Устройство для дистанционного измерения перемещений

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения - повышение чувствительности при измерении микроперемещений. Устройство содержит г-р 1 электромагнитных колебаний, направленный ответвитель 2, линию 3 передачи, волновое сопротивление которой равно активному сопротивлению 4, а также резонансный датчик, выполненный из катушки 5 индуктивности и емкостного преобразователя 6 с изменяющимся зазором. ВЧ-напряжение г-ра 1 через ответвитель 2 поступает на линию 3 и распространяется в ней в виде падающей волны напряжения. По достижении ею нагрузки линии 3, образованной сопротивлением 4, катушкой 5 и преобразователем 6, происходит образование отраженной волны, движущейся от нагрузки к ответвителю 2. При начальном значении зазора нет отраженной волны и устройство работает в режиме согласования. При изменении зазора от измеряемых микроперемещений изменяется амплитуда отраженной волны, которая достигает ответвителя 2 и выделяется в виде ВЧ-напряжения на выходе 7. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1479856 А1 (5й 4 Of N 22 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 41 661 t9/?4-09 (22) 24. 1 2. 86 (46) 15. 05.89. Бюл. N". I 8 (71) Винницкий завод "Кристалл" (72) В.Н.Папинов и Г,М, Пузанов (53) 621. 317. 39 (088. 8) (56) Патент СИА Ф 2288838, кл. 73-11.4, опублик. 1965.

Патент 0ЧА Р 4588953, кл. 324-58.5 опублик. 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО

ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Цель изобретения — повышение чувствительности при измерении микроперемещений. Устрво содержит г — р 1 электромагнитных колебаний, направленный ответвитель

2, линию 3 передачи, волновое сопротивление которой равна активному сопротивлению 4, а также резонансный датчик, выполненный из катушки 5 индуктивности и емкостного преобразователя б с изменяющимся зазором, ВЧнапряжение r — pa 1 через ответвитель

2 поступает на линию 3 и распространяется в ней в виде падающей волны напряжения. По достижении ею нагрузки линии 3, образованной сопротивлением 4, катушкой 5 и преобразователем б, происходит образование отраженной волны, движущейся от нагрузки к ответвителю 2. При начальном значении зазора нет отраженной волны и устр-во работает в режиме согласования. При изменении зазора от измеряемых микроперемещений изменяется амплитуда отраженной волны, которая достигает ответвителя 2 и выделяется в виде ВЧ-напряжения на выходе 7.

2 ил.

1479856

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения расстояний и зазоров между разнесенными пред5 метами. ! (ель изобретения — повышение чувствительности при измерении микроперемещений.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства для

I дистанционного измерения перемещений; на фиг, 2 — графические зависимости выходного напряжения от конкретных значений измеряемых микроперемещений 15 при заданных значениях частот стабилизированного высокочастотного генератора и параметрах емкостного преобразователя микроперемещений.

Устройство дпя дистанционного из- 20 мерения содержит генератор 1 электромагнитных колебаний, направленный ответвитель 2, линию 3 передачи, активное сопротивление 4, равное волновому сопротивлению линии 3 передачи, катушку 5 индуктивности и емкостный преобразователь 6 с иэменяющимся зазором, соединенные последовательно. Выходной сигнал, линейно зависящий от измеряемых микроперемещений, снимается с выхода 7 отраженной волны направленного ответвителя

2, Емкостный преобразователь 6 располагается, например, над проводящей поверхностью контролируемого объ- 35 екта 8 на начальном расстоянии от него с1

Устройство для дистанционного измерения перемещений работает следующим образом, 40

Высокочастотное напряжение с выхода стабилизированного генератора 1 через направленный ответвитель 2 пос— тупает на вход линии передачи 3 и распространяется в ней в виде падающей 45 волны напряжения, По достижении ею нагрузки линии 3 передачи, образованной активным сопротивлением,4, катушкой 5 индуктивности и емкостным преобразователем 6, происходит образование отраженной волны, движущейся от нагрузки к направленному ответви-! телю 2. Амплитуда этой волны будет равна нулю только при начальном значении зазора dо, когда катушка 5 55 индуктивности и емкостный преобразователь 6 настроены в резонанс. В этом случае полное входное сопротивление нагрузки равно активному сонротивлению 4, т.е. волновому сопротивлению линии 3 передачи. Этот режим называется режимом согласования. Отраженной волны в этом случае нет.

В любом другом случае, когда значение зазора не равно d,, возникает отраженная волна, амплитуда которой зависит от изменений этого зазора hd т.е. от измеряемых микроперемещений.

Отраженная волна достигает направленного ответвителя 2 и выделяется в виде высокочастотного напряжения на его выходе 7. Для сохранения однозначности при измерениях микроперемещений допускается либо уменьшение зазора относительно начального значения d т.е. проводящая поверхность контролируемого объекта 8 приближается к второму электроду емкостного преобразователя 6 микроперемещений с изменяющимся зазором, либо его увеличение от минимального. Для измерения вибраций следует после настройки контура в резонанс при начальном значении зазора do сместить электрод емкостного преобразователя 6 на величину, равную половине диапазона измерения, в направлении поверхности вибрирующего объекта контроля 8, В этом случае линейность характеристики сохраняется, а возникшую постоянную составляющую на выходе линейного преобразователя можно легко убрать с помощью разделительной емкости (не показана).

Амплитуда отраженной волны на входе линии связи следующим образом зависит от измеряемых микроперемещений

1 отР исф 1+ 2 < (1)

1 где о =. — — — 2()ы1=з

Для того., чтобы выделить напряжение отраженной волны на отдельном выходе преобразователя, используется направленный ответвитель 2, включенный между генератором 1 и линией 3 передачи, который может быть выполнен по схеме высокочастотного балансного моста. Коэффициент передачи напряжения отраженной волны на выход 7 направленного ответвителя постоянен и стремится к единице. Тогда .выражение описывает функциональную зависимость вь1ходного сигнала от измеряемых микроперемещений.

1 479856 где Дс1

Ы.2 ° Ь,С2 с(1

При заданных габаритах емкостного преобразователя 6 микроперемещений, волновом сопротивлении линии 3 пере10 дачи, диэлектрических свойствах изолятора с . добиться выполнения этого условия можно подбором частоты выходного напряжения генератора 1

Формула изобретения

Q= 2nf для чего необходимо задаться допустимым значением погрешности нелинейности преобразования.

Учитывая выражение (1), можно получить диапазон частот выходного напряжения генератора 1, обеспечивающий выполнение условия (2). Выбор любой частоты из этого диапазона для построения данного генератора 1 поз5 волит получить погрешность нелинейности в заданном диапазоне измерений не хуже допустимой величины. Таким образом, частота выходного напряжения генератора 1 выбирается из условия

М ь

4п Гз (3) 35

Для получения линейной з ависимости необходимо добиться выполнения следущего условия: диапазон измеряемых микроперемещений волновое сопротивление линии 3 передачи; площадь перекрытия электродов емкостного преобразователя 6; абсолютная диэлектрическая проницаемость зазора; допустимая погрешность нелинейности преобразования, о

Устройство для дистанционного измерения перемещений, содержащее последовательно соединенные генератор электромагнитных колебаний, направленный ответвитель и линию передачи, измеритель амплитуды, подсоединенный к выходу отраженной волны направлен-, ного ответвителя, и резонансный датчик, о тличающее ся тем, что, с целью повышения чувствительности при измерении микроперемещений

I резонансный датчик выполнен в виде последовательно соединенных катушки индуктивности и емкостного преобразователя, между выходом линии передачи и входом резонансного датчика включено активное сопротивление, величина которого равна волновому сопротивлению линии связи, 1479856

Иых.

У-1а,ггчц, бная 5/

08

/ч; бйф 1% аз

0,2

07 д

f0 20 Ю 40 икм

Фиг. 2

Составитель P. Кузнецова

Редактор Л.Веселовская Техред М.Дидык . Корректор C.tllexMaP

Заказ 25 37/43 Тираж 790 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,10)