Устройство для измерения перемещений (его варианты)

 

Изобретение обеспечивает повышение чувствительности. СВЧ-генератор (Г) 1 выполнен на полупроводниковом диоде с отрицательным сопротивлением . Электромагнитная энергия Г 1, пройдя через развязывающий элемент 7 и рефлектометр 2,посредством излучателя 3 воздействует на контролируемый объект (КО) 4. Излучатель 3 работает в режиме приемопередачи. Излучатель 3 принимает отраженную и „„ от - вот КО 4 электромагнитную волну и складывает с падающей волной. Образуется интерференционный сигнал. Часть падакщей и отраженной волн проходит через частотно-избирательный элемент 5 на детектор 6 электромагнитных колебаний, где образуется сигнал интерференции. Частотно-избирательный элемент 5,например пассивный объемный резонатор, преобразует частотно-модулированные колебания в амплитудно-модулированные. Если между Г 1 и рефлектометром 2 нет развязывающего элемента 7, то отраженная волна поступает на выход Г 1. Между генерируемой и отражённой волнами происходит интерференция, что соответствует изменению нагрузки Г 1, Воздействие отраженной волны приводит к периодическому изменению частоты и мощности Г 1 при перемещении КО 4. Электромагнитные колебания Г 1 оказываются модулированными по частоте и мощности. 2 с.п. ф-лы. 4 ил. лад - отр (П 1С ND СО о со отр ф1/г. 1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) О 7 А (51) 4 G 01 В 15/02

l. М >=,".

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3794526/24-09 (22) 20.09.84 (46) 07.04.86. Бюл. М- 13 (72) А.И.Капустин, Е.С.Коршунов, С.А.Кощенко и В.Н.Сурин (53) 621.317.799(088.8) (56) Викторов В.А., Лунин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин.

М. . Наука, 1978, с. 72-73, 104-105, 151-152.

Там же, с. 104, 152. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕ—

МЕЩЕНИЙ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение обеспечивает повышение чувствительности. СВЧ-генератор (Г) 1 выполнен на полупроводниковом диоде с отрицательным сопротивлением. Электромагнитная энергия

Г 1, пройдя через развязывающий элемент 7 и рефлектометр 2,посредством излучателя 3 воздействует на контролируемый объект (КО) 4. Излучатель

3 работает в режиме приемопередачи.

Излучатель 3 принимает отраженную от КО 4 электромагнитную волну и складывает с падающей волной. Образуется интерференционный сигнал.

Часть падающей и отраженной волн проходит через частотно-избирательный элемент 5 на детектор 6 электромагнитных колебаний, где образуется сигнал интерференции. Частотно-избирательный элемент 5,например пассивный объемный резонатор, преобразует частотно-модулированные колебания в амплитудно-модулированные. Если между Г 1 и рефлектометром 2 нет развязывающего элемента 7, то отраженная волна поступает на выход Г 1.

Между генерируемой и отраженной волнами происходит интерференция, что соответствует изменению нагрузки Г 1.

Воздействие отраженной волны приводит к периодическому изменению частоты и мощности Г 1 при перемещении

КО 4. Электромагнитные колебания

Г 1 оказываются модулированными по частоте и мощности. 2 с.п. ф-лы.

4 ил.

Q у (S+mctls("фсо (,Ц+М„ й«y))с »ф КГО ()+mcus(+ У)1 c s

40 „(соь о

4(1 f .pQ,(4„åå(, )J(+, ) Ф 122

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактных измерений перемещений различных тел.

Цель изобретения — увеличение чувствительности.

На фиг,l приведена структурная электрическая схема устройства для измерения перемещений, на фиг.2 вариант устройства для измерения перемещений; на фиг.3 — зависимость мощности и частоты излучения СВЧ-генератора от величины перемещения, на фиг.4 — график, поясняющий процесс преобразования частотно-модулированных колебаний в амплитудно-модулированные колебания частотно-избирательным элементом.

Устройство для измерения перемещений содержит СВЧ-генератор 1,.рефлектометр 2, излучатель 3 для облучения контролируемого объекта 4, частотно-избирательньяЪ элемент 5, детектор 6 электромагнитных колебаний, развязывающий элемент 7 и фазовращатель 8.

Устройство для измерения.перемещений работает следующим образом.

Электромагнитной энергией с частотой F, и амплитудой 0„ „, излучаемой

СВЧ-генератором 1, посредством излучателя 3 воздействуют на контролируемый объект 4. Отраженную от контролируемого объекта 4 электромагнитную волну принимают излучателем 3, работающим в режиме приемопередачи, и складывают ее с падающей волной, в результате чего образуется интерферен. ционный сигнал. Часть падающей и отраженной электромагнитных волн с амплитудами U и U, проходит частотоад но-избирательный элемент 5, например, пассивный объемный резонатор, и поступает в детектор 6, образуя также сигнал интерференции.

При отсутствии развязывающего элемента 7, например ферритового вентиля (фиг.1), между СВЧ-генератором 1 и рефлектометром 2 отраженная волна поступает на выход СВЧ-генератора 1, где также происходит интерференция между генерируемыми и отраженными электромагнитными волнами, что соответствует изменению нагрузки СВЧ-генератора 1. В результате такого воздействия отраженной волной на СВЧ-генератор 1 параметры генерации последнего — частота F и мощность P излучения — периодически изменяются при

3037 2 перемещении контролируемого объекта

4 на + и Р и + h Р. При этом в случае выполнения СВЧ-генератора 1 на лавинно-пролетных диодах, диодах Ганна

5 модуляции частоты и мощности происходит синфазно, т.е. максимуму частоты соответствует максимум мощности, а изменение частоты hF и мощности

Ь Р зависит от амплитуды отраженной

10 волны. Период модуляции соответствует периоду сигнала интерференции. Можно также использовать сигнал интерференции, снимаемый с детектора 6(фиг ° 2), для управления (модуляции) питанием

СВЧ-генератора 1, варактора и др, Таким образом, электромагнитные колебания СВЧ-генератора 1 оказываются модулированными по частоте и мощности (амплитуде) и определяются

20 выражением

U,„„= =U, (C c m sos(V))cas(d t M,S c(— +v), И 4 (fP

25 где ц — номинальная амплитуда колео баний в отсутствии модуляции; (и,= - — коэффициент модуляции;

4М о аПлГ0, — максимальное изменение амплитуды колебаний; — индекс частотной модуляции» -(— начальная фаза колебаний.

При прохождении падающей и отраженной волн на детектор 6 они приобретают набег фазы Ч и Ч + со (ЯЙ

Л ответственно и сигнал интерференции

35 определяется выражением

45 rpe К коэффицие нт связи

При прохождении такого сигнала через частотно-избирательный элемент

5, например пассивный объемный резонатор, частотно-модулированные

50 (ЧМ) колебания преобразуются в амплитудно-модулированные (AN) коле— бания. Процесс преобразования пред. ставлен на фиг.4, где показана настройка объемного резонатора для работы на левой ветви .резонансной

55 кривой в случае синфазной модуляции частоты и мощности излучения.

В итоге сигнал интерференции на детекторе определяется выражением

1223037

U +1) =кО (1mcas(—" К))сакк1 1И„а c(v)1 co84 кк1 heat(— P))+K) V (1 ° caкoк(— „+ к))как(„) (°

4((E 4TiE М„6 л(— К ))аК(1 + — )У(1 h caa(" К)) у)ТЕ (.Tip

q7u2. г где и — коэффициент модуляции при преобразовании ЧМ колебаний в АМ, пропорциональный добротности объемного резонатора и девиации частоты, у — коэффициент передачи сигнала частотно-избирательной системой и при ее соответствующей настройке по1 рядка †. При малой величине и у 1.

1+n

Так как фазы Р, Ч) и Ч могут иметь произвольное значение в зависимости от электрических длин пути прохождения падающей и отраженной волн, соответствующим подбором электрических длин делают их кратными

2)(, чем совмещают фазы огибающих изменения мощности и частоты и сигнала интерференции.

Поскольку у 1, а 2кГупш0 намного меньше остальных слагаемых, то увеличивается О, 2(J, (Г+ш+и), т.е. чувствительность увеличивается.

Формула и э о б р е т е н и я

Устройство для измерения пере,мещений, содержащее СВЧ-генератор, Ю выполненный на полупроводниковом

10 диоде с отрицательным сопротивлением, рефлектометр и детектор электромагнитных колебаний, о т л и ч а ю щ е-. е с я тем, что, с целью увеличения чувствительности, СВЧ-генератор подключен к входу рефлектометра через !

5 введенный фазовращатель, а между выходом рефлектометра и входом детектора электромагнитных колебаний включен частотно-избирательный элемент.

2. Устройство для измерения перемещений, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, выполненный на полупроводниковом диоде с от25 рицательным сопротивлением, .развязываю)ций элемент и рефлектометр, а также детектор электромагнитных колебаний, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения чувствительности, между выходом рефлектометра и

З0 детектором электромагнитных колебаний включен частотно-избирательный элемент, а выход детектора электромагнитных колебаний соединен с входом управления СВЧ-генератора.

1223037

ХаРакаеристьга tf

LE

Составитель А.Лысов

Редактор О.Юрковецкая Техред О.Сопко Корректор В.сутяга.

Заказ 1700/42 Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4