Способ измерения амплитуды вибраций осесимметричных объектов
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибраций узлов, частей и деталей устройств. Целью изобретения является повышение точности путем учета направления вибрации, преимущественно для объектов цилиндрической формы с произвольным направлением вибрации в одной плоскости. Способ заключается в одновременном облучении исследуемого объекта двумя зондирующими СВЧ-сигналами с различной плоскостью поляризации от источников, работающих в режиме автодинного детектирования, измерении величин продетектированных сигналов, по которым определяют амплитуду вибраций. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
А1 (19) (И) щ) G 01 Н 9/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Щ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4388316! 25-28 (22) 07. 12. 87 (46) 15.08.90. Бюп. )"- 30 (72) JI.À.ÓñàíoB, A,Â.Скрипаль, В.Е.Орлов, В.К.Гришин, М.Н;Левин и В.П.Ефимов (53) 629.735.017.1.004.64 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
У 1262295, кл. G 01 Н 9/00, 1986. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДЫ ВИБРАЦИЙ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибраций узлов, частей .и деталей устройств. Целью
1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения вибраций узлов, частей и деталей устройств.
Цель изобретения — повышение точности измерения амплитуды вибраций путем учета направления вибрации преимущественно для объектов цилиндрической формы с произвольным направлением вибрации в одной плоскости. На фиг. 1 схематически изображено устройство, предназначенное для реа-. лизации способа измерения амплитуды вибраций осесимметричных объектов; на фиг. 2 — зависимость продетектированного сигнала от отношения расстояния Х от плоскости окна до поверхности вибрирующего стержня к длине волны
СВЧ-излучения А ; на фиг. 3 — камера со стержнем в положении равновесия и при максимальном отклонении в
2 изобретения является повышение точности путем учета направления вибрации, преимущественно для объектов цилиндрической формы с произвольным направлением вибрации в одной плоскости. Способ заключается в одновременном облучении исследуемого объекта двумя зондирующими СВЧ-сигналами с различной плоскостью поляризации от источников, работающих в режиме автодинного детектирования, измерении величин продетектированных сигналов, по которым определяют амплитуду вибраций. 3 ил. процессе вибраций, поперечное сечение.
Источники СВЧ-излучения и одновременно приемники провзаимодействовавших с вибрирующим объектом сигналов автодинные генераторы 1 и 2, пред ставляют собой отрезки стандартного прямоугольного волновода, которые с одного конца закорочены и имеют регулируемые подстроечные поршни, а другой их конец соединен с камерами
3 и 4, изготовленными из металлической ленты, свернутой в кольцо.
В камерах 3 и 4 помещается цилиндрический металлический стержень 5, перемещение которого внутри камер 3 и 4 вызывает изменение продетектированного зондирующего СВЧ-сигнала.
Стержень 5 располагается в камере 3 так, что оси стержня и волновода взаимно перпендикулярны и лежат в общей
1585692 плоскости, проходящей через середины узких стенок прямоугольного волновода. Стержень 5 является либо самим ,объектом, исследуемым на вибраци1о, либо может быть соединен с помощью жесткого соединения (кронштейна 6) с исследуемым объектом 7, который находится вне камеры 3.
Источник 1 СВЧ-излучения питается от источника 8 питания.
Второй источник 2 СВЧ-колебаний вместе с камерой 4 и источником 9
45 питания идентичен по конструкции и свойствам первому источнику 1 СВЧколебаний. Камеры 3 и 4, изготовленные из металлической ленты, свернутой в кольцо, прикреплены к широким стенкам прямоугольного волноводного окна 10. 20
Способ измерения амплитуды вибраций осесимметричных объектов реализуется следующим образом с помощью предлагаемого устройства.
Предварительно, до начала исследу- 25 емых вибраций снимают графики зависимости продетектированного сигнала от относительного перемещения Х/ ), где — длина волны СВЧ-автодина 1, стержня 5 в камерах 3 и 4 при облуче- 3О нии стержня 5 зондирующим СВЧ-излучением от источников СВЧ-сигналов 1 и
2 ° На фиг. 2 приводится график такой зависимости для первого источника
СВЧ-сигнала (для второго источника
СВЧ-сигнала график имеет аналогичный вид, так как оба устройства идентичны, хотя в общем случае требование идентичности характери<.тик обоих устройств не обязательно). Изображенная 40 на фиг, 2 зависимость KLMNP носит немонотонный характер и содержит участок L-М, наиболее пригодный для проведения измерений амплитуды вибрации по данному способу. Участок
К-L, хотя имеет наибольшую крутизну характеристики и большой диапазон изменения значений продетектированного сигнала V, для измерений не пригоден, т.е. соответствует наибольшему прибпижению вибрирующего объекта (стержня) к фланцу волновода, вследствие чего возможно их взаимное касание, что недопустимо. Участок N-P и последующие участки менее пригодны для измерений вследствие малого диа. 55 пазона изменения продетектированного сигнала. На участке L-M выбирается исходная рабочая точка, которая соответствует положению равновесия стержня при вибрации, Калибровка измерительного устройства сводится к экспериментальному определению коэффициентов; а (Х) = 40 /дХ „Ъ, (Y) =dU /ДУ, (1) х У (для первого источника СВЧ-сигнала) и коэффициентов: а (Х) = Uz/dX< Ь (У) =Лба/дУ г (2) (для второго источника СВЧ-сигнала).
Для этого облучаемый зондирующим
СВЧ-сигналом объект (стержень), как показано на фиг. 3, последовательно перемещают из исходного положения (положение равновесия с координатами Хо, О) и на расстояние dX „, по оси
Х и измеряют приращение продетектированного СВЧ-сигнала d 1 1 тем объект (стержень) перемещают на расстояние JY, по оси Y и измеряют приращение продетектированного СВЧсигнала dU, (с помощью генератора 1) Y и dU (c помощью Генератора 2) ° Из полученных значений ЛХ1 и dY,, а также dU,, LIU g, dU, и dU вычисляютХ У ся коэффициенты а,(Х), b (У), а (X), э b <(Y), согласно равенствам (i) и (2). Любые смещения Д Х и 4У в пределах участка L-M удовлетворяют системе уравнений: dU, = а,(Х) .dX + Ь,(Y) dY ХУ хУ 2 а (Х) дХ Ъ2(У) dY (3) Ху ХЧ где ДБ,, dU< - продетектированные сигналы при последовательном перемещении объекта (стержня) по Х и по У соответственно для автодинов 1 и 2; а 1(Х), Ъ „(Y), "- (\)., Ь <(Y) — коэффициенты, определенные на этапе калибровки, dX, дУ вЂ” измеряемые смещения . в пределах участка L-М градуировочной кривой (фиг. 2). Калибровка проводится в начале один раз только для нахождения коэффициентов (1) и (2). Все последующие измерения сводятся к считыванию показаний индикаторов результирующих продектектированных сигналов дБ и ХY ХЧ dU (при произвольном перемещении стержня). Совместное решение системы уравнений (3) по измеренным д0; и 5 !585692 dU и заранее вычисленным коэффициt ентам а», b, а; b позволяет определить величины смещений А Х, dY, т. е, найти амплитуду вибрации А согласно 5 соотношению: LlY (= arctg ДХ или учитывая, что 4Х = 4,/ Д и dY Йз /4,, где d,; Cl г, д5 опРеделяются иэ системы уравнений (3): де (— угол между осью Х и направлением вектора амплитуды колебания. Таким образом, предложенный способ позволяет повысить точность измерения амплитуды вибраций вследствие учета направления колебания контролируемого объекта. dU1 b (Y) I5 й1= О "," Ь, (Y) Амплитуда вибраций может быть рассчитана иэ следующего соотношения: хт 1 а (Х} ЛО,,()! ) О (Y) (Y) (Y) 35 Также возможно определение направления колебаний в поперечной плоскости стержня по формуле: а, (Х) b,(Y) а, (Х) Ь (Y) а,(Х) dU, xv а (Х) dU< П 1 а (Х) 0 Ug а,(Х) b, (Y) аг(х) - ь,(у) формула изобретения Способ измерения амплитуды вибраций осесимметричных объектов, заключающийся в том, что исследуемый объект облучают зондирующим микроволновым излучением, регистрируют рассеянное исследуемым объектом микроволновое излучение, по параметрам которого определяют амплитуду вибраций, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем учета направления вибрации, облучение исследуемого объекта производят одновременно двумя зондирующими сигналами СВЧ с ортогональными плоскостями поляризации, регистрацию рассеянного исследуемым объектом излучения СВЧ осуществляют в автодинном режиме детектирования в двух взаимно ортогональных плоскостях, а параметры вибрации определяют по нелинейному алгоритму с использованием результатов автодинного детектирования и значений калибровочных коэффициентов. 1585692 ОТУ r46 Ã1Ó ГУ2 x/ß Фиг. Г Составитель Е,Воронин Техред Л.Олийнык Корректор А Обручар Редактор Л.Пчолинская Тираж 420 Заказ 2322 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, 101
