Устройство для бесконтактного измерения параметров вибрации

(5)5 6 О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР С)ПИСАК АВТОРСК ЕТЕЛЬСТВ 1; .,2(21 4777101/28науки и техники, Цель изобретения - .расши- (22) 02.01;90,:рение динамическогодиапазойа йэмврения (46) 15.07,92. Бюл. Ъ 26вибрации и повышения-точности измере- (71) Научно-исследовательский институт ме- ний, устройство для бесконтактного измеханизации и физики при Саратовском госу-: рения параметров вибрации содержит .дарственном университете .:, СВЧ-Генератор 1; антенно-фидврйый тракт (72) А,Ю, Сомов, И.Ю. Агринокйй, В.И, Йод с плечами опорного 3 и-отраженного 4 . дубныйиЛ;И. Кац -":" .:сигналов, к которьм подключеныфазовый (53) 620.178 (088.8):,:.;:детектор 8 и регистратор 13; С целью рас- (56) Авторское свидетельство СССР .ширения динамического диапазона измен. 672500, кл. 6 01 Н 9/ОО, опублйк; 1979.ряемых параметров и повышенияАвторское свидетельство СССРчувствительностив него введены дисперсиМ 266136, кл. А 61 В 5/10, опублик. 1969. онная линия 12 задержки., включенная .вцепь отраженного сигнала 4, управляемый (54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО фазовращатель 6, включенный в цепь опор- Я ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВИБРАЦИИ, ного сигнала 3, блок 11 уйравления, подклю- (57) Изобретение относится кизмеритель- ченный между фаэовым детектором 8 и ной технике и может быть использовано для фаэовращателем 6, а регистратор 13 вклюиэмерения параметров вибраций и мерзни- чен между блоком 11 управления и фазовраческих перемещений в различных отраслях щателем 6. 1 ил, ЯИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров вибрациии механических перемещений в различных отраслях науки и техники. Известно устройство дпя бесконтактного измерения колебаний обьекта, содержащее генераторы;.излучающие и приемныеантенны, смеситепи, схему сравнения и регистрирующее устройство,. С генераторасйгнап подается на смеситель и излучающую антенну, отраженный сигнал от вибрирующей поверхности, промодулированныйпо фазе и частоте через приемную антеннуи усилитель также поступает на смеситель.Получившийся разностный сигнал поступает на схему сравнения, на которую такжепоступает разностный сигнал с идентичноговторого передающе-приемного устройства,Со схемы сравнения получившийся сигналпоступает на регистратор.Известно также устройство для бесконтактного измерения колебаний, содержа. щее СВЧ-генератор, антенно-фидерныйтракт с двумя фазовыми детекторами, расположенными на расстоянии четвертидлины волны в волноводе балансного усилителя и регистратора, между генератороми вибрирующей поверхностью образуетсястоячая волна с изменяющейся напряженностью электрического поля в местах установки ответвлений пропорциональноамплитуде вибраций. Полученные детекторами сигналы поступают на бапансный усилитель и с него на регистратор.Недостатком этих устройств являетсяузкий динамический диапазон измеренияпараметров вибрции.Наиболее близким к. предлагаемому потехнической сущности является устройстводля бесконтактного измерения параметровмеханических колебаний, вклгочающееСВЧ-генератор, антенно-фидерный тракт,содержащий фазовый детектор с ответвителем энергии и регистратор, работающее попринципу модуляции амплитуды стоячейволны,Недостатком известного устройстватакже является малый динамический диапазон измерений, что связано с тем, чтоиспользуемые фазовые детекторы обладают нелинейной характеристикой, которуюможно считать линейной только при мал йхизменениях фазы. Вследствие амплитудаколебаний вибрации должна быть многаменьше длины волны зондирующего сигнала, чтобы получить минимальные искажения параметров механических копеба Цель иэбретения - расширение динамического диапазона измерения вибрации и повышение чувствительности,Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее СВЧ-генератор, антенно-фидерный тракт с направленными ответвителями опорного и отраженного сигналов, фазовый детектор и регистратор, введены дисперсионная пиния задержки,10 включенная между направленным ответвителем и фаэовым детектором отраженного сигнала, электрически управляемый фазовращатель, вкл ючен н ый между нап равленным ответвителем опорного сигнала и фазовым детектором, блок управления, подключенный между фаэовым детектором ифаэовращателем,Предлагаемое подключение позволяетрасширить динамический диапазон измерения параметров вибрации; т.е. значительно увеличить максимально возможный размах механических колебаний, Кроме того, в данном случае появляется возможность увеличения точности измерений, а также возможность регистрации доплеровских.составляющих спектра СВЧ-сигнала, порождаемых вибрацией объекта, и, следовательно, скорости его перемещейий. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства,Устройство содержит СВЧ-генератор 1, антенно-фидерный тракт 2, направленные ответвители 3 и 4, вентиль 5, электрически управляемый фазовращатель 6, смесители 7 и 9, фазовый детектор 8, гетеродин 10, блок 11 управления, дисперсионную линию 12задержки, регистратор 13. К СВЧ-генератору 1 подключен антенно-фидерный тракт 2 с направленными ответвителями 3 и 4, между которыми включен вентиль 5, Направленный ответвитель 3 опорного сигнала через управляемый фа 40 зовращатепь 6 и смеситель 7 подключен к фазовому детектору 8, к которому также челя подключены к гетеродину 10, Выход фазового детектора через блок 11 управле 50 ния соединен с управляемым фазовращателем 6 и регистратором 13.устройство работает следующим. образом,СВЧ-генератор 1 создает в антенно-фидерном тракте 2 и в свободном пространстве между антенной и вибрирующей поверхностью СВЧ-,попе, состоящее иэ падающей и отраженной волн. Часть падающей волны через направленный ответвитепь 3 и фазовращатель 6 поступает на 45 рез смеситепь 9 идисперсионную 1 линиюзадержки подключен направленный ответвитель 4 отраженного сигнала, Оба смесите1747937 40 Составитель А. СомовТехред М,Моргентал Корректор Е, Островская Редактор А, Огар Заказ 2495Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 смеситель 7, в который также поступает сиг- Таким образом, предлагаемое устройстнал с гетеродина 10. Получившийся разно- во позволяет следить за изменением фазы стный сигнал ПЧ 1 поступает на фазовый модулированногосигнала,Установкапостодетектор 8. Другая часть падающей волны янноработаетналинейномучасткехаракте. проходит через вентиль 5 и систему и, отра ристики фазового детектора независимо от жаясь от вибрирующей поверхности, оказы-амплитудй вибрации, а также позволяет ревается промодулированной по фазе и гистрирОвать доплеровские смешения несу- частоте. Отраженная волна черезсистемуи щей частоты СВЧ-колебаний, а по этим направленный ответвитель 4 поступает на смешениям, следовательно, определить дисперсионную линию 12, а с нее на смеси скорость перемещения вибрирующей по- тель 9, на который также подается сигнал с верхности, Кроме того, повышается чувстгетеродина 10. Получившийся разностный вительность измерения параметров сигнал ПЧ 2 поступает на фазовый детектор вибрации за счет перехода на промежуточ, в которомсравниваются Фазы разностных ные частоты ПЧ 1 и ПЧ 2 при сравнении фаз сигналов ПЧ 1 и ПЧ 2. В случае их совпадения 15 падающего и отражающего сигналов фазосигнал ошибки будет равен нулю, Чем боль- вым детектором,ше разность фаз, тем больше сигнал ошибки. Сигнал ошибки поступает на вход блока Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 11 управления, который под его воздействи- Устройство для бесконтактного измереем подает на управляемый фазовращатель 20 ния параметров вибрации, содержащее, потенциал, перестраивающий фазовраща-,. СВЧ-генератор, антенно-фидерный тракт с тель и изменяющий фазу пацающей волны направленными ответвителями опорного и так, чтобы она становилась равной фазе от- . отраженного сигналов, фазовйй детектор и раженной волны, а сигнал ошибки на фазо- регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что; вом детекторе становится равным нулю. 25 с целью расширения дийамического диапаЭтот же потенциал подается на регистра-" зона измеряемых параметров и повышения.тор 13. Посредством включения дисперси- чувствительности, оно снабжено дисперси-. : онной линии 12 задеркки в тракт оннойлинией задержки, вход которой подотраженного сигнала между ответвителем ключен к выходу направленного ответвйтеля4 и смесителем 9 достигается перевод до отраженного сигнала, а выход - к входу фаплеровских сдвигов несущей частоты зового детектора, электрически управляе- .СВЧ-сигналов, возникающих из-за опре- . мым фазовращателем. вход которого деленных скоростей вибрирующей поверх- подключен к выходу направленного ответ- ности, в значительный сдвиг фазы отражен- вителя опорного сигнала Фазового детектоного сигнала, идущего на смеситель 9 для 35 ра, блоком управления, вход которого последующего сравнения с фазой опорного " подключен к выходуфазового детектора, а сигнала смесителя 7 посредством фазовоговыход - к параллельно включенным регист. детектора 8, ратору и фазовращателю,