Устройство для измерения толщины металлического листа Советский патент 1991 года по МПК G01B15/00 

сл

с

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет устранения влияния температуры и состава газов окружающей среды на результат измерения толщины металлического листа. Устройство содержит СВЧ-генератор, модулирующий генератор, два идентичных измерительных волноводных резонатора и подключенный к ним опорный резонатор, регистратор резонансной частоты и вычислительный блок, а также диафрагму. При этом опорный резонатор выполнен в виде волновода с поперечным сечением, идентичным сечению измерительных резонаторов, и соединен с каждым из них с помощью диафрагмы так, что указанные резонаторы образуют конструкцию С-образной формы. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано как для автономного контроля, так и в системах автоматического регулирования толщины металлических листов в условиях повышенной загазованности воздуха, при большом диапазоне изменения температуры и влажности окружающей среды.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет устранения влияния температуры и состава газов окружающей среды на результат измерения толщины металлического листа.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.

Устройство содержит модулирующий генератор 1 линейно изменяющегося напряжения, соединенный с СВЧ-генератором 2,

который подключен к опорному резонатору 3. Опорный резонатор 3 соединен с измерительными резонаторами 4 и 5 с помощью диафрагм 6 и 7 соответственно. Измерительные резонаторы 4 и 5 обращены открытыми концами к металлическому листу 8, а все три резонатора 3-5 образуют С-образ- ную конфигурацию. К резонаторам 3-5 подключены регистраторы 9-11 резонансных частот. Выходы регистраторов 9-11 подключены к вычислительному блоку 12,

Устройство работает следующим образом.

При изменении частоты СВЧ-генерато- ра в соответствии с периодом генератора 1 (фиг. 2, а) в вычислительный блок приходят два импульса резонансных частот от опорного резонатора (фиг. 2, б) и один импульс от каждого из измерительных резонаторов (фиг. 2, в. г).

О

1 о о о

Длительность последних относительно начала периода зависит от расстояния Xi и Хг до п «ерхностей металлического листа 8, от температуры и состава окружающей атмосферы и от нестабильностей частоты задающего СВЧ-генератора и модулирующего генератора. Время задержки обоих резонансных импульсов от опорного резонатора зависит при заданной длине L0n опорного резонатора только от изменений температуры и состава окружающей среды, а также от нестабильностей СВЧ-генератора и модулирующего генератора. Наличие двух резонансных импульсов опорного резонатора позволяет учесть изменения девиации частоты и изменения частоты модулирующего генератора, что отражается на крутизне перестройки частоты СВЧ-генератора. Вычислительный блок определяет расстояния по формуле

Xl.2-K(fo-fl2).(1)

це fo - резонансная частота измерительного резонатора при Хч

К - коэффициент пропорциональности.

При изменении температуры и состава окружающей среды резонансные частоты в формуле (1) смещаются на Af. Изменяется также коэффициент К из-за нестабильности частот СВЧ-генератора, девиации и частоты модулирующего генератора. Однако вычислит ельный блок измеряет Дf по смещению относительно начала периода модулирующего напряжения импульсов с опорного резонатора и определяет К по формуле

К Lon/(fon2 fonl),

где fon2 и foni - частоты опорного резонатора.

Таким образом, толщину листа определяют по формуле

d l-Xi-X2,

- где Xi и Х2 не зависят ни от температуры и состава окружающей среды, ни от нестабильностей частоты СВЧ-генератора, девиации и частоты модулирующего генератора.

Для выполнения условий развязки частот опорного и измерительных резонаторов и однозначности в измерении расстояний резонаторами 4 и 5 нужно выполнить условия

U Ао/2 VF L+ Ao/Ve:

c/2Un Vf ДР c/2L Ve, где I - расстояние между резонаторами,

Д0 - д/,ПНР воины, соответствующая частоте:

L- длина измерительного резонатора;

Lon длина опорного резонатора,

Др девиация частоты,

г - диэлектрическая проницаемость среды

Эти выражения следуют из соотношений для резонансных частот волноводного резонатора длиной L, возбуждаемого на Нглп типе колебаний, где п - число полуволн колебания на длине.

Таким образом, устройство обеспечивает повышение точности измерения за счет устранения влияния на результат измерения толщины металлического листа измене- ний температуры и состава газов окружающей среды.

Формула изобретения

Устройство для измерения толщины

металлического листа, содержащее СВЧ- генератор, подключенный к нему модулирующий генератор, два идентичных измерительных волноводных резонатора,

открытых с одного торца и предназначенных для размещения с противоположных сторон контролируемого листа, опорный резонатор, подключенный к каждому из резонаторов соответствующий ему регистратор

резонансной частоты и вычислительный блок, к которому подключены выходы регистраторов и модулирующего генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено двумя диафрагмами, опорный резонатор выполнен в виде волновода с поперечным сечением, идентичным сечению измерительных резонаторов, расположенного между измерительными резонаторами и

соединенного с каждым из них с помощью соответствующей диафрагмы так, что указанные резонаторы образуют конструкцию С-образной формы, СВЧ-генератор подсоединен к опорному резонатору, длина Lon

опорного резонатора удовлетворяет соотношению L+ До/2 VfF L0n L+ Ao/ N/fF, девиация Д F частоты СВЧ-генератора соотношению с/( VE Д F c/(2L Ve),a расстояние I между открытыми торцами измерительных резонаторов - соотношению I До/2 Ve, где L - длина каждого из измерительных резонаторов, АО - резонансная длина волны, соответствующая резонансной частоте измерительного резонатора

при коротком замыкании его открытого торца, е - диэлектрическая проницаемость среды,с - скорость света.

в

а

Фиг1

i+t