Измеритель диаметров объектов сферической формы Советский патент 1992 года по МПК G01B15/00 

Изобретение относится к измеридель- ной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения диаметров объектов сферической формы из проводящего и непроводящего материалов, а также для измерения параметров объектов круглой формы, преимущественно для построения датчиков, преобразователей или измерительных установок для измерения диаметров объектов сферической формы.

Известен измеритель диаметров объектов сферической формы основанный на способе использования двух длин волн и содержащий СВЧ-генератор, циркулятор, приемопередающий излучатель, поглощающие экраны, детектор, блок памяти и комму- тации, блок управления частотой генератора и измеритель отношений напряжений. Измеряемый объект облучается поочередно на двух длинах волн электромагнитным излучением. Отраженные от объекта сигналы через циркулятор после детектирования поступают в блок памяти и коммутации, а измеритель отношений напряжений измеряет отношение этих отраженных сигналов, которое и является мерой параметра объекта.

К достоинствам прототипа можно отнести высокую точность измерения при простоте его конструкции.

Однако недостатком устройства является зависимость точности измерения от измерения уровня выходной мощности генератора. При девиации уровня выходной мощности генератора, как скачкообразно при переходе от одной длины волны на другую, так и/плавно, но со скоростью изменения, соизмеримой со скоростью перехода с одной длины на другую, измеряются уровни отраженных сигналов. Это приводит к изменению величины отношений отраженных сигналов, не связанному с изменением параметров объекта.

Цель изобретения - повышение точности измерения путем исключения влияния девиации уровня выходной мощности генератора.

«и

Ё

VI ел

CJ

ю о

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее СВЧ-генератор, последовательно соединенный с циркулято- ром, первый выход которого подключен к приемопередающему излучателю, а второй выход подключен к детектору, блок управления частотой генератора, первый выход которого подключен к генератору, блок памяти и коммутации, к первому и второму выходам которого подключены, соответственно, второй выход блока управления частотой и детектор, а первый и второй выходы подключены к входам измерителя отношений напряжений, введены направленный ответвитель, второй детектор, второй измеритель отношений напряжений, а также новые связи.

Введение новых элементов и связей позволяет повысить точность измерений за счет исключения влияния изменения выходной мощности генератора.

На каждой длине волны измеряется коэффициент отражения излучения от объекта, который затем фиксируется в блоке памяти и коммутации, а не уровень отраженного сигнала. Параметр объекта опреде- ляется не по отношению уровней отраженных сигналов на двух длинах волн, а по отношению коэффициентов отражения на этих двух длинах волн

На чертеже приведена структурная электрическая схема заявляемого измерителя диаметров объектов сферической формы.

Измеритель диаметров объектов содержит СВЧ-генератор 1, последовательно соединенный с отеетвителем 2, выход которого соединен с первым детектором 3, и циркулятор 4, первый выход которого соединен с приемопередающим излучателем 5, а второй его выход соединен с вторым детектором 6, первый измеритель 7 отношений напряжений, входы которого подключены к выходам детекторов, а выход соединен с первым входом блока 8 памяти и коммутации, блок 9 управления частотой, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом генератора и вторым входом блока памяти и коммутации, второй измеритель 10 отношений напряжений, оба входа которого соединены с двумя выходами блока памяти и коммутации, экраны 11 и 12, которые охватывают приемопередающий излучатель и измеряемый объект 13.

Устройство работает следующим образом,

Сначала производят юстировку устройства с целью получения равенства коэффициентов передачи канала падающей волны

на двух длинах волн AI иЯ2 и отдельно канала отраженной волны на этих двух длинах волн, а также отсутствия переотражений в этих каналах. Для этого к выходу детектора

3 подключают чувствительный измерительный прибор и добиваются путем регулировки подстроечных согласователей канала ответвитель 2 - детектор 3 равенства показаний измерительного прибора на этих двух

0 длинах волн. Затем подключают этот измерительный прибор к выходу детектора 6 и при отсутствии измеряемого объекта 13 сначала добиваются на этих двух длинах волн отсутствия показаний измерительного при5 бора, т.е. отсутствия отражений в канале отраженной волны. Это достигается путем изменений конструкций и взаимного расположения поглотителей 11 и 12 и излучателя 5 Затем, закоротив излучатель 5 идеальным

0 короткозамыкателем, добиваются равенства показаний измерительного прибора на двух длинах волн путем регулировки подстроечных согласователей канала отраженной волны.

5 После проведения юстировки производят калибровку шкалы измерителя диаметров объектов. Для этого перед излучателем поочередно устанавливают эталонные объекты с известными диаметрами. Значения

0 диаметров этих объектов должны соответствовать начальному, конечному и промежуточным значениям диаметров, которые должно измерять устройство. Количество объектов с промежуточными значениями

5 диаметров зависит от длины шкалы и цены делений измерительной шкалы самого устройства. Для каждого эталонного объекта фиксируют показания второго измерителя 10 отношений напряжений, которые соот0 ветствуют значениям диаметра самого объекта. По данным калибровки строят графики или составляют переводные таблицы значений отношений напряжений 6 значения диаметров объектов, либо шкалу самого

5 измерителя отношений напряжений 10 выполняют в значениях диаметра измеряемого объекта.

Измерения диаметров объектов сферической формы производят следующим обра0 зом Измеряемый объект 13 устанавливают в лунку экрана 12 перед излучателем 5. По шкале измерителя 10 отношений напряжений отсчитывают значение диаметра измеряемого объекта или эти значения

5 определяют по графикам или переводным таблицам.

При выполнении устройства в диапазоне частот порядка 17,44-25 Гц в волновод- ном канале сечением 11x5,5 мм, обеспечивающем измерение диаметров

объектов сферической формы порядка 1,5- 12 мм, оно содержит генератор 1 типа генератора качающейся частоты из комплекта измерителя КСВН Р2-66, ответвитель 2 типа направленного ответвителя рефлекто- метра измерителя Р2-66,- детекторы 3 и 6 типа головки детекторной ДС-1218, цирку- лятор 4 типа ферритового циркулятора ФЦВ1-26, приемопередающий излучатель 5 типа известных однородных линз с пло- с кой волной в раскрыве, измерители 7 и 10 отношений напряжений типа В7-34, блок 8 памяти и коммутации типа широко распространенных коммутаторов, используемых, например, в универсальном осциллографе типа С1-83, выполненных совместно с блоком памяти потребительского микрокалькулятора, блок управления частотой генератора 9 типа известных реле времени, поглотители 11 и 12 выполнены из извест- ных материалов типа марки 1C.

Предлагаемое устройство измерения диаметров объектов сферической формы по сравнению с известными обладает технико- экономической эффективностью, обуслов- ленной повышением точности измерения.

По сравнению с известным предлагаемое устройство обладает тем преимуществом, что обеспечивает следующее повышение точности измерения СВЧ-гене- раторы имеют нестабильность опорного уровня выходной мощности за 15 мин работы после 1 ч прогрева 0,05-0,1 дБ, т.е. уровень выходной мощности изменяется в 1,012-1,022 раза или на 1,2-2.2%. Эти изме- нения уровня выходной мощности могут

происходит как плавно, так и скачкообразно. В итоге это приводит к изменению уровней отраженных от объектов сигналов и изменениям отношений этих сигналов в то время, когда это не вызвано изменением диаметров объектов, а измерение коэффициента отражения позволяет полностью исключить это влияние нестабильности. Формула изобретения Измеритель диаметров объектов сферической формы, содержащий последовательно соединенные блок управления частотой и СВЧ-генератор, последовательно соединенные блок коммутации и памяти и первый измеритель отношений напряжений, пер вый вход блока коммутации и памяти соединен с вторым выходом управления частотой, приемопередающий канал, включающий трехллечий циркулятор, к первому и второму выходам которого подключены соответственно приемопередающая антенна, охваченная поглощающими экранами, и первый детектор, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерений, он снабжен направленным отеетвите- лем и последовательно соединенными вторым детектором и вторым измерителем отношений напряжений, выход СВЧ-гене- ратора подключен к входу направленного ответвителя, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входами трехплечего циркулятора и второго детектора, выход первого детектора соединен с вторым входом второго измерителя отношений напряжений, выход которого подключен к второму входу блока коммутации и памяти.

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения. Это достигается введением в устройство направленного от- ветвителя, включенного между генератором и циркулятором, второго детектора, вход которого соединен с выходом ответвителя, и второго измерителя отношений напряжений, входы которого соединены с выходами детекторов, а выход подключен к первому входу первого измерителя отношений напряжений. 1 ил