измеритель вибрации

Формула изобретения

ИЗМЕРИТЕЛЬ ВИБРАЦИИ, содержащий последовательно соединенные генератор СВЧ, детектор с подключенным к нему индикатором и антенну, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности измерения вибрации контролируемого объекта, расположение антенны определено из соотношений

l₁ = (2n+1)

l₂= (2m+1),

где l₁ - расстояние от антенны до детектора;

l₂ - расстояние от антенны до контролируемого объекта;

_в - длина волны в линии передачи;

_o - длина волны в свободном пространстве;

n = 0,1,2 ... ;

m = 0,1,2 ... .

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к виброметрии и может быть использовано в качестве измерителя вибрации.

Известен измеритель вибрации [1], содержащий генератор СВЧ, двойной волноводный Т-образный мост, антенну, регулируемую нагрузку, детектор и индикатор. Принцип работы измерителя основан на нарушении равновесия Т-образного моста при перемещении объекта.

Недостатками данной конструкции являются низкая чувствительность, сложность балансировки моста.

Известен также измеритель вибрации [2], содержащий трехплечий циркулятор, к одному плечу которого присоединен генератор СВЧ, другому - антенна, третьему - детектор с индикатором. В волноводе между антенной и циркулятором расположен штырь, формирующий опорный сигнал. Работа данного измерителя основана на сравнении двух сигналов: отраженного от объекта и опорного.

Недостатками данного устройства являются низкая чувствительность, громоздкость конструкции, сложная настройка.

Известен также измеритель вибрации [3], содержащий приемно-передающую антенну, включенную частотозадающую цепь генератора СВЧ. Работа данного измерителя основана на зависимости режима генерации колебаний от воздействия волн, отраженных от вибрирующего объекта.

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность измерителя, обусловленная его конструкцией.

Наиболее близким к изобретению является измеритель вибрации [4], содержащий соединенные волноводом генератор СВЧ, измерительную линию с детектором, к которому подключен индикатор, и антенну.

Данный измеритель имеет низкую чувствительность, так как детектор фиксирует только изменение фазы отраженной волны.

Целью изобретения является повышение чувствительности измерения вибрации контролируемого объекта.

Это достигается тем, что измеритель вибрации содержит последовательно соединенные генератор СВЧ, детектор с подключенным к нему индикатором и антенну, расположение которой определено из соотношений:

l₁ = (2n+1); l₂= (2m+1), где l₁ - расстояние от антенны до детектора;

l₂ - расстояние от антенны до контролируемого объекта;

_b - длина волны в линии передачи;

_{o -} длины волны в свободном пространстве;

n = 0,1,2..., m = 0,1,2,...

На фиг. 1 изображена блок-схема измерителя вибрации; на фиг.2 - зависимость тока квадратичного детектора от расстояния между детектором и контролируемым объектом; на фиг.3 - зависимость отношения амплитуд отраженной и падающей волн от расстояния между антенной и объектом.

Измеритель вибрации содержит (фиг.1) последовательно соединенные СВЧ-1 генератор, детектор 2 с подключенным к нему индикатором 3 и антенну 4.

Устройство работает следующим образом. Электромагнитные волны распространяются от генератора 1 и излучаются антенной 4 в направлении контролируемого объекта 5. Волна, отраженные от объекта, принимаются той же антенной, в результате чего в линии передачи устанавливается стоячая вода. Согласно граничным условиям, на поверхности объекта напряженность электрического поля имеет минимумы, которые будут чередоваться в стоячей волне через /2, где - длина волны. Как видно из фиг.2, если детектор расположить на расстоянии от объекта l = - n , n = 0,1,2..., то увеличение расстояния между детектором и объектом приведет к увеличению тока детектора, а уменьшение - к уменьшению тока детектора. Соответственно, если l = - n , будет наблюдаться противоположная ситуация. Из графика на фиг.3 видно, что, если расстояние между антенной и объектом l₂ = - n, то увеличение расстояния между антенной и объектом приведет к уменьшению амплитуды отраженной волны при уменьшении этого расстояния амплитуда отраженной волны возрастает. Соответственно, если l₂ = - n , при увеличении l₂ амплитуда отраженного сигнала будет увеличиваться, при уменьшении l₂ - уменьшаться.

Таким образом, в устройстве имеют место два эффекта, связывающие смещение объекта с изменением тока детектора. Смещение объекта приводит к смещению стоячих волн в линии передачи, что в свою очередь вызывает изменение тока детектора, размещенного на склоне стоячей волны (фазовый эффект), смещение объекта приводит к изменению амплитуды отраженной волны и, следовательно, к изменению тока детектора вне зависимости от его расположения (амплитудный эффект).

Из вышеизложенного следует, что существует возможность соответствующего выбора расстояния между детектором и антенной l₁ и антенной и объектом l₂, при котором результаты фазового и амплитудного эффектов складываются. Это наблюдается при

l₁ = (2n+1); l₂= (2m+1), где n = 0,1,2...,m = 0,1,2...

Учитывая то, что длина волны в линии передачи может отличаться от длины волны в свободном пространстве, соотношения изменяются следующим образом:

l₁ = (2n+1); l₂= (2m+1), где n = 0,1,2..., m = 0,1,2...

П р и м е р. Для измерения вибрации используют СВЧ-генератор с частотой колебаний 18,3 ГГц, в качестве детектор-диод Д608, индикатора - осциллограф С1-93, антенны - открытый конец прямоугольного волновода. В качестве передающей линии используют прямоугольный волновод сечением 11 х 5,5 мм². Смещение объекта на 1 мм приводит к изменению тока детектора за счет фазового эффекта на 190 мкА. Это же смещение приводит к изменению тока детектора на 370 мкА. Данный пример демонстрирует достаточно положительного эффекта при использовании данного технического решения (увеличение чувствительности в 1,9 раза по сравнению с прототипом).

Высокая чувствительность виброизмерителя, достигаемая при использовании данного технического решения, открывает широкие возможности его применения в различных областях народного хозяйства для прецизионного контроля уровня вибрации в технологических процессах при изготовлении различных узлов и деталей, для вибродиагностики машин и механизмов.