Изобретение относится к теплоэнергетике и имеет целью повышение качества контроля эрозионных процессов в камерах сгорания с рэдиопрозрачной стенкой. Система содержит два автогенератора СВЧ-диапазона, настроенных на измерительную fi и дополнительную h частоты. Автогенераторы через полосно-пропускающие фильтры с соответственно пропусканием частот fi и fa подключены к антенне, например, полосковой, которая способна одновременно формировать две ортогональные диаграммы направленности. Вертикальная диаграмма направленности используется для получения информации на частоте fi в основном о полезной информации (распространение фронта горения в камере, механические перемещения деталей в камере, пиролизе и т.д.). Горизонтальная диаграмма направленности используется для получения информации в основном о температурном воздействии на стенку камеры, т.е. помехе. Применение измерителя, осуществляющего взвешенное вычитание, позволяет получать информацию, освобожденную от температурных помех. Значения частот выбраны из условия Fm I fa - 2 f 11 A Fm, где Fm - max (Afim. Af2m); Afim и Af2m - девиации частот fi и f2; A - коэффициент, удовлетворяющий условию 7,5 - A . 11.5 ил. СП с
СО ОЗ CCIHETChVlX сОциАлистических
РЕСПУБЛИК (я) F 23 N 5/12
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4801554/06 (22) 12.03.90 (46) 07.01,92. Бюл, N. 1 (71) Казанский авиационный институт им.
А.Н. Туполева (72) В.В. Болознев, P.À. Гаянов и В,Б. Одинцов (53) 621.182.26(088,8) (56) Викторов В.В., Лункин Б.В., Совлунов
А,С, Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. — M.: Э нергоатомиздат, 1989, с. 208.
Авторское свидетельство СССР
N. 1603146, кл. F 23 N 5/12, 1988. (54) СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ЭРОЗИОННЫХ
ПРОЦЕССОВ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к теплоэнергетике и имеет целью повышение качества контроля эрозионных процессов в камерах сгорания с радиопрозрачной стенкой. Система содержит два автогенератора СВЧ-диапазона, настроенных на измерительную f> и дополнительную f2 частоты. АвтогенератоИзобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в системах контроля надежности работы энергетических установок.
Известны устройства, позволяющие получать информацию о технологических параметрах и их изменениям в ходе технологического процесса, в частности, с помощью ВЧ- и СВЧ-датчиков и измерительных устройств. Известные устройства содержат датчики в виде антенн, резонаторов ВЧ и СВЧ, генераторы ВЧ и
„„Б ) „„1703920 А1 ры через полосно-пропускающие фильтры с соответственно пропусканием частот f> и f2 подключены к антенне, например, полосковой, которая способна одновременно формировать две ортогональные диаграммы направленности. Вертикальная диаграмма направленности используется для получения информации на частоте f> в основном о полезной информации (распространение фронта горения в камере, механические перемещения деталей в камере, пиролизе и т.д.). Горизонтальная диаграмма направленности используется для получения информации в основном о температурном воздействии на стенку камеры, т.е. помехе.
Применение измерителя, осуществляющего взвешенное вычитание, позволяет получать информацию, освобожданную от температурных помех. Значения частот выбраны иэ условия Fm < l f2 — 2 foal < А Fm, где Fm= max (Лfim, Л12„); Лfim и A f2m — девиации частот т1 и f2; А — коэффициент, удовлетворяющий условию 7,5 < А < 11, 5 ил.
СВЧ, измерители (приемники), элементы волноводной полосковой техники.
Недостатком известных устройств является невозможность определять динамику эрозии в диэлектрических стенках при воздействии на стенку температурных полей.
Наиболее близким к предлагаемой системе является устройство, содержащее измерительный автогенератор, настроенный на частоту выше плазменной и установленный на внешней стенке газовода, датчик в виде резонатора, расположенного на внут1703920 ренней стенке газовода, утопленного в нее заподлицо с поверхностью, заполненного диэлектриком, имеющего непроводящий участок поверхности, обращенный внутрь газовода, и содержащего элемент связи с автогенератором, линию связи автогенератора с резонатором, проложенную через отверстие в стенке газовода, измеритель, а также дополнительный автогенератор, настроенный на частоту ниже плазменной, дополнительный элемент связи в резонаторе и дополнительная линия связи, конструктивно аналогичная основной и соединенная с дополнительным элементом связи и дополнительным автогенератором, каждый элемент связи выполнен емкостным или индуктивным. емкостный элемент связи установлен в точке резонатора, соответствующей узлу электрического поля, возбуждаемого другим элементом связи, а индуктивный элемент связи установлен в точке резонатора, соответствующей узлу магнитного поля, выходы генераторов подключены к двум входам измерителя, выполненного в виде устройства, формирующего сигнал, пропорциональный взвешенной разности частот автогенераторов. Колебание с частотой выше плазменной несет информацию о концентрации электронов и о помеховых факторах, колебание с частотой ниже плазменной несет информацию только о помехе, Измерение электрических параметров диэлектриков с учетом помех в этом устройстве невозможно.
Недостатком известного устройства является низкое качество контроля. обусловленное свойствами СВЧ открытого резонатора, формирующего пространственно-локализованное электромагнитное поле, причем области локализации для обеих частот практически совпадают, кроме того, принцип выбора двух частот обусловлен спецификой электрофизических свойств плазмы и при диагностике диэлектриков эффекта не дает.
Целью изобретения является повышение качества контроля эрозионных процессов при воздействии температурных помех.
Указанная цель достигается тем, что в системе, содержащей два автогенератора
СВЧ-диапазона, настроенных на измеритЕльнуЮ f1 и дОпОлнитЕльнуЮ f2 чаСтОты и соединенных с датчиком через элементы связи линиями передачи, а выходы автогенераторов соединены с измерителем, датчик выполнен в виде антенны, например, полосковой, установленной на внешней поверхности радиопрозрачной стенки камеры сгорания так, что плоскость раскрыва антенны совпадает с внешнеи поверхностью
55 стенки, антенна выполнена так, что на измерительной частоте она имеет максимум излучения по вертикали, а на дополнительной частоте имеет минимум излучения по вертикали и изотропное распределение по азимуту, входы линии передачи подключены к выходам автогенераторов через полоснопропускающие фильтры, настроенные на частоты 11 и 1 соответственно, а значения частот удовлетворяют соотношению:
Fm< If2 — 2111
Af1m, Af2m девиации частот f1 и f2;
А = (7,5; 11) — коэффициент, полученный эмпирическим путем.
На фиг. 1 изображена структурная схема системы контроля эрозионных процессов при воздействии температурных помех; на фиг. 2 — диаграммы направленности полосковой антенны, возбужденной колебаниями с частотами f> и fg; на фиг, 3 — эпюры напряжений (сплошная линия) и токов (пунктирная линия) в апертуре полосковой антенны; на фиг. 4 — вариант выполнения направленной полосковой антенны и элементов связи; на фиг. 5 — пример функциональной схемы измерителя.
Структурная схема системы контроля эрозионных процессов(фиг. 1) содержитдва автогенератора 1 и 2 СВЧ-диапазона, настроенных на измерительную f> и дополнительную fz частоты и соединенных с датчиком 3 через элементы 4 и 5 связи линиями 6 и 7 передачи, выходы автогенераторов соединены с измерителем 8.
На фиг. 3 показан принцип разделения автогенераторов друг от друга. Для развязки колебаний с частотами 11 и 1г в антенне элементы связи индуктивного характера должны располагаться в узлах токов "чужого" поля колебания (точки А и Б), тогда петля в точке А, возбуждающая ток в апертуре антенны (пунктирные линии), не может формировать поле с распределением, указанным на фиг. 3а (так как в точке А ток равен нулю), а возбуждает fg, распределение показано на фиг. Зб. Аналогично петля Б возбуждает только fi.
Система работает следующим образом.
Автогенераторы 1 и 2 (фиг. 1) одновременно возбуждают в антенне 3 колебания с частотами fi и fy, Колебание fl формирует такое распределение тока в апертуре антенны (фиг, За), вследствие которого диаграмма излучения направлена перпендикулярно плоскости антенны в объем камеры, Эта волна проникает через радиопрозрачный корпус, претерпевает рассеянное отражение, принимается антенной и вызывает в 70 3920 ав<огенераторе 1 автодинный эффект, зависящий. главным образом, от координаты у«астка и в 1леньшей степени от диаграм<лы
obpalI
Колебание с частотой f2 формирует диаграмму излучения, направленную вдог ь стенки. Здесь влияние диэлектрической проницаемости стенки как функции температуры на частоту автогенератора 2 преобладает, так как в зону облучения попадают отдаленные области эрозирующего участка и обратное рассеяние от них очень слабое.
Таким образом, в сигналах с частота ли
f1 и f2 содержится информация как полезная. так и помеховая, но в разных пропорциях.
В линейном приближении можно записать
fl — Л 1 () <- Л fl (P)
= — Л + — ЛР, 3 1
= а ар
Л ft Л<2 (P) т Л f2 (1 ) =
= — ЛР + — AL. г 3 12 оР 31 где L- контролируемая величина; P — помеха.
Приращения Л fl и Л f2 неодинаковы вследствие различия как частот fl u f2. так и
Э а - а З г — и —, в частности — «â€” д ЭР ЗР, BP
Минимальная ошибка контроля достигается, если измеритель 8 осуществляет операцию (fl m f2), Где г Л Л t пч = Е (—, Лflmm, Лf2mm, —,
f2mm — МИНИМаЛЬНаЯ ЧаСтОта ИНфОРМаUIl0HHQIO СИГНаЛа на чаСтстЕ f,.
/. - длина волны, W, l — ширина, толщина полоска, d — толщина подложки;
Гс, lg А — действитечьнэя t1 мнимая части диэлектрической проницаемости стенки камеры; — диэлектрическая проницаемость подложки, А, BI. C I — геометрические размеры камеры, д fl. д f2 — абсолютные нестабильности
<астот первого II второго генераторов:
01 0 — добротности антенны на частота fl и12;
Ф1, Фг — паразитные лепестки диаграммы направленности в сторону основного,чепестка "Чужого" колебания.
Для того, чтобы система контроля обеспечивала поставленную цель, необходимо соблюдение соотношения между несущими частота1ли;
Fm < l f2 — 2 f2 l < А Fm, ГдЕ Aflm, Af2m — дЕВИацИИ ЧаСтст fl И f2.
Нижняя граница указанного неравенства предотвращает попадание частоты биений Fg= I f2 — 2 11 в информационную полосу устройства.
Эмпирический коэффициент А лежит в пределах; 7.5 < А < 11-. Частота биений FF должна находиться в интервале oT Fm до
min 7,5 Fm. Этот интервал обусловлен нестабильностью частоты автогенераторов, добротностью антенны, наличием боковых лепестков, направленных в сторону основного лепестка другого колебания. При возрастании коэффициента А от 7,5 до 11 возрастает погрешность, связанная с интегральным измерением эрозионных процессов .Этот коэффициент необходимо выбирать исходя из геометрических характеристик камеры и антенны, а также в зависимости от электрофизических свойств материалов камеры и антенны.
Пример функциональной схемы измерителя со взвешенным вычитанием представлен на фиг. 5, ввиду нецелочисленности (и даже иррациональности) весового коэффициента m операция взвешенного суммирования частот может быть осуществлена только в цифровой форме. Однако непосредственно оцифровать сигналы с частотаМИ fl u f2 НЕЛЬЭя ВВИду ОГраНИчЕННЫХ частотных возможностей общедоступных микросхем. Поэтому предварительно произведено аналоговое преобразование частот fl и f2 с помощью гетеродина (генератор
1з и умножители риаз, где р1 — целое число).
После оцифровки и предварительного деления (умножения) все три сигнала суммиру- ются в сумматоре с известной структурой. при этом слагаемые с частотой f взаимно уничтожаются и нестабильность гетеродина компенсируется.
Формула изобретения
Система контроля эрозионных процессов в камере сгорания, содержащая два автогенератора электромагнитных колебаний измерительной и дополнительной частот, подключенные к измерителю взвешенной разности частот и соединенные линиями передачи через элементы связи с датчиком, установленны л на стенке камеры сгорания, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества контроля эрозионных
1703920
Фиг.2 процессов в камере сгорания с радиопрозрачной стенкой. она дополнительно содержит два полосно-пропускающих фильтра, через которые автогенераторы соединены с датчиком. последний выполнен в виде полосковой антенны, усановленной на внешней поверхности стенки камеры сгорания и имеющей плоскость раскрыва, совпадающую с внешней поверхностью стенки, и две диаграммы направленности — одну с максимумом излучения на измерительной частоте в направлении, перпендикулярном к поверхности стенки, вторую с минимумом излучения на дополнительной частоте в упомянутом направлении и изотропным распределением излучения по азимуту в плоскости раскрыва антенны, а значения измеритель5 ной и дополнительной частот f1и f2 удовлетворяют соотношению
Fm < f2 — 2 f1I < А Fm, ГдЕ Е = maX (Л f1m, Л 12 ):
10 Л f1m И Л f2m — дЕВИацИИ ЧаСтат f1 И 12;
А — эмпирический коэффициент, выбираемый из условия 7.5 4 А < 11.
1703920
Составитель P.Ãàÿíoâ
Техред М.Моргентал
Корректор Н.Ревсквя
Редактор B.Ïåòðàø
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
Заказ 52 Тираж Подписное
8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5
