Устройство для контроля параметров объектов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1803732 А В 15/00 51)5 ИЗОБР ртеньА М 4477181984.свидетельс601 В 15/ВО ДЛЯ ККТОВие отноель изоб во СССР О, 18.01,89,ОНТРОЛЯ ПАРАк измерительия - расширесится ретен ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЕДОЧСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретенной технике, Ц Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного экспресс-контроля и измерения диаметров, округлости объектов цилиндрической формы и площади отверстий и ширины щели удлиненной формы. Преимущественная область использования - контроль и измерение диаметров обьектов цилиндрической формы. Целью изобретения является устранение указанного недостатка, а именно расширение функциональных возможностей при высокой точности контроля и простоте устройства. Расширение функциональных возможностей состоит в том, что предлагаемое устройство обеспечивает бесконтактный экспресс-контроль и измерение диаметров, сечение профиля, округлости и формы поверхности объектов цилиндрической формы как иэ проводящего, так и из непроводящего материалов, а также площание области применения. Это достигается введением в устройство, содержащее генератор электромагнитных колебаний, делитель мощности на опорный и контролируемый каналы, циркулятор, приемопередающий излучатель детектор в каждом канале и измеритель отношений напряжений, дополнительно вращателей плоскости поляризации в каждый канал, включеннь 1 х между циркуляторами и излучателями, и блоком управления вращением плоскости поляризации. 1 ил. ди и ширины щелеи и отверстий удлиненной формы,Анализ заявляемого технического решения.показывает, что указанные блоки широко известны. Однако, при их введении в р укаэанные связи с остальными элементами схемы в заявляемом устройстве проявляются новые свойства, что приводит к количественной оценке изменения отношения уровней отраженныхсигналов, которые и 6 являются мерой параметра объекта. Это по Я зволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "существенные отличия". аавйСущность изобретения заключается в том, что для контроля параметров объекта цилиндрической формы и отверстий удлиненной формы используется физическая зависимость эффективной площади рассеяния цилиндрической поверхности от соотношения радиуса цилиндра к длине волны при облучении полем плоской электромагнитной волны изолированного одиночного цилиндра, Энергетические функции рассеяния имеют форму асимптотических кривых, приближающихся при изменении ОМ к "единичному" значению сечения об ратного рассеяния, которое с увеличейием О/А уменьшается при ориентации плоскости поляризации излучения параллельно оси цилиндра или увеличивается при ориентации плоскости поляризации перпендикулярно оси, При постоянной длине волны каждому значению диаметра соответствуют два значения отражающей поверхности при двух ортогональных значениях ориентации поляризации. При изменении диаметра изменяются и значения отражающих поверхностей, Поэтому можно определять отношение отраженных сигналов (параметр обьекта) при ориентации поляризации параллельно оси объектов или перпенди кулярно ей или же при ортогональных ориентациях для каждого объекта. Последний случай является предпочтительным, так как обеспечивагт наивысшую точность контроля.25На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства контроля параметров объекта.Устройство контроля параметров объектов содержит генератор электромагнитных 30 волн 1, перестраиваемый полосовой фильтр 2, двухканальный делитель мощности 3, первый циркулятор 4, первый вращатель плоскости поляризации 5, первый приемо- передающий излучатель 6, эталонный объ ект 7, первый поглотитель 8, второй поглотитель 9, первый детектор 10, второй циркулятор 11, второй вращатель плоскости поляризации 12, второй приемопередающий излучатель 13, контролируемый объект 40 14, третий поглотитель 15, четвертый поглотитель 16, второй детектор 17, блок управления вращением плоскости поляризации 18, измеритель отношений напряжений 19.Устройство контроля параметров объек тов работает следующим образом.Сначала после сборки устройства производится его настройка, целью которой является получение равенства коэффициентов передачи эталонного и измерительного 50 каналов, а также получение полного согласования каждого канала в отдельности при всех возможных ортогональных ориентациях плоскости поляризации излучателей на всех предусмотренных длинах волн. Для этого к выходам детекторов 10 и 17 подключаются чувствительные гальванометры, а из устройства исключаются эталонный 7 и контролируемый 14 объекты, На устройство подается питание, органами управления генератора 1 и полосового фильтра 2 устанавливаются соответствующие значениям длин волн, а органами управления блока управления вращением плоскости поляризации 18 устанавливают поочередно ортогональные ориентации плоскости поляризации излучателей и каждый раз добиваются отсутствия показаний гальванометров. Это достигается регулировками конструкций поглотителей 8, 9, 15, 16 и их расположением по отношению к излучателям 6 и 13 (устранение переотражений в области излучатель-объект), а также регулировками согласующих подстроечных элементов в каналах излучатель-вращатель плоскости поляризации-циркулятор-детектор (устранение рассогласований). Добившись отсутствия переотражений устанавливают затем равенство коэффициентов передачи обоих каналов. Для этого перед излучателями устанавливают два идентичных эталонных объекта 7 (на каждой рабочей длине в отдельности для всех 4 ориентаций плоскости поляризации) например, условно 0, 90, 180 О, 270) путем регулировки подстроечных аттенюаторов добиваются равенства показаний обоих гальванометров. При этом ориентации плоскостей поляризации излучателей 6 и 13 каждый раз должны быть идентичны, т,е, вектор поляризации излучения как излучателя 6, так и излучателя 13 каждый раз должен бытьлибо перпендикулярен, либо параллелен продольной оси обоих эталонных обьектов, Затем отключают чувствительные гальванометры и подлючают выходы детекторов ко входам излучателя отношений напряжений 19. Путем регулировки подстроечных аттенюаторов на выходе детекторов добиваются показаний измерителя отношений напряжений равных единице.Затем производится градуировка устройства, Для этого используется набор эталонных (контрольных) объектов идентичного материала (проводящего или не- проводящего) и идентичного параметра (диаметра, округлости и др,), но разной величины этого параметра, Число этих эталонных объектов разной величины параметра зависит от назначения устройства, точности и диапазона измеряемых значений, Поэтому число эталонных объектов должно включать в себя объекты с величиной параметра, равной начальному, промежуточным и конечному значениям диапазона измеряемых значений, Установив перед излучателем 6 эталонный объект 7, значение параметра которого соответствует начальному, среднему или конечному (контроль в сторону увеличе10 15 20 25 30 35 40 50 ния, в обе стороны от номинала или в сторону уменьшения) значению диапазона измеряемых значений, по шкале измерителя отношений напряжений 19 фиксируют величину отношений сигналов для каждого контрольного образца 14, располагаемого перед излучателем 13, По значениям этих отношений строят переводной график или составляют переводную таблицу или же их наносят непосредственно на шкалу измерителя напряжений 19, В последнем случае обеспечивается непосредственный отсчет в значениях контролируемого параметра. При этом градуировка проводится раздельно для каждого из вариантов использования ориентации вектора поляризации: параллельно оси объектов, перпендикулярно ей или при комбинированнойй (ортогональной),После проведения операций настройки и градуировки устройство готово к применению, Эталонный объект 7 остается в устройстве навсе время его работы, а контрольные объекты 14 изымаются.Перед началом работы устройства и желательно периодически в процессе его работы производить установку "нуля". Для этого перед излучателем 13 устанавливается эталонный обьект, идентичный объекту 7 и регулировкой подстроечного аттенюатора на выходе детектора 10 или 17 устанавливается отношение сигналов по шкале измерителя отношений напряжений 19, равное единице (нуль шкалы). Эта регулировка вызвана, в первую очередь, старением детекторов, После установки нуля перед излучателем 13 устанавливается контролируемый обьект 14 и осуществляется контроль его параметра. Значения параметра определяются по графику, таблице или непосредственно по шкале измерителя отношений напряжений.Устройство может быть. реализовано известными техническими средствами, В качестве примера конкретного выполнения может быть приведено устройство, выполненное в волноводном канале сечением 3,6 х 1,8 мм, в диапазоне рабочих частот порядка 53,57-78,33 ГГц, Генератор типа ГЧ, Перестраиваемый полосовой фильтр 2 выполнен в виде открытого резонатора с двумя отверстиями связи. При выполнении его из материалов с малым температурным коэффициентом, например инвара, может быть получена температурная стабильность частоты порядка 2 х 1 п . град, при добротности порядка 30-50 тыс. Двухканальный делитель мощности 3 типа известных трехдецибельных шлейфовых направленных ответвителей, обладающих идентичностью плеч в широком диапазоне частот, циркуляторы 4. 11 типа широко распространенных ферритовых циркуляторов, обладающих прямыми потерями одного плеча порядка 0,3-0,6 дБ и развязкой между плечами порядка 20-35 дБ.Вращатели плоскости поляризации 5,12 типа широко распространенных устройств, основанных на эффекте Фарадея, содержащих волновод круглого сечения, с размещенным вдоль его оси ферритовым элементом, охваченный проводящей катушкой, которая при протекании через нее электрического тока создает осевое магнитное поле. Вращатели плоскости поляризации комплектуются двумя волноводными переходами; со стороны циркулятора - переходом с прямоугольного сечения на круглое, а со стороны излучателя - переходом с круглого сечения на квадратное, например 3,6 х 3,6 мм. Приемопередающие излучатели 6, 13 типа открытых концов волноводов квадратного сечения, например З,бх 3,6 мм или известных рупорных излучателей, Поглотители 8, 9, 15, 16 выполнены из известных, поглощающих электромагнитное излучение, материалов, например, марки 1 С японской фирмы "Тосиба дэнки", используемых в диапазоне частот 1-100 ГГц, Детекторы 10, 17 из комплекта рефлектометра измерителя КСВН типа Р 2-69. Блокуправления вращением плоскости поляризации 18 типа широко распространенных импульсных источников питания постоянного тока с реле времени. Измеритель отношений напряжений 19 типа В 7-34, Характеристики, приведенные выше, серийно выпускаемых отечественной промышленностью приборов указаны в каталотах-проспектах "Радио- измерительные приборы" издательства М., ЦООНТИ "Экос",Устройство, собранное из указанных выше элементов, имеет рабочий диапазон длин волн порядка 3,85-5,55 мм, Существенные изменения эквивалентной отражающей поверхности проводящего цилиндрического объекта наблюдаются в интервале порядка от б/Л= 0,3 до б/ Л= 2,0 как для параллельной,так и для перпендикулярной ориентации вектора поляризации относительно оси цилиндра. Для рабочей длины Л= =3,85 мм эти крайние значения аргумента б/Л, соответствуют значениям диаметра б;=-1,15 мм иб 2=7,7 мм. Для рабочейдлины Л= 5,55 мм соответствующие значениям диаметра равны б 1 = 1,67 мм и б 2 = 11.1 мм. При этом эффективные отражающие поверхности изменяются при параллельной ориентации от 1,5 Яо до1,15 Яо а при перпендикулярной - от 0,5 Яо до 0,85 Яо, Иотношения сигналов будут изменять от величины, равной единице до 1,3 (при отношении большей величины к меньшей) или до 0,77 (при отношении меньшей к большей величине) при параллельной ориентации и, соответственно, до 1,7 и 0,59 при перпендикулярной ориентации, Если же брать отношение сигналов при облучении эталонного и контролируемого объектов ортогональными ориентациями, то отношение изменяется от 3,0 до 1,35 при отношении большей величины к меньшей) и от 0,33 до 0,74 (при отношении меньшей величины к большей). Таким образом, для указанных изменений аргумента бй отношение сигналов изменяется следующим образом: при параллельной ориентации порядка на ЗОО или 23 О, при перпендикулярной ориентации порядка на 70 или 41и при ортогональной ориентации порядка в 2,22 раза или 2,24 раза, Следовательно устройство обеспечивает наивысшую точность контроля в режиме ортогональных ориентаций вектора поляризацииэталонного и контролируемого объектов, что достигается заданием соответствующей программы блоку управления вращением плоскости поляризации 18, который также выдает сигнал на измеритель отношений напряжений для сброса показаний измерителя. Соответствующими выборами значений рабочих длин волн (для приведенного конкретного примера не более двух) обеспечивается существенное перекрытие контролируемых значений параметров объектов. Для данного конкретного примера диапазон. контролируемых значений диаметров равен 1,15-11,1 мм, т,е. выполняется почти десятикратное перекрытие значений.Заявляемое устройство контроля параметров объектов по сравнению с лучшими устройствами обладает техника-экономической эффективностью, обусловленной расширением функциональных возможностей при высокой тОчности контроля и быстродействия. В качестве базы сравнения могутбыть приняты технико-экономические показатели прототипа,По сравнению с базовым объектом заяв 5 ляемое устройство обладает тем преимуществом, что позволяет производить контрольобъектов цилиндрической формы.Формула изобретенияУстройство для контроля параметров10 объектов, содержащее последовательно соединенные генератор, перестраиваемыйполосовой фильтр, двухканальный делительмощности, первый и второй трехплечий циркуляторы, входы которых соединены с выхо 15 дом двухканального делителя мощности,первый и второй детекторы, входы которыхподключены к вторым выходам соответствующих циркуляторов, индикатор, первый ивторой входы которого соединены с выхода 20 ми детекторов, первый и второй полые поглотители электромагнитной энергии,внутри которых установлены первая и вторая приемопередающие антенны, третий ичетвертый поглотители электромагнитной25 энергии с лунками для размещения эталонного и контролируемого объектов, установленные в торцах соответственно первого ивторого поглотителей в раскрывах приемопередающих антенн, о т л и ч а ю щ е е с я30 тем, что, с целью расширения области применения, оно снабжено первым и вторымвращателями плоскости поляризации и блоком управления плоскости поляризации,первые выходы первого и второго трехпле- .35 чих циркуляторов соединены соответственно с первыми входами первого и второговращателей плоскости поляризации, выходы которых соединены соответственно спервой и второй приемопередающими ан 40 теннами, а вторые входы первого и второговращателей плоскости поляризации соединены с первым и вторым выходами блокауправления плоскости поляризации соответственно, третий выход которого соеди 45 нен с третьим входом индикатора.1803732Составитель В, Перевертеньедактор О. Стенина Техред М, Моргентал Корректор 3. Салка Заказ 1048 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина