Устройство для бесконтактного измерения механических резонансных частот

 

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ и обеспечивает повышение чувствительности и увеличение точности измерений в процессе проведения испытаний миниатюрных радиосл с 00 4: СО 00 ел

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) 011

А1 (50 4 G О N 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

fd

3»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITPM (2 1) 3944756/24-09 (22) 19.08.85 (46) 23, 10.87. Бюл. В 39 (72) Ю. П. Шуров (53) 621.317.39(088.8) (56) Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: Справочник./

Под ред. В. В. Клюева. = М.: Машиностроение, 1978, т. 2, с. 45-47. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО

ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ РЕЗОНАНСНЫХ

ЧАСТОТ (57) Изобретение относится к технике измерений на СВЧ и обеспечивает повышение чувствительности и увеличение точности измерений в процессе проведения испытаний миниатюрных радио1346985 элементов в термокамере. Исследуемый объект (ИО) 13 помещается в вибротермокамеру 14, имеющую радио- и оптически прозрачное окно 15. Сигнал сантиметрового диапазона длин волн, излучаемый автогенератором СВЧ 1,, разветвляется в направленном ответвителе 2 и поступает в измерительный канал, состоящий из детекторной секции 3, анализатора спектра 4 и осциллографа 5, и в канал рупорного. излучателя (РИ) 6, ориентированного на ИО 13. После излучения РИ 6 фиксируется с помощью радиолинзы 7, выполняющей роль заглушки вибротермокамеры 14, При взаимодействии

ИО. 13 с электромагнитным полем РИ 6 возникают вынужденные и резонансные колебания ИО 13, что вызывает воэмуИзобретение относится к технике измерений на СВЧ и может быть использовано при проведении виброиспытаний миниатюрных радиоэлементов °

Цель изобретения — повышение чувствительности и увеличение точности измерений в процессе проведения испытаний миниатюрных элементов в термокамере.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства, Устройство для бесконтактного измерения механических резонансных .частот содержит автогенератор СВЧ 1, направленный ответвитель 2, детекторную секцию 3, анализатор 4 спектра, осциллограф 5, рупорный излучатель 6, .фокусирующую радиолинзу 7, объективы 8, приэменную отражающую систему 9, отражающую призму 10, матовое стекло 11, окуляр 12 и исследуемый объект 13, помещенный в вибротермокамеру 14, имеющую радио- и оптические прозрачное окно 15, Объективы

8, призменная отражающая система 9, отражающая призма 10, матовое стекло 11 и окуляр 12 образуют юстиро— вочное устройство 16. В состав приэменной отражающей системы 9 входят преломляющая призма 16 и призма 17 щения СВЧ-проводимости колебательной системы автогенератор СВЧ 1 — ИО 13.

Это приводит к затягиванию частоты автогенератора СВЧ 1 и возникновению амплитудно-частотной модуляции несущей частоты. В измерительном канале получается информация об амплитуде вибросмещения на частотах вынужденных и резонансных колебаний ИО 13, Для обеспечения миним, погрешностей измерения необходимо, чтобы ИО 13 находился в фокусе введенной радиолинзы 7. Необходимая пространственная юстировка оси измерений осуществляется с помощью юстировочного устройства 16, состоящего из объективов 8, призменных отражающих систем 9, отражающей призмы 10, матового стекла 11 и окуляра 12. 1 ил, полного внутреннего отражения. Кро- . ме того, на схеме обозначены диаметр фокусного пятна АБ, составное иэоI ( бражение фокусного пятна А В, фо,1 кусное расстояние радиолинэы ОС, длина перетяжки С С, главная оптиl ческая ось радиолинзы ОС, главные

I Il оптические ось объективов О С и О С, 1р линия раздела изображения MN центр поля зрения изображения О, фокус радиолинзы (центр фокусного пятна) С.

Устройство работает следующим образом, 15 Излучаемый автогенератором СВЧ 1 сигнал сантиметрового диапазона длин волн разветвляется в направленном ответвителе 2 по двум каналам: измерительному — на детекторную сек20 цию 3 и каналу рупорного излучателя 6, который для проведения измерений ориентируется на исследуемый объект 13. Для увеличения точности измерений поле излучения рупорного

25 излучателя 6 фокусируется с помощью радиолинзы 7, которая одновременно выполняет роль заглушки вибротермокамеры 14, обеспечивая тем самым тер. мостабилиэацию антенно-фидерного

30 тракта, который размещается вне вибротермокамеры !4. В этом случае взаимодействие объекта 13 с электро1346985!

20 го э атя гив ания ча с25 тоты автогенератора; мощность излучения; эффективная отражающая поверхность объекта 13 соответственно линейные размеры диаграммы направленности на уровне

0,1 Р„, аппаратные параметры установки, не зависящие от са, 30

Z<ð В

U (t) U (0)singlet;

-Г Р

А= а — - - - ;

Z Z< L а, Ъ

В(а,ср,8, L)=

S P = const где х(0), V (0) соответственно амплитудные значения вибросмещения и выходного напряжения сигнала детекторной секции 3; чувствительность; суммарная относительная погрешность измерения амплитуды вибросмещения;

А

S(cD,q,8, .,) B(CD) и 3(СР,8, ) составляющие суммарной относительмагнитным полем, излучаемым рупорным излучателем 6, позволяет реализовать режим работы, при котором на возмущения частоты автогенератора СВЧ I оказывают влияние только условия его согласования с нагрузкой, Эти условия изменяются с изменением частоты и уровня колебаний объекта 13, возбуждаемых вибраторомвибротермокамеры 14. В результате возникновения вынужденных и pesoнансных колебаний конструктивных элементов объекта 13 возникают возмущения СВЧ-проводимости колебательной системы автогенератор СВЧ-1 исследуемый объект 13, сопровождаемые динамическим затягиванием частоты автогенератора СВЧ 1. Возникает амплитудно-частотная модуляция сигнала несущей частоты, и автогенератор СВЧ 1 переходит в режим чувствительного элемента вибрации.

Спектральный или временной анализ сигнала несущей частоты с выхода детекторной секции 3, проведенной посредством использования анализатора 4 спектра и осциллографа 5, позволяет получить информацию об амплитуде вибросмещения на частотах вынуж" денных и резонансных колебаний конструктивных элементов 13.

Работу устройства можно предста.вить следующими соотношениями: х(0) = b acD (О)/ncD = b — - - — —;

Ь ср,(o)52

1 Q cod ной погрешности при изменении частоты cD автогенератора от факторов комплексных воздействий и угловых характеристик(,9 диаграммы направленности рупорного излучателя 6, а также расстояния

Ь до исследуемого объекта 13;

aq,(0) — изменения фазового набега сигнала за счет эффекта динамического затягивания частоты;

52 — круговая частота вибрации; ду,(0),dcD — соответственно диапазоны динамического и статическо40. В силу нелинейного характера проводимости автогенератора СВЧ 1 возникает спектр сложного колебания смешанной амплитудно-частотной модуляции. При этом на выходе детекторной

45 секции 3 выделяется сигнал частоты (с амплитудой

П,(0) = A„(0), посредством измерения величины которой может быть определена амплитуда вибросмещения непосредственного через параметр А или сравнительным методом калибровки по показаниям аттестованного средства измерений вибро55 смещения или виброускорения, Из представленных соотношений видно, что в данном устройстве параметрическая связь между автогенератором СВЧ 1 и исследуемым объектом

I 346985

13 обеспечивает увеличенную в

m 2

1 +(-) раз чувствительность устM ройства, где m, M — соответственно индекс частотной и коэффициент ампли- 5 тудной модуляций.

За счет увеличения чувствительности преобразования (для данного устройства m » I,М с 1) заданная точность может быть обеспечена при !О проведении измерений в большом диапазоне расстояний 1., в том числе в дальней зоне диаграммы направленности, В свою очередь при этом обеспечиваются линейные зависимости меж- !5 ду определяемыми параметрами вибрации и амплитудой сигнала на выходе детекторной секции 3.

Для обеспечения заданной точности измерений при S,,,P = const необхо- 20 димо, чтобы величины погрешностей

S(z), о (q,В, ?.) были минимальны и не изменялись при воздействии факторов комплексных испытаний. Минимальное значение о (и) может быть 25 достигнуто эа счет термостабилиэации антенно-фидерного тракта. Это достигается за счет размещения элементов антенно-фидерного тракта вне вибротермокамеры и связи рупорного излу- 30 чателя 6 с исследуемым объектом 13 через фокусирующую радиолинэу 7, выполняющую роль заглушки виброкамеры 14. Дополнительно автогенератор

СВЧ 1 может быть помещен в термостат, Минимальное значение о (q,9, Ь) может быть достигнуто при проведении измерений на расстоянии Lo, равном фокусному расстоянию объектива 8 при ориентации его главной оптической оси перпендикулярно поверхности исследуемого объекта 14. Суммарная максимальная погрешность измерения при этом Я(ц,g,9, L) не превышает + 1О .

Необходимая пространственная юсти- 45 ровка оси измерений обеспечивается использованием оптической системы двух равноотстоящих от оси ОС радиолинзы 7 объективов 8, установленных на рупорном излучателе 6 главные

II оптические оси которых 0 С и 0 С пересекаются в центре С фокусного пятна АВ радиолинзы 7 „Призменная отражающая система 9 объективов 8 используется для соединения посред- 5 сТВоМ прямоугольной отражающей призмы 10 двух полей зрения изображения

А В исследуемого объекта 13 в пределах фокусного пятна АВ радиолинзы

7. При расстоянии до объекта 13, равном фокусному расстоянию ОС, и ориентировании оси измерений ОС перпендикулярно к поверхности исследуемого объекта 13 резкость составного иэображения А В, контролируемого по матовому стеклу I! через окуляр 12, равномерно симметрична относительно центра поля зрения, который создается пересечением линии раздела

MN с вертикальной шкалой, нанесенной на матовом стекле 11 в плоскости изоt бражения А л исследуемого объекта

13, При отклонениях расстояния Lä от фокусного или угла юстировки от нормального составное изображение или его часть соответственно равномерно или асимметрично нерезкие. Глубина резкости, которая должна быть не более половины длины перетяжки.С C u не менее минимально измеряемой двойной амплитуды вибросмещения, обеспечивается апертурным диафрагмированием в объективах 8. В отъюстированном на расстояние . от исследуемого объекта

13 юстировочном устройстве 16 центр фокусного пятна С соответствует центру поля зрения 0 изображения А В, рассматриваемого через окуляр 12, В зависимости от конкретных заданий измерений отношение расстояния L к двойному фокусному расстоянию оптической системы объективов 8 может быть меньше или больше единицы. формула изобретения Устройство для бесконтактного измерения механических резонансных частот, содержащее механический вибратор для размещения на нем исследуемого элемента, антенну, автогенератор СВЧ-колебаний, выход которого подключен к входу основного канала направленного ответвителя, а выход вспомогательного канала ответвителя подключен к входу детекторной секции, выход которой подключен к осциллографу и анализатору спектра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьш1ения чувствительности и увеличения точности измерений в процессе проведения испытаний миниатюрных элементов в термокамере, антенна выполнена в виде рупорного излучателя, вход которого присоединен к выходу основного канала направленного ответвителя, введены фокусирующая радиолинза, установлен7 1346985

Составитель П. Савельев

Редактор И. Николайчук Техред М.Ходанич Корректор Г, Решетник

Заказ 5115/42 Тираж 775 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4. ная в раскрыве рупорного излучателя и являющаяся термоиэолирующей заглушкой термокамеры, причем фокусное расстояние фокусирующей радиолинзы равно расстоянию до исследуемого 5 элемента, оптическая юстировочная система, содержащая два объектива, установленных на рупорном излучателе симметрично относительно его оси, точка пересечения главных оптических 10 осей объективов расположена на оси рупорного излучателя и совпадает с фокусом фокусирующей радиолинзы, две преломляющие призмы, две призмы полного внутреннего отражения, от- f5 ражающую призму, матовое стекло и окуляр, причем выход каждого объектива оптически последовательно связан с соответствующими преломляющей призмой и призмой полного внутреннего отражения, выходная грань каждой из призм полного внутреннего отражения параллельна оси рупорного излучателя, ось симметрии отражающей призмы совпадает с осью рупорного излучателя, а плоскость ее основания совпадает с плоскостями входных граней призм полного внутреннего отражения, матовое стекло расположено перпендикулярно оси рупорного излучателя со стороны отражающих граней отражающей призмы в фокусе каждого из объективов, а также в фокусе окуляра, оптическая ось которого совпадает с осью рупорного излучателя.