УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИЙ

Устройство для измерения вибраций
Полезная модель относится к области виброметрии и может быть использовано в качестве измерителя вибраций.
Известен измеритель вибраций ( Константинов В.А., Трубников С.Г. Измерение малых перемещений и вибраций радиотехническими методами, Метрология,1972, № 5, с. 16-23), содержащий генератор СВЧ, двойной волноводный Т-образный мост, антенну, регулируемую нафузку, детектор и индикатор. Принцип работы измерителя основан на нарушении равновесия Т-образного моста при перемещении объекта.
Недостатками данной конструкции являются низкая чувствительность, сложность балансировки моста.
Известен также измеритель вибраций ( Griffin D.W. «MW interferometers for biological studies, Microwave journal, 1978, Vol 21, № 5, p. 69-72 ), содержащий трехплечий циркулятор, к одному плечу которого присоединен генератор СВЧ, другому - антенна, третьему - детектор с индикатором. В волноводе между антенной и циркулятором расположен штырь, формирующий опорный сигнал. Работа данного измерителя основана на сравнении двух сигналов : отраженного от объекта и опорного.
Недостатками данного устройства являются низкая чувствительность, фомоздкость конструкции, сложная настройка.
Известен также измеритель вибраций ( Коломейцев Ф.И., Быстряков Н.П., Снежко Е.М... Харагай Г.И., СВЧ установка для измерения вибраций. Измерительная техника, 1971, Не 11, с. 45-46 ), содержащий соединенные волноводом генератор СВЧ, измерительную линию с детектором, к которому подключен индикатор, и антенну.
МПК: G 01Н 9/00 Данный измеритель имеет низкую чувствительность, так как детектор фиксирует
только изменение фазы отраженной волны.
Известен также измеритель вибраций, содержащий последовательно соединенные генератор СВЧ, детектор с подключенным к нему индикатором и антенну. В устройстве имеют место два эффекта - фазовый и амплитудный, сложение которых позволяет повысить ток детектора, то есть увеличить чувствительность измерителя, см. патент РФ Ш 2025669, кл. G 01 М 9/00,1991г.
Недостатком данного устройства является низкая чувствительность измерителя, обусловленная его конструщией.
Наиболее близким к заявляемому является измеритель вибраций (патент РФ №2082114, кл. G 01 Н 9/00, 1994г. ), содержащий последовательно соединенные генератор СВЧ, детектор с подключенным к нему индикатором и антенну, расположение которой определяется соотношением :
/,  4l(2.+ l);/,; /,  ;
5О4
где / - расстояние от антенны до детектора;
/2 - расстояние от антенны до контролируемого объекта ;
/3 - длина круглого волновода, образующего антенну, радиус которой ;
Я - длина волны в линии передачи;
AQ - длина волны в свободном пространстве ;
.3,5...
Недостатком измерителя является низкая чувствительность, обусловленная его конструкцией.
Задачей технического решения является повышение чувствительности измерителя вибраф1и контролируемого объекта.
Страница 2 антенну, согласно полезной модели расположение детектора выбрано из
,м т /л. Лд
соотношения : i  --- - к - ;
24
где / -расстояние от генератора до антенны,
/2-расстояние от антенны до контролируемого объекта,
. ,/1 /., I
при этом /I и /2 связаны соотношением :  4 -  - +  (,Л2... j;
Я - дпина волны в линии передачи ; AQ - дпина волны в свободном пространстве ; t - простое число. При этом длина зонда детектора (, выступающего в волновод (линию передачи) определена из соотношения: h  - .
Полезная модель поясняется чертежом (фиг. 1), где измеритель вибраций №0бражен в виде блок-схемы, содержащей последовательно соединенные генератор СВЧ 7, детектор 2 с подключенным к нему индикатором 3 и антенну 4.
На фиг. 2 представлена зависимость тока квадратичного детектора от расстояния между антенной и контролируемым объектом.
Устройство работает следующим образом. Электромагнитные волны распространяются от генератора 1 и излучаются антенной 4 в направлении контролируемого объекта 5. Волны, отраженные от объекта, принимаются той же антенной, в результате чего в линии передачи образуется стоячая волна. Согласно
фаничным условиям на поверхности объекта напряженность электрического поля имеет минимумы, которые будут чередоваться в стоячей волне через А/2, где Адлина волны. Как видно из фиг.2, если детектор расположить на расстоянии от
Страница 3
Ag AQ iобъектом приведет к увеличению тока детектора, а уменьшение - к уменьшению
тока детектора. Соответственно, если 1- -,-,... , то будет наблюдаться
противополо}|шая ситуация.
Путем выбора расстояния между генератором и антенной /, а также антенной и
контролируемым объектом 1, достигается эффект фазового и амплитудного
увеличения тока тока детектора - возрастания чувствительности измерителя, см. патент РФ № 2025670, кл. G 01 Н 9/00, 1991г. При соответствующем выборе расстояния между детектором и антенной, а также между антенной и объектом, имеет место положительный суммарный эффект, см. патент РФ Мв2082114, кл. G 01 Н9Щ 1994г.
Наилучший результат достигается, если расположение детектора определяется
, i.- + /2 г
ИЗ соотношения : 1   -к - ;
где /I-расстояние от генератора до антенны,
/2-расстояние от антенны до контролируемого объекта,
при этом /, и /, связаны соотношением :  + «( .1.2... ;  -Л, Ло 2
Я - дпина волны в линии передачи;
Л о - длина волны в свободном пространстве ;
. - простое число.
Пример конкретного выполнения .Для измерения вибраций используют генератор СВЧ с частотой колебаний 18,3 Ггц, в качестве детектора - диод ДбОВ, индикатора селективный вольтметр фирмы «сБрюль и Кьер ( Дания ), осциллофаф С1-93, источник вибраций - вибростенд 4290 фирмы «Брюль и Кьер ( Дания ), антенну. В качестве передающей линии используют прямоугольный волновод сечением 11x5,5 мм. Зависим ости наименьших значений смещений, которые еще способны вызвать
( x{x
Страница 4
. ЗЛ 7у1 1U
888
тг1 заметные вменения выходного сигнала
приведены в таблице.
Таблица Страница 5 от частоты вибраций и прототипа
Анализ данных демонстрирует достаточный положительный эффект при использовании предлагаемого технического решения (увеличение чувствительности на 20% по сравнению с прототипом) при высокой степени повторяемости результатов.
Нижняя фаница расположения диода выбрана из условия :
п + k
h
Минимальное смещение измеренное с помощью предлагаемого измерителя вибраций составило 0,0035 мкм.
Высокая чувствительность измерителя вибраций, достигаемая при использовании данного технического решения, открывает широкие возможности его применения в различных областях народного хозяйства для прецизионного контроля уровня вибраций в технических и технологических процессах при изготовлении узлов и деталей, для вибродиагностики машин и механшмов.
-()