Устройство для дистанционного измерения перемещений Советский патент 1989 года по МПК G01N22/00 

Ј

4

СО 00 СП 05

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение чувствительности при измерении микроперемещений. Устройство содержит г-р 1 электромагнитных колебаний, направленный ответвитель 2, линию 3 передачи, волновое сопротивление которой равно активному сопротивлению 4, а также резонансный датчик, выполненный из катушки 5 индуктивности и емкостного преобразователя 6 с изменяющимся зазором. ВЧ-напряжение г-ра 1 через ответвитель 2 поступает на линию 3 и распространяется в ней в виде падающей волны напряжения. По достижении ею нагрузки линии 3, образованной сопротивлением 4, катушкой 5 и преобразователем 6, происходит образование отраженной волны, движущейся от нагрузки к ответвителю 2. При начальном значении зазора нет отраженной волны и устройство работает в режиме согласования. При изменении зазора от измеряемых микроперемещений изменяется амплитуда отраженной волны, которая достигает ответвителя 2 и выделяется в виде ВЧ-напряжения на выходе 7. 2 ил.

Фиг.1

-1

1147

Изобретение относится к радиоич- мерительной технике и может быть использовано для измерения расстояний и зазоров между разнесенными пред- метами.

Цель изобретения - повышение чувствительности при измерении микроперемещений.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства для дистанционного измерения перемещений; на фиг, 2 - графические зависимости выходного напряжения от конкретных значений измеряемых микроперемещений при заданных значениях частот стабилизированного высокочастотного генератора и параметрах емкостного преобразователя микроперемещений.

Устройство для дистанционного из- мерения содержит генератор 1 электромагнитных колебаний, направленный от- ветвителъ 2, линию 3 передачи, активное сопротивление 4, равное волновому сопротивлению линии 3 переда- чи, катушку 5 индуктивности и емкостный преобразователь 6 с изменяющимся зазором, соединенные последовательно. Выходной сигнал, линейно зависящий от измеряемых микропереме- щений, снимается с выхода 1 отраженной волны направленного ответвителя 2. Емкостный преобразователь 6 располагается, например, над проводящей поверхностью контролируемого объ- екта 8 на начальном расстоянии от него dQ.

Устройство для дистанционного измерения перемещений работает следующим образом.

Высокочастотное напряжение с выхода стабилизированного генератора 1 через направленный ответвитель 2 поступает на вход линии передачи 3 и распространяется в ней в виде падающей волны напряжения. По достижении ею нагрузки линии 3 передачи, образованной активным сопротивлением 4, катушкой 5 индуктивности и емкостным преобразователем 6, происходит образование отраженной волны, движущейся

от нагрузки к направленному ответви- телю 2. Амплитуда этой волны будет равна нулю только при начальном значении зазора , когда катушка 5 индуктивности и емкостный преобразователь 6 настроены в резонанс. В этом случае полное входное сопротивление нагрузки равно активному сопротивлению 4, т.е. волновому сопротивлению линии 3 передачи. Этот режим называется режимом согласования. Отраженной волны в этом случае нет,

В любом другом случае, когда значение зазора не равно d, возникает отраженная волна, амплитуда которой зависит от изменений этого зазора ud, т.е. от измеряемых микроперемещений. Отраженная волна достигает направленного ответвителя 2 и выделяется в виде высокочастотного напряжения на его выходе 7. Для сохранения однозначности при измерениях микроперемещений допускается либо уменьшение зазора относительно начального значения d0, т.е. проводящая поверхность контролируемого объекта 8 приближается к вто- рому электроду емкостного преобразователя 6 микроперемещений с изменяющимся зазором, либо его увеличение от минимального. Для измерения вибраций следует после настройки контура в резонанс при начальном значении зазора d0 сместить электрод емкостного преобразователя 6 на величину, равную половине диапазона измерения, в направлении поверхности вибрирующег объекта контроля 8, В этом случае линейность характеристики сохраняется а возникшую постоянную составляющую на выходе линейного преобразователя можно легко убрать с помощью разделительной емкости (не показана). I

Амплитуда отраженной волны на

входе линии связи следующим образом зависит от измеряемых микроперемещений

IWel-bd

IT

ll-U2ud

(1)

где об

1

2pw6s

Для того, чтобы выделить напряжение отраженной волны на отдельном выходе преобразователя используется направленный ответвитель 2, включенный между генератором 1 и линией 3 передачи, который может быть выполнен по схеме высокочастотного балансного моста. Коэффициент передачи напряжения отраженной волны на выход 7

направленного ответвителя постоянен и стремится к единице. Тогда -выражение описывает функциональную зависимость выходного сигнала от измеряемых микроперемещений.

Для получения линейной зависимости необходимо добиться выполнения следующего условия:

oL2-uoL2 «: 1

(2)

При заданных габаритах емкостного преобразователя 6 микроперемещений, волновом сопротивлении линии 3 передачи, диэлектрических свойствах изолятора о добиться выполнения этого условия можно подбором частоты выходного напряжения генератора 1

00 27f t

для чего необходимо задаться допустимым значением погрешности нелинейности преобразования.

Учитывая выражение (1), можно получить диапазон частот выходного напряжения генератора 1, обеспечивающий выполнение условия (2). Выбор любой частоты из этого диапазона для построения данного генератора 1 позволит получить погрешность нелинейности в заданном диапазоне измерений не хуже допустимой величины. Таким образом, частота выходного напряжения генератора 1 выбирается из условия

f

;(3)

где диапазон измеряемых микроперемещений ;

р - волновое сопротивление линии 3 передачи-,

s - площадь перекрытия электродов емкостного преобразователя 6; Ј - абсолютная диэлектрическая

проницаемость зазора; Јнл допустимая погрешность нелинейности преобразования, в %,

15 Формула изобретения

Устройство для дистанционного измерения перемещений, содержащее последовательно соединенные генератор электромагнитных колебаний, направленный ответвитель и линию передачи, измеритель амплитуды, подсоединенный к выходу отраженной волны направлен-, ного ответвителя, и резонансный датчик, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствитель

ности при измерении микроперемещений резонансный датчик выполнен в виде последовательно соединенных катушки индуктивности и емкостного преобразователя, между выходом линии передачи и входом резонансного датчика включено активное сопротивление, величина которого равна волновому сопротивлению линии связи.

О Ю 20 30 Ю мкм Фиг 2.