УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВИБРИРУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения параметров вибрирующих объектов, например деталей машин.
Задача бесконтактного измерения и анализа вибраций различных объектов достаточно актуальна и в настоящее время. Известен ряд устройств, предназначенных для ее решения [1].
Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ, детектор с подключенным к нему индикатором и антенну. В этой установке параметры вибраций определяются по изменениям показаний стрелочного прибора [2].
Достоинством этого устройства является возможность прецизионных измерений параметров, однако его практическое применение существенно затруднено из-за необходимости точного знания расстояния до объекта.
Известно устройство для дистанционного определения параметров вибрирующих объектов [3], выбранное в качестве прототипа, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ, ответвитель и излучатель, аттенюатор, вход которого подключен к ответвителю, последовательно соединенные приемную антенну, расположенную в одной плоскости с излучателем, детекторную секцию, усилитель и регистрирующий прибор, отличающееся тем, что введен блок сканирования частоты, подключенный к генератору СВЧ, а выход аттенюатора подсоединен к второму входу детекторной секции.
Устройство работает следующим образом. Электромагнитные волны, вырабатываемые генератором 1, частично проходят через ответвитель 3 и излучаются излучателем 4 в направлении исследуемого вибрирующего объекта. Отраженные от объекта волны принимаются антенной 5 и поступают на детекторную секцию 6, на которую также подается для калибровки часть энергии генератора 1, отведенная ответвителем 3 и прошедшая через аттенюатор 9. Детекторная секция 6 выделяет переменную составляющую амплитуды сигнала вибрации, которая после усилителя 7 поступает на регистрирующий прибор 8.
Недостатком данного устройства является значительная погрешность в измерении параметров вибрации объекта, если он находится на вибрирующем основании, или сам измеритель подвержен вибрационным помехам.
Задачей полезной модели является повышение точности измерения параметров вибрации в условиях воздействия помех, обусловленных наличием вибраций, не относящихся к объекту контроля.
В заявляемом устройстве предложено техническое решение, позволяющее измерять амплитуду, частотный спектр вибраций вибрирующего объекта, находящегося в зоне действия радиолокационного датчика.
Этот технический результат достигается благодаря тому, что в устройство для дистанционного определения параметров вибрирующих объектов, содержащее последовательно соединенные генератор СВЧ, ответвитель и излучатель, аттенюатор, вход которого подключен ко второму выходу ответвителю, последовательно соединенные приемную антенну, детекторную секцию, первый усилитель и регистрирующий прибор, причем приемная антенна расположена в одной плоскости с излучателем, а второй выход аттенюатора подключен ко второму входу детекторной секции, предлагается ввести дополнительно между первым усилителем и регистрирующим прибором последовательно соединенные первый аналого-цифровой преобразователь, адаптивный фильтр и контроллер USB, а также дополнительно ввести последовательно соединенные между собой пьезоэлектрический датчик, фильтр низких частот, второй усилитель и второй аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен со вторым входом адаптивного фильтра, причем в качестве регистрирующего прибора предлагается использовать персональную ЭВМ.
На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, где обозначено:
1 - генератор сверхвысоких частот;
2 - ответвитель;
3 - излучатель;
4 - аттенюатор;
5 - приемная антенна;
6 - детекторная секция;
7 - первый усилитель;
8 - первый аналого-цифровой преобразователь;
9 - адаптивный фильтр;
10 - контроллер USB;
11 - персональная ЭВМ;
12 - пьезоэлектрический датчик вибрации;
13 - фильтр низких частот;
14 - второй усилитель;
15 - второй аналого-цифровой преобразователь;
Устройство работает следующим образом.
Электромагнитные волны, вырабатываемые генератором 1, частично проходят через ответвитель 2 и излучаются излучателем 3 в направлении исследуемого вибрирующего объекта.
Отраженные от объекта волны принимаются антенной 5 и поступают на детекторную секцию 6, на которую также подается для калибровки часть энергии генератора 1, отведенная ответвителем 2 и прошедшая через аттенюатор 4. Детекторная секция 6 выделяет переменную составляющую амплитуды сигнала вибрации исследуемого объекта и вибрационной помехи, которая после усилителя 7 поступает на первый аналого-цифровой преобразователь 8 и далее на первый вход адаптивного фильтра 9.
Одновременно пьезоэлектрический датчик вибрации 11 преобразует вибрационные колебания установки на которой закреплен исследуемый объект или колебания почвы вблизи установки радиолокационного датчика в напряжение, которой пройдя фильтр низких частот 13, усилитель 14, и после преобразования в цифровую форму, подается на второй вход адаптивного фильтра 9, формируя таким образом образцовый или опорный сигнал.
Адаптивный фильтр 9 реализуя алгоритм адаптации (предложенный, например, в [4]) стремится преобразовать входной сигнал так, чтобы сделать его как можно ближе (в смысле среднеквадратической ошибки) к образцовому. Поскольку, со входным сигналом фильтра (сигналом от радиолокационного датчика) коррелированна лишь помеховая составляющая вибрации (образцового сигнала), то после завершения процесса адаптации на выходе фильтра будет получена оценка шума, присутствующего в образцовом сигнале. Сигнал ошибки, рассчитываемый как разность между образцовым сигналом и выходным сигналом адаптивного фильтра, будет в этом случае представлять собой очищенный от помех сигнал пропорциональный вибрации исследуемого объекта.
Контроллер USB 10 служит для ввода данных с адаптивного фильтра, выполненного на PLIS в ПЭВМ 11, где и происходит отображение результатов контроля.
Список литературы:
1. Гречинский Д.А. Методы и средства бесконтактного измерения вибрации. Метрология, 1982, №6, с.18.
2. Патент РФ 2025669, опубл. 30.12.1994 г., «Измеритель вибрации».
3. Патент РФ 2009452, опубл. 15.03.1994 г., «Устройство для определения параметров вибрирующих объектов».
4. Сергиенко А.Б., Цифровая обработка сигналов: учебник для вузов. 2-е изд. СПб.: Питер, 2006. - 751 с.