Способ бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий и устройство для его осуществления

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля изделий, а именно к устройствам для бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий с использованием электромагнитного излучения СВЧ-диапазона, и может быть применено в машиностроительной, трубопрокатной и химической промышленности. Для решения данной задачи предложены способ для его осуществления, а также устройство, содержащее автодинный СВЧ-генератор, связанный с блоком выделения автодинного сигнала и первым плечом трехплечего циркулятора, первую и вторую приемо-передающие антенны, причем ко второму плечу трехплечего циркулятора подключена первая приемопередающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на первую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, а к третьему плечу трехплечего циркулятора - вторая приемо-передающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на вторую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, противолежащую первой локальной области. Технический результат - повышение точности измерения внутренних размеров изделий. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля изделий, а именно к устройствам для бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий с использованием электромагнитного излучения СВЧ-диапазона, и может быть применено, в частности, в машиностроительной, трубопрокатной и химической промышленности.

Известен способ измерения внутреннего диаметра металлических труб, основанный на использовании электромагнитного излучения СВЧ-диапазона (см., например, SU 1298538 A1, 19.04.1987 [1]; Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989. С. 71-77 [2]). Согласно этому способу в полости трубы при помощи коаксиальной линии, имеющей измерительный участок в виде отрезков линии с различным сечением, возбуждают стоячие волны СВЧ-излучения и определяют их резонансную частоту, по которой судят о внутреннем диаметре трубы.

Известно устройство для контроля внутренних размеров круглых волноводов, содержащее СВЧ-генератор и соединенный с ним циркулятор (см. SU 637683, 15.12.1978 [3]). Работа устройства основана на резонансном возбуждении в круглом волноводе волны H01, приеме отраженного излучения от помещенного в волновод измерительного зонда и анализе положения резонансов на зоне генерации клистрона, по которым судят о размерах круглого волновода.

Известен датчик для контроля внутренних размеров труб, выполненный с возможностью перемещения вдоль оси контролируемой металлической трубы (см. SU 1355916 A1, 30.11.1987 [4]). Приемо-передающая аппаратура, выполняющая посредством СВЧ-излучения зондирование внутренней поверхности трубы и измерение ее внутреннего диаметра, соединяется с датчиком коаксиальной линией. Датчик выполнен так, что полость коаксиальной линии (пространство между внутренней и внешней поверхностями) плавно выворачивается относительно общей оси в сторону внутренней поверхности трубы под углом 90 градусов. В плоскости сечения трубы, где заканчивается полость коаксиальной линии, формируется радиальное СВЧ-излучение с круговым фронтом волны. Отраженное от внутренней поверхности трубы СВЧ-излучение возвращается в полость коаксиальной линии и далее по этой линии следует к приемному устройству, где путем балансировки двойного T-моста вручную выполняется измерение отклонения эффективного (усредненного по сечению) диаметра трубы от номинального значения.

Недостатками известных способа и устройств являются:

невозможность измерения внутренних размеров труб большой длины (более двух-трех метров) вследствие больших потерь в коаксиальном кабеле (не менее 10 дБ/м на частоте 10 ГГц), которые снижают чувствительность аппаратуры и точность измерений;

сложность приемо-передающей аппаратуры, предназначенной для возбуждения и регистрации резонанса в известном способе или регистрации изменений картины стоячей волны в линии в известном датчике;

трудоемкость процесса измерения, обусловленная поиском резонансной частоты стоячей волны на отрезке коаксиальной линии или положения узла картины стоячей волны при балансировке двойного T-моста;

большие затраты времени на проведение измерений.

Известно также устройство для контроля внутренних размеров металлических труб, содержащее автодинный СВЧ-генератор, в цепь питания которого подключен резистор для выделения автодинного сигнала (см. RU 2052796 C1, 20.01.1996, [5]). Электромагнитное излучение из коаксиального резонатора автодинного СВЧ-генератора возбуждает в рабочем зазоре между внешней поверхностью датчика и внутренней поверхностью трубы поле с круговым фронтом волны. Отраженное от внутренней поверхности трубы СВЧ-излучение возвращается в полость резонатора автодинного СВЧ-генератора, в цепи питания которого с помощью резистора выделяется автодинный сигнал, обеспечивающий возможность регистрировать отклонение диаметра трубы от номинального значения.

К общим недостаткам рассмотренных выше способа и устройств следует отнести невозможность использования их для определения овальности полости трубы и ее разностенности, поскольку из-за формирования по всему сечению трубы поля с круговым фронтом волны происходит усреднение результата измерения диаметра трубы. Кроме того, данный датчик не пригоден для контроля внутренних размеров труб иного сечения, например прямоугольного.

Наиболее близким аналогом (прототипом) по технической сущности, принципу действия и достигаемому положительному эффекту является устройство для бесконтактного контроля внутренних размеров изделий, содержащее автодинный СВЧ-генератор, в цепь питания которого подключен блок выделения автодинного сигнала, первую и вторую антенны и трехплечий циркулятор, к первому плечу которого подключен автодинный СВЧ-генератор (см. Носков В.Я. Автодинный СВЧ-датчик для бесконтактного контроля внутренних размеров изделий // 23-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо′2013): материалы конференции в 2 т. (Севастополь, 8-13 сент. 2013 г.) Севастополь: Вебер, 2013. Т. 1. С. 1051-1052 [6]).

Датчик содержит две измерительные головки, выполненные на основе H-тройников, которые связаны с автодинным СВЧ-генератором посредством третьего H-тройника. Эти головки предназначены для сравнения внутренних размеров отверстий контролируемого изделия с размерами образцового изделия. Однако каждая из головок при измерении внутренних размеров отверстий может функционировать автономно, поэтому рассмотрим принцип действия датчика на примере одной из них.

Принцип действия датчика основан на том, что генерируемые электромагнитные колебания автодинного СВЧ-генератора в виде первичного СВЧ-излучения делят поровну с помощью H-тройника, направляют эти излучения одновременно на две локальные области контроля противолежащих внутренних поверхностей изделия, отраженное от этих областей излучения суммируют в главном плече H-тройника, смешивают отраженное излучение в резонаторе автодинного СВЧ-генератора с первичным СВЧ-излучением, полученную смесь излучений преобразуют в автодинном СВЧ-генераторе в автодинный сигнал, затем по величине отклонения сигнала от номинального значения выходного сигнала определяют величину отклонения внутреннего размера изделия.

К общему недостатку способа-прототипа и устройства, его реализующего, следует отнести наличие погрешности измерения при несоосном расположении (рабочих) плеч H-тройника измерительной головки и измеряемого отверстия. Различие длин плеч H-тройника, вызванное данным несовпадением осей, в соответствии с принципом его действия (см. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. М.: Высшая школа. 1970. С. 163-169 [7]) является причиной появления дополнительного фазового смещения возвращенного в резонатор СВЧ-излучения, которое преобразуется в автодинный сигнал и вызывает погрешность отсчета. Данная составляющая погрешности измерений накладывает высокие требования к установке контролируемого изделия на измерительную головку, что является не всегда приемлемым.

Таким образом, задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в том, чтобы повысить точность измерения внутренних размеров изделий за счет исключения погрешности, вызванной несоосностью рабочего органа датчика и контролируемого отверстия. Дополнительными целями изобретения являются сохранение возможности определения датчиком овальности полости трубы, ее разностенности, а также пригодности его для контроля внутренних размеров изделий не только круглого и овального сечения, но и иных, например, прямоугольных.

Поставленная задача решена за счет разработки способа бесконтактного измерения отклонения от номинального значения внутренних размеров металлических изделий, заключающегося в том, что генерируемые электромагнитные колебания автодинного СВЧ-генератора в виде первичного СВЧ-излучения направляют на первую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, отраженное от первой локальной области внутренней поверхности изделия излучение отделяют от облучающего ее излучения и направляют на вторую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, противолежащую первой локальной области, отраженное от второй локальной области внутренней поверхности изделия излучение отделяют от облучающего ее излучения, полученное таким образом вторичное отраженное излучение направляют в резонатор автодинного СВЧ-генератора, смешивают его в резонаторе автодинного СВЧ-генератора с первичным СВЧ-излучением, полученную смесь преобразуют в автодинный сигнал, затем по величине отклонения сигнала от номинального значения определяют величину отклонения внутреннего размера изделия от номинального значения.

Для реализации заявленного способа разработано устройство для измерения отклонения от номинального значения внутренних размеров металлических изделий, содержащее автодинный СВЧ генератор, связанный с блоком выделения автодинного сигнала и первым плечом трехплечего циркулятора, первую и вторую приемо-передающие антенны, причем ко второму плечу трехплечего циркулятора подключена первая приемо-передающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на первую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, а к третьему плечу трехплечего циркулятора - вторая приемо-передающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на вторую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, противолежащую первой локальной области.

Предлагаемое техническое решение обладает новизной, поскольку автору не известны способы и устройства, содержащие признаки, которые фигурируют в предлагаемом изобретении в качестве отличительных признаков.

Изменение пути следования СВЧ-излучения, при котором отраженное от первой локальной области контроля излучение отделяется от облучающего, направляется на вторую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, противолежащую первой локальной области, отраженное от второй локальной области контроля внутренней поверхности изделия излучение отделяется от облучающего ее излучения, полученное таким образом вторичное отраженное излучение направляется в резонатор автодинного СВЧ-генератора, обеспечило получение суммарного набега фазы отраженного излучения независящим от несоосности рабочего органа измерительной головки и контролируемого отверстия. Техническим результатом изобретения является исключение погрешности измерения за счет указанного фактора.

Локализация областей облучения внутренней поверхности изделия позволяет измерять внутренний диаметр отверстия в зависимости от угла поворота датчика. Таким образом, можно определять овальность и при известных внешних размерах трубы - ее разностенность, а также некоторые механические дефекты, например, раковины, вмятины, трещины.

Предложенное устройство при придании ему формы, соответствующей форме внутреннего сечения полости изделия, с возможностью помещения его внутри этой полости, обеспечивает возможность измерения внутренних размеров не только круглой ее формы, как это обеспечивается прототипом и аналогами, но и любой иной, например овальной, прямоугольной или в виде многогранников.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг. 2 приведены эпюры, поясняющие принцип преобразования изменений внутреннего размера Δl изделий в выходной сигнал α(Δl) автодинного СВЧ-генератора.

Определение внутренних размеров металлических изделий по предложенному способу будет рассмотрено ниже при описании работы устройства.

Устройство содержит (см. фиг. 1) автодинный СВЧ-генератор 1, выполненный, например, в виде приемо-передающего модуля на основе диода Ганна (см. Воторопин С.Д., Носков В.Я. Приемо-передающие модули на слаботочных диодах Ганна для автодинных систем // Электронная техника. Серия 1. СВЧ-техника. 1993. №4 (458). С. 70-72. [8]), связанный с блоком 2 выделения автодинного сигнала, выполненный, например, в соответствии с одной из схем, представленных в упомянутой статье [8], трехплечий циркулятор 3 (см. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. - М.: Высшая школа. 1970. С. 290-294. [7]), к первому плечу 4 которого подключен автодинный СВЧ генератор 1, ко второму плечу 5 подключена первая приемо-передающая антенна 6, диаграмма излучения которой направлена на первую локальную область 7 контроля внутренней поверхности изделия 8, к третьему плечу 9 циркулятора 3 подключена вторая приемо-передающая антенна 10, диаграмма излучения которой направлена на вторую локальную область 11 контроля внутренней поверхности изделия 8, противолежащую первой локальной области 7 контроля.

Автодинный СВЧ-генератор 1 может быть выполнен со стабилизацией частоты генерации, например, внешним высокодобротным резонатором (см. описание прототипа [6]). Данное решение обеспечивает долговременную стабильность работы устройства и повышение точности измерений.

Для локализации областей облучения внутренних поверхностей изделий могут быть использованы, например, следующие технические решения:

Первая 6 и вторая 10 приемо-передающие антенны могут быть выполнены в виде открытого конца волновода (см. описание прототипа [6]).

Вокруг первой 6 и второй 10 приемо-передающих антенн на внешней поверхности автодинного датчика может быть реализован принцип устройства «дроссельного фланца», имеющего кольцевую канавку глубиной приблизительно в четверть длины волны в свободном пространстве (см. рис. 8.2. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. - М.: Высшая школа. 1970. С. 236 [7]). При этом расстояние от канавки до середины широкой стенки волновода должно быть также приблизительно равно четверти длины волны в свободном пространстве.

Внешняя поверхность автодинного датчика, за исключением областей раскрыва первой 6 и второй 10 приемо-передающих антенн, может быть покрыта слоем радиопоглощающего полимерного материала, выполненного, например, на основе наполнителя из микросфер карбонильного железа или феррита (см. Радиопоглощающие материалы и покрытия, http://ru.wikipedia.org [9]).

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения от источника питания (на фиг. 1 не показан) в автодинном СВЧ-генераторе 1 возникают СВЧ колебания, которые в виде электромагнитного СВЧ-излучения, следуя волноводным трактом по пути: первое плечо 4 циркулятора 3 - второе плечо 5 циркулятора 3, поступают в первую приемо-передающую антенну 6. Первая приемо-передающая антенна 6 формирует излучение, которое облучает первую локальную область 7 на внутренней поверхности изделия 8 с одной его стороны. Отраженное от первой локальной области 7 СВЧ-излучение возвращается в первую приемо-передающую антенну 6 и далее, благодаря развязывающему свойству циркулятора 3, отделяется от облучающего излучения, следуя волноводным трактом по пути: второе плечо 5 циркулятора 3 - третье плечо 9 циркулятора 3, поступает во вторую приемо-передающую антенну 10. Вторая приемо-передающая антенна 10 формирует СВЧ-излучение, которое облучает вторую локальную область 11 на внутренней поверхности изделия 8, но с противоположной стороны отверстия относительно первой локальной области 7. Отраженное от второй локальной области 11 СВЧ-излучение возвращается во вторую приемо-передающую антенну 10 и далее, благодаря развязывающему свойству циркулятора 3, отделяется от облучающего излучения, следуя волноводным трактом по пути: третье плечо 9 циркулятора 3 - первое плечо 4 циркулятора 3, поступает в резонатор автодинного СВЧ генератора 1.

Полученная в резонаторе автодинного СВЧ- генератора 1 смесь вторичного отраженного излучения и собственных СВЧ-колебаний в виде первичного излучения на нелинейности активного элемента автодинного СВЧ генератора 1 преобразуется в изменения амплитуды и частоты колебаний, а также, вследствие известного явления автодинного детектирования, в изменения смещения (тока или напряжения) активного элемента (диода Ганна, лавинно-пролетного диода, СВЧ-транзистора и др.). Данные изменения описываются следующими выражениями (см. формулы (3), (4), (6) статьи: Носков В.Я. Анализ автодинного СВЧ датчика для бесконтактного измерения и контроля размеров изделий // Измерительная техника. 1992. №3. С. 24-26. [10]):

,

,

,

где α0, α1, Δω - относительные изменения смещения активного элемента, амплитуды и частоты колебаний соответственно;

Г1, Г2 - коэффициенты отражения (по амплитуде) СВЧ-излучения от первой 7 и второй 11 локальных областей на внутренней поверхности изделия 8;

W - амплитудный коэффициент затухания излучения при его распространении волноводным трактом по пути: автодинный СВЧ-генератор 1 - первая локальная область отражения 7 на внутренней поверхности изделия 8 - вторая локальная область 11 отражения на внутренней поверхности изделия 8 - автодинный СВЧ-генератор 1;

K0, K1, L1 - коэффициенты автодетектирования, автодинного усиления и девиации частоты, зависящие от внутренних параметров автодинного СВЧ-генератора 1;

l - общее расстояние, пройденное СВЧ излучением по пути: автодинный СВЧ-генератор 1 - первая локальная область 7 отражения на внутренней поверхности изделия 8 - вторая локальная область 11 отражения на внутренней поверхности изделия 8 - автодинный СВЧ-генератор 1;

ψ0, ψ1, θ - углы фазового смещения соответствующих автодинных изменений, зависящие от внутренних параметров автодинного СВЧ-генератора 1;

λ - длина волны излучения в волноводном тракте.

Изменения смещения α0 активного элемента, амплитуды αt или частоты Δω колебаний автодинного СВЧ-генератора 1 преобразуются в выходной сигнал устройства с помощью блока 2 выделения автодинного сигнала. Альтернативные технические решения блока 2 выделения автодинного сигнала широко известны. Например, при регистрации изменений смещения α0 активного элемента, выполненного на диоде Ганна, блок 2 выделения может быть выполнен в виде резистора в цепи питания диода Ганна (см. патент RU 2052796 C1, 20.01.1996. [5]) или в соответствии с одной из схем, представленных в статье: Носков В.Я., Смольский С.М. Регистрация автодинного сигнала в цепи питания генераторов на полупроводниковых диодах СВЧ. (Обзор) // Техника и приборы СВЧ. 2009. №1. С. 14-26. [11]. При регистрации изменений амплитуды α1 колебаний в качестве выходного сигнала датчика обычно используется детекторный диод, помещенный в резонатор автодинного СВЧ-генератора (см., например, фиг. 2 патента: RU 2295911 C1, 27.03.2007. [12]). При регистрации изменений Δω частоты колебаний автодинного СВЧ-генератора 1 блок 2 выделения может быть выполнен, например, на основе частотного детектора, связанного с автодинным СВЧ-генератором 1 через автодинный преобразователь частоты и усилитель сигналов промежуточной частоты (см. рис. 2 статьи: Воторопин С.Д., Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 3. Функциональные особенности автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2007. №11 С. 25-49. [13]).

Как видно из представленных выше выражений, все функции, описывающие зависимость выходных сигналов α0, α1, Δω от расстояния l являются гармоническими и отличаются лишь углами относительного фазового смещения ψ0, ψ1, θ. Поэтому выражение для обобщенного выходного сигнала α(l) блока 2 выделения запишем в виде:

,

где Am1Г2WK - амплитуда изменений автодинного сигнала; K, ψ - обобщенные коэффициент передачи и угол фазового смещения автодинного сигнала на выходе блока 2 выделения.

На фиг. 2, поясняющей принцип преобразования изменений внутреннего размера Δl изделия в выходной сигнал α(Δl), представлен вид этой функции. В окрестности рабочей точки D данная функция, имеющая смысл дискриминационной характеристики автодинного датчика, обеспечивает наибольшую крутизну преобразования Sпр, которая определяется как первая производная функции α(l) в этой точке и зависит от амплитуды Am изменений автодинного сигнала: Sпр=2πAm/λ. При использовании автодинного датчика необходимо учитывать, что максимальный диапазон изменения контролируемых размеров Δlm относительно рабочей точки D (см. фиг. 2) составляет Δlm=λ/8.

Перед проведением измерений внутренних размеров изделий находят положение рабочей точки D и выполняют калибровку датчика.

Для нахождения положения рабочей точки D устройство вводят в полость образцового изделия с номинальными значениями внутренних размеров и выполняют регулировку электрической длины волноводного тракта между автодинным СВЧ-генератором 1 и первым плечом 4 циркулятора 3, что достигается изменением его физической протяженности или введением в этот тракт регулируемого фазовращателя. Данную регулировку выполняют до нахождения такой электрической длины волноводного тракта, при которой выходной сигнал блока 2 выделения обеспечивает свое среднее значение αD на дискриминационной характеристике, соответствующее рабочей точке D (см. фиг. 2).

При калибровке устройство вводят в полость изделия с известной величиной отклонения его внутреннего размера от номинального значения Δlкал и выполняют отсчет αкал выходного сигнала калиброванного изделия. При этом необходимо учитывать, что данное отклонение Δlкал размера должно быть, по крайней мере, в три раза меньше максимального диапазона изменений контролируемых размеров Δlm. При таком условии обеспечивается практически линейное преобразование отклонения измеряемого размера от номинального значения в выходной сигнал датчика. Делением полученного отклонения величины выходного сигнала Δαкалкал - αD на величину отклонения размера Δlкал получают численное значение крутизны преобразования Sпр=Δαкал/Δlкал автодинного датчика.

Данная калибровка обеспечивает исключение влияния на результат измерений непостоянства крутизны преобразования Sпр, которое может быть вызвано следующими причинами:

разбросом коэффициентов отражения Г1 и Г2 для различных изделий из-за различия качества обработки поверхности;

изменениями амплитудного коэффициента затухания W излучения, вызванными, например, появлением пыли в волноводном тракте датчика;

изменениями коэффициентов передачи К автодинного СВЧ- генератора 1 и длины волны излучения λ, вызванных, например, изменением температуры окружающей среды.

При измерении отклонения внутренних размеров от номинального значения Δlизм устройство помещают в полость контролируемого изделия. Полученное значение отклонения выходного сигнала Δαизмизм - αD от среднего значения αD умножают на рассчитанную в результате калибровки величину крутизны преобразования Sпр и получают искомый результат отклонения внутреннего размера изделия от номинального значения: Δlизм=ΔαизмSпр.

Вращая устройство вокруг своей оси внутри круглого отверстия контролируемого изделия, получают значения отсчетов отклонения размера от номинального в зависимости от угла поворота. По полученным значениям отсчетов судят об овальности этих отверстий, а при известном внешнем диаметре трубы - о ее разностенности.

Устройство, реализующее предложенный способ измерения, может иметь различные технические решения и быть изготовленным различной формы с возможностью его помещения в полость контролируемого изделия. При этом форма этой полости не имеет значения и может быть, например, овальной, прямоугольной, в виде многогранников. Данное расширение функциональных возможностей датчика является дополнительным преимуществом предлагаемого устройства.

ЛИТЕРАТУРА

1. Авт. свид. №1298538 A1 (СССР). Способ измерения внутреннего диаметра металлической трубы. МКИ4 G01B 15/02. Опубл. 19.04.1987., Б.И. №/ А.С. Совлуков.

2. Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989. 208 с.(С. 71-77).

3. Авт. свид. №637683 (СССР). Устройство для контроля внутренних размеров круглого волновода. МКИ2 G01R 29/08. Опубл. 19.12.1978., Б.И. №46. / А.Д. Олейников.

4. Авт. свид. №1355916 A1 (СССР). Датчик для контроля внутренних размеров металлических труб. МКИ4 G01B 22/00. Опубл. 30.11.1987., Б.И. №44. / И.Е. Куров, П.А. Путилов, В.В. Потапов, В.В. Козлов, М.И. Гуревич, Г.П. Путилова, С.В. Перельман, Л.Ф. Циферблат.

5. Патент №2052796 C1 (РФ). Устройство для контроля внутренних размеров металлических труб. МКИ6 G01N 22/00, G01B 7/16. Опубл. 20.01.1996., Б.И. №2. / И.Е. Куров, Е.М. Гершензон, П.А. Путилов, Г.П. Путилова, В.В. Потапов, В.В. Козлов.

6. Носков В.Я. Автодинный СВЧ-датчик для бесконтактного контроля внутренних размеров изделий // 23-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо′2013): материалы конф. в 2 т.(Севастополь, 8-13 сент. 2013 г.) Севастополь: Вебер, 2013. Т. 1. С. 1051-1052.

7. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. М.: Высшая школа. 1970. 439 с.

8. Воторопин С.Д., Носков В.Я. Приемо-передающие модули на слаботочных диодах Ганна для автодинных систем // Электронная техника. Серия 1. СВЧ-техника. 1993. №4 (458). С. 70-72.

9. Радиопоглощающие материалы и покрытия // Интернет http://ru.wikipedia.org

10. Носков В.Я. Анализ автодинного СВЧ датчика для бесконтактного измерения и контроля размеров изделий // Измерительная техника. 1992. №3. С. 24-26.

11. Носков В.Я., Смольский С.М. Регистрация автодинного сигнала в цепи питания генераторов на полупроводниковых диодах СВЧ. (Обзор) // Техника и приборы СВЧ. 2009. №1. С. 14-26.

12. Патент №2295911 C1 (РФ). Способ дистанционного контроля физиологических параметров жизнедеятельности организма. МПК A61B 5/05. Опубл. 27.03.2007., Бюл. №9. / Д.А. Усанов, Ал.В. Скрипаль, Ан.В. Скрипаль, Ал.В. Абрамов, А.Э. Постельга, А.С. Боголюбов.

13. Воторопин С.Д., Носков В.Я., Смольский С.М. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 3. Функциональные особенности автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2007. №11 С. 25-49.

1. Способ бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий, заключающийся в том, что генерируемые электромагнитные колебания автодинного СВЧ-генератора в виде первичного СВЧ-излучения направляют на первую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, вторичное отраженное излучение смешивают в резонаторе автодинного СВЧ-генератора с первичным СВЧ-излучением, полученную смесь излучений в автодинном СВЧ-генераторе преобразуют в автодинный сигнал, затем по величине отклонения сигнала от номинального значения определяют величину отклонения внутреннего размера изделия, отличающийся тем, что для получения вторичного отраженного излучения излучение, отраженное от первой локальной области внутренней поверхности изделия, после его отделения от облучающего ее излучения направляют на вторую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, противолежащую первой локальной области, отраженное от второй локальной области внутренней поверхности изделия излучение отделяют от облучающего ее излучения и направляют в резонатор автодинного СВЧ-генератора.

2. Устройство для бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий, содержащее автодинный СВЧ-генератор, связанный с блоком выделения автодинного сигнала и первым плечом трехплечего циркулятора, первую и вторую приемо-передающие антенны, отличающийся тем, что ко второму плечу трехплечего циркулятора подключена первая приемо-передающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на первую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, а к третьему плечу - вторая приемо-передающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на вторую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, противолежащую первой локальной области.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что первая и вторая приемо-передающие антенны выполнены в виде открытого конца волновода.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что автодинный СВЧ-генератор выполнен со стабилизацией частоты, например, внешним высокодобротным резонатором.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии. Технический результат - повышение точности измерения.

Изобретение относится к области калибровки просвечивающих электронных микроскопов (ПЭМ) при измерениях в нано- и субнанометровом диапазонах. Тестовый объект выполнен в виде держателя образцов с несколькими местами крепления исследуемых объектов, в одном из которых расположена эталонная структура, выполненная в виде тонкого поперечного среза кремниевой структуры с периодической рельефной поверхностью, имеющей известное межплоскостное расстояние и известные размеры трапециевидных элементов рельефа.

Изобретение относится к измерению трехмерной геометрии чурака, в частности к измерению контуров поперечных сечений, перпендикулярно пересекающихся с предварительной продольной осью чурака, путем определения расстояний от предварительной продольной оси чурака до множества точек его наружной поверхности по окружности посредством устройства для измерения трехмерной геометрии чурака.

Изобретение относится к области гидрологии и связано с определением высоты снежного покрова на ледяном покрове акваторий по данным зондирования с искусственных спутников Земли (ИСЗ) в тепловом канале инфракрасного (ИК) диапазона частот.

Изобретение относится к области метрологии, в частности к способам измерения расстояний и формы объектов, и может использоваться в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. .

Изобретение относится к системе управления добычей для бурового комбайна. .

Изобретение относится к области измерения малых длин отрезков, характеризующих геометрические параметры профиля элементов рельефа поверхности твердого тела, в нанометровом диапазоне (1-1000 нм), проводимого с помощью растровых электронных (РЭМ) и сканирующих зондовых (СЗМ) микроскопов.

Изобретение относится к области нанометрологии и калибровочным структурам, а именно к устройствам, обеспечивающим наблюдение и измерение геометрической формы игл сканирующего зондового микроскопа, в том числе атомно-силовых микроскопов и сканирующих туннельных микроскопов.

Изобретение относится к прокатному производству. Технический результат - повышение точности измерения. Способ заключается в том, что на отражательные поверхности прокатываемой полосы с использованием по меньшей мере двух приемопередающих устройств (3) направляют электромагнитное излучение (6) в микроволновом диапазоне. Принимают отраженные сигналы от отражательных поверхностей (4). При этом отражательные поверхности (4) лежат на проходящей параллельно направлению (12) движения полосы линии (13) на расстоянии (10) друг от друга. Каждый из отраженных сигналов подают в устройство (11) оценки скорости полосы, посредством которого с использованием метода корреляции определяют упомянутую скорость полосы. 6 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения диаметра провода как готового изделия, так и при его производстве. Оно может быть применено также для измерения диаметра других протяженных металлических изделий (стержней, нитей и т.п.). Предлагаемое устройство для измерения диаметра провода, содержащее металлическую трубу и на измерительном участке объемный резонатор, включающий отрезок этой металлической трубы, внутри металлической трубы соосно с ней размещен контролируемый провод, электронный блок для возбуждения в объемном резонаторе электромагнитных колебаний и измерения резонансной частоты электромагнитных колебаний, электрически соединенный посредством линии связи и элемента связи с объемным резонатором. При этом металлическая труба выполнена из трех участков, первый и второй участки которой вне измерительного участка имеют одинаковый внутренний диаметр, а третий участок, расположенный между ними на измерительном участке и образующий с проводом коаксиальный объемный резонатор с колебаниями типа Hm1p (m=1, 2, 3 …; p=1, 2, 3, …), имеет внутренний диаметр, увеличенный по сравнению с внутренним диаметром металлической трубы на первом и втором ее участках, при этом частота электромагнитных колебаний, возбуждаемых в коаксиальном объемном резонаторе, открытом с обоих торцов, выбрана меньшей, чем критическая частота возбуждения электромагнитных волн в коаксиальных волноводах, образуемых вне измерительного участка проводом и каждым из первого и второго участков металлической трубы. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к приспособлениям для крепления рентгеновских аппаратов. Задача: повышение производительности труда, повышение надежности эксплуатации рентгеновского аппарата, улучшение качества снимков, улучшение условий труда дефектоскописта. Устройство фиксации рентгеновского аппарата на трубе включает держатель рентгеновского аппарата и дополнено штангой и зажимом. Штанга выполнена в виде прямой и криволинейной частей с закрепленными на криволинейной части двумя подушками, а зажим снабжен подвижным ползуном с противолежащей подушкой. Зажим и держатель рентгеновского аппарата закреплены на прямой части штанги с помощью подвижных втулки зажима и втулки держателя. Втулка держателя выполнена с возможностью ступенчатого перемещения вдоль прямой части штанги. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится в общем к технологии быстрого досмотра транспортного средства на основе радиационного сканирования. Способ и система быстрого досмотра транспортного средства на основе устройства измерения длины, включающие в себя: когда подлежащее досмотру транспортное средство попадает в зону досмотра, измерение первой длины и второй длины подлежащего досмотру транспортного средства; определение, превышает ли первая длина и вторая длина соответственно заданное пороговое значение второй длины или равна ему; и если да, то определение, появляется ли участок зазора подлежащего досмотру транспортного средства между первым участком и вторым участком подлежащего досмотру транспортного средства в области излучения пучка, образованной пучком радиационного излучения, излучаемого системой для быстрого досмотра транспортного средства; и если участок зазора появляется в области излучения пучка, излучение пучка радиационного излучения первой дозы радиации на подлежащее досмотру транспортное средство согласно участку зазора, при этом подлежащее досмотру транспортное средство перемещается относительно системы быстрого досмотра транспортного средства. Технический результат – повышение точности временной привязки для излучения пучка радиационного излучения. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля изделий, а именно к устройствам для бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий с использованием электромагнитного излучения СВЧ-диапазона, и может быть применено в машиностроительной, трубопрокатной и химической промышленности. Датчик содержит первый и второй связанные между собой взаимной связью автодинные СВЧ-генераторы, к которым соответственно подключены первый и второй блоки выделения автодинного сигнала. Причем первый автодинный СВЧ-генератор соединен также с первым плечом трехплечего циркулятора, ко второму плечу которого подключена первая приемопередающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на первую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, а к третьему плечу - вторая приемопередающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на вторую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, противолежащую первой локальной области. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля изделий, а именно к устройствам для бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий с использованием электромагнитного излучения СВЧ диапазона, и может быть применено в машиностроительной, трубопрокатной и химической промышленности. Измеритель содержит автодинный СВЧ генератор, связанный с блоком выделения автодинного сигнала, трехплечий циркулятор, ко второму плечу которого подключена первая приемопередающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на первую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, а к третьему плечу - вторая приемопередающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на вторую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, противолежащую первой локальной области. Между автодинным СВЧ генератором и первым входом трехплечего циркулятора введен проходной двухпозиционный фазовращатель, а к выходу блока выделения автодинного сигнала подключен вход аналогового коммутатора на два положения, к первому и второму выходам которого подключены первый и второй полосовые усилители, выходы которых связаны соответственно с первым и вторым амплитудными детекторами. При этом входы управления проходного двухпозиционного фазовращателя и аналогового коммутатора подключены к выходу тактового генератора. Технический результат заключается в повышении точности и чувствительности измерений в условиях различия качества обработки или износа внутренней поверхности контролируемых изделий, появления пыли или влаги на пути распространения СВЧ излучения, влияния изменений температуры окружающей среды и фликкерных флуктуаций на показания. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля изделий, а именно к устройствам для бесконтактного измерения отклонений от номинального значения внутренних размеров металлических изделий с использованием электромагнитного излучения СВЧ-диапазона, и может быть применено в машиностроительной, трубопрокатной и химической промышленности. Для решения данной задачи предложены способ для его осуществления, а также устройство, содержащее автодинный СВЧ-генератор, связанный с блоком выделения автодинного сигнала и первым плечом трехплечего циркулятора, первую и вторую приемо-передающие антенны, причем ко второму плечу трехплечего циркулятора подключена первая приемопередающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на первую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, а к третьему плечу трехплечего циркулятора - вторая приемо-передающая антенна, диаграмма излучения которой направлена на вторую локальную область контроля внутренней поверхности изделия, противолежащую первой локальной области. Технический результат - повышение точности измерения внутренних размеров изделий. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх