущей частоты. В измерительном канале получается информация об амплитуде вибросмещения на частотах вынужденных и резонансных колебаний ИО 13. Для обеспечения миним. погрешностей измерения необходимо, чтобы ИО 13 находился в фокусе введенной радиолинзы 7. Необходимая пространственная юстировка оси измерений осуществляется с помощью юстировочного устройства 16, состоящего из объективов 8, призменных отражающих систем 9, отражающей призмы 10, матовог стекла 11 и окуляра 12. 1 ил.

полного внутреннего отражения. Кроме того, на схеме обозначены диаметр фокусного пятна АВ, составное ийо- бражение фокусного пятна А В , фокусное расстояние радиолинзы ОС, длина перетяжки С С, главная оптическая ось радиолинзы ОС, главные оптические ось объективов О С и О С,

линия раздела изображения MN, центр поля зрения изображения О, фокус радиолинзы (центр фокусного пятна) С. Устройство работает следующим образом.

Излучаемый автогенератором СВЧ 1 сигнал сантиметрового диапазона длин волн разветвляется в направленном ответвителе 2 по двум каналам: измерительному - на детекторную секцию 3 и каналу рупорного излучателя 6, который для проведения измерений ориентируется на исследуемый объект 13. Для увеличения точности измерений поле излучения рупорного

излучателя 6 фокусируется с помощью радиолинзы 7, которая одновременно выполняет роль заглушки вибротермокамеры 14, обеспечивая тем самым термостабилизацию антенно-фидерного

тракта, который размещается вне вибротермокамеры 14. В этом случае взаимодействие обт..екта 13 с электромагнитным полем, излучаемьтм рупорным излучателем 6, позволяет реализовать режим работы, при котором на возмущени частоты автогенератора СВЧ I оказывают влияние только условия его согласования с нагрузкой.

Эти условия изменяются с изменением частоты и уровня колебаний объекта 13, возбуждаемых вибратором вибротермокамеры 14, В результате возникновения вьгаужденных и резонансных колебаний конструктивных элементов объекта 13 возникают возмущения СВЧ-проводимости колебатель- ной системы автогенератор СВЧ-1 - исследуемый объект 13, сопровождаемые динамическим затягиванием частоты автогенератора СВЧ 1. Возникает амплитудно-частотная модуляция 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 использования анализатора 4 спектра и осциллографа 5, позволяет получить информацию об амплитуде вибросмещения на частотах вынуж денных и резонансных колебаний конструктивных элементов 13,

Работу устройства можно предста- .вить следующими соотношениями:

U-(t) Ua(0)sin6t; Р-

А я d§.. 2..

А - а „ „

L

х(0) ,(0)/лco.

45

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

- соответственно амплитудные значения вибросмещения и выходного напряжения сигнала детектор- 50 ной секции 3; - чувствительность;

- суммарная относительная погрешность измерения амплиту- gg ды вибросмещения;

.

- составляющие суммарной относительQд 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 излучателя 6, а также расстояния Lg до исследуемого объекта 13;

дер,(О) - изменения фазового набега сигнала за счет эффекта динамического затягивания частоты; Q - круговая частота

вибрации;

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

PJ, - мощность излучения; Sg - эффективная отражающая поверхность объекта 13; ZCB, Z0 - соответственно линейные размеры диаграммы направленности на уровне

0.1

а, b - аппаратные параметры установки, не зависящие от со ,

В силу нелинейного характера проводимости автогенератора СВЧ 1 возникает спектр сложного колебания смешанной амплитудно-частотной модуляции. При этом на выходе детекторной секции 3 вьщеляется сигнал частоты Q. с амплитудой

и(о) АХ(О),

посредством измерения величины которой может быть определена амплитуда вибросмещения непосредственного через параметр А или сравнительным методом калибровки по показаниям аттестованного средства измерений вибро- . смещения или виброускорения,

Из представленных Соотношений видно, что в данном устройстве параметрическая связь между автогенератором СВЧ 1 и исследуе мым объектом

13 обеспечивает увеличенную в

раз чувствительность уст

Г

ройства, где т, М - соответственно

7. При расстоянии до объекта 13, равном фокусному расстоянию ОС, и ориентировании оси измерений ОС перпендикулярно к поверхности исслеиндекс частотной и коэффициент ампли- f дуемого объекта 13 резкость составного изображения А В , контролируемого по матовому стеклу 1I через оку ляр 12, равномерно симметрична относительно центра поля зрения, который )0 создается пересечением линии раздела MN с вертикальной шкалой, нанесенной на матовом стекле 1 1 в плоскости изо бражения А в исследуемого объекта 13, При отклонениях расстояния L, от

тудной модуляций.

За счет увеличения ч-увствитель- ности преобраяования (для данного устройства m 1,М -«с 1) заданная точность может быть обеспечена при проведении измерений в большом диапазоне расстояний LO, в том числе в дальней зоне диаграммы на.правлен- ности, В свою очередь при этом обеспечиваются линейные зависимости меж- 15 фокусного или угла юстировки от норду определяемыми параметрами вибрации и амплитудой сигнала на выходе детекторной секции 3.

Дпя обеспечения заданной точности измерений при So, Р const необходимо, чтобы величины погрешностей S(co), S (q,0, L) были минимальны и не изменялись при воздействии факторов комплексных испытаний. Минимальное значение 5 (со) молсет быть достигнуто за счет термостабилизации антенно-фидерного тракта. Это достигается за счет размещения элементов антенно-фидерного тракта вне вибротермокамеры и связи рупорного излучателя 6 с исследуемым объектом 13 через фокусирующую радиолинзу 7, выполняющую 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 расстоянии L, равном фокусному расстоянию объектива 8 при ориентации его главной оптической оси перпендикулярно поверхности исследуемого объекта 14, Суммарная максимальная погрешность измерения при этом 5(со,1р,0, L) не превьш1ает ±10%

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

20 более половины длины перетяжки.С С не менее минимально измеряемой двой ной амплитуды вибросмещения, обеспе чивается апертурным диафрагмировани в объективах 8, В отъюстированном н

25 расстояние L от исследуемого объек 13 юстировочном устройстве 16 центр фокусного пятна С соответствует цен ру поля зрения О изображения А в, рассматриваемого через окуляр 12, В

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

35

Формула изобретени

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

Необходимая пространственная юсти- направленного ответвителя, а Выход

ровка оси измерений обеспечивается использованием оптической системы двух равноотстоящих от оси ОС радиолинзы 7 объективов 8, установленных на рупорном излучателе 6, главные оптические оси которых О С и О С пересекаются в центре С фокусного пятна АВ радиолинзы 7, Призменная отражающая, система 9 объективов 8 используется для соединения посредством прямоугольной отражающей призмы 10 двух полей зрения изображения А в исследуемого объекта 13 в пределах фокусного пятна АВ радио-линзы

13469856

7. При расстоянии до объекта 13, равном фокусному расстоянию ОС, и ориентировании оси измерений ОС перпендикулярно к поверхности исследуемого объекта 13 резкость составного изображения А В , контролируемого по матовому стеклу 1I через окуляр 12, равномерно симметрична относительно центра поля зрения, который создается пересечением линии раздела MN с вертикальной шкалой, нанесенной на матовом стекле 1 1 в плоскости изображения А в исследуемого объекта 13, При отклонениях расстояния L, от

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

более половины длины перетяжки.С С и не менее минимально измеряемой двойной амплитуды вибросмещения, обеспечивается апертурным диафрагмированием в объективах 8, В отъюстированном на

расстояние L от исследуемого объекта 13 юстировочном устройстве 16 центр фокусного пятна С соответствует центру поля зрения О изображения А в, рассматриваемого через окуляр 12, В i

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

Формула изобретения

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

0

вспомогательного канала ответвителя подключен к входу детекторной секции, выход которой подключен к осциллографу и анализатору спектра, отличающее ся тем, что, с целью повьштения чувствительности и увеличения точности измерений в процессе проведения испытаний миниатюрных элементов в термокамере, С антенна выполнена в виде рупорного излучателя, вход которого присоединен к выходу основного канала направленного ответвителя, введены фокусирующая радиолинза, установленнал в раскрыве рупорного излучателя и являющаяся термоизолирующей заглушкой термокамеры, причем фокусное расстояние фокусирующей радиолинзы равно расстоянию до исследуемого элемента, оптическая юстировочная система, содержащая два объектива, установленных на рупорном излучателе симметрично относительно его оси, точка пересечения главных оптических осей объективов расположена на оси рупорного излучателя и совпадает с фокусом фокусирующей радиолинзы, две преломляющие призмы, две призмы полного внутреннего отражения, отражающую призму, матовое стекло и окуляр, причем выход каждого объектива оптически последовательно связан

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, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4.

с соответствующими преломляющей призмой и призмой полного внутреннего отражения, выходная грань каждой из призм полного внутреннего отражения

параллельна оси рупорного излучйте- ля, ось симметрии отражающей призмы совпадает с осью рупорного излучателя, а плоскость ее основания совпадает с плоскостями входных граней призм

полного внутреннего отражения, матовое стекло расположено перпендикулярно оси рупорного излучателя со стороны отражающих граней отражающей призмы в фокусе каждого из объектиВОВ, а также в фокусе окуляра

оптическая . ось которого

совпадает ;чателя.

осью рупорного излу

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