UA35110A - Appliance for contact-less measurement of parameters of mechanical vibration - Google Patents

Abstract

The invention relates to measuring devices. The unit has SHF generator, emitter and receiver antennae and analog-digital transformer, its output is connected to input of computer device.

Description

Винахід належить до вимірювальної техніки і може бути використаний для оцінювання технічного стану машин, механізмів, будівельних конструкцій тощо, в різних галузях техніки.The invention belongs to measuring equipment and can be used to evaluate the technical condition of machines, mechanisms, building structures, etc., in various fields of technology.

Відомі пристрої для безконтактного вимірювання параметрів механічних коливань, які опромінюють коливну поверхню радіохвилями надвисокої частоти (НВЧ) і вимірюють параметри вібрацій за характеристиками відбитих сигналів. Істотним недоліком таких пристроїв є залежність відбитого сигналу від багатьох важко врахованих факторів, а саме від потужності генератора НВУ, чутливості детектора, відстані до поверхні об'єкта, коефіцієнта відбиття від поверхні, тощо, що негативно впливає на точність вимірюванняDevices for non-contact measurement of mechanical vibration parameters are known, which irradiate the oscillating surface with radio waves of ultra-high frequency (HF) and measure the vibration parameters according to the characteristics of the reflected signals. A significant drawback of such devices is the dependence of the reflected signal on many factors that are difficult to take into account, namely, on the power of the NVR generator, the sensitivity of the detector, the distance to the surface of the object, the reflection coefficient from the surface, etc., which negatively affects the accuracy of the measurement

Для усунення впливу складових похибки, зумовлених згаданими чинниками, перед початком вимірювання здійснюють калібрування пристроїв, тобто експериментальне установлення кількісного зв'язку між переміщенням поверхні даного конкретного об'єкта і відбитим сигналом. На жаль, це не завжди є здійсненним, особливо у випадках, коли контрольоване обладнання працює в безперервному технологічному циклі і не може бути зупинене для проведення калібрування.To eliminate the influence of error components caused by the mentioned factors, before starting the measurement, the devices are calibrated, that is, the experimental establishment of a quantitative relationship between the movement of the surface of a given specific object and the reflected signal. Unfortunately, this is not always feasible, especially in cases where the monitored equipment operates in a continuous process cycle and cannot be stopped for calibration.

Так, наприклад, відомі пристрої для безконтактного вимірювання параметрів механічних коливань, що містять послідовно з'єднані генератор НВЧ, детектор з підключеним до нього індикатором і антену, в яких чутливість вимірювання знаходиться в безпосередній залежності як від відстані між генератором НВЧ і антеною, так і від відстані між антеною і контрольованим об'єктом |патенти Російської Федерації Мо 2025669,So, for example, there are known devices for non-contact measurement of mechanical vibration parameters, which contain a series-connected microwave generator, a detector with an indicator connected to it, and an antenna, in which the sensitivity of the measurement is directly dependent on both the distance between the microwave generator and the antenna, and from the distance between the antenna and the controlled object | patents of the Russian Federation Mo 2025669,

Ме 2025670 від 17.07.91, МКВ НОТ Н/ОО).Me 2025670 dated 17.07.91, MKV NOT N/OO).

Відомий також пристрій для безконтактного вимірювання параметрів механічних коливань, що містить послідовно з'єднані генератор НВЧ, відгалужувач і випромінювач, а також приймальну антену, детектор, підсилювач, блок сканування частоти та реєструючий прилад (патент Російської Федерації Мо 2009452 від 11.09.91, МКВО0О1Т НИ 7/001.A device for non-contact measurement of mechanical vibration parameters is also known, containing a series-connected microwave generator, splitter and emitter, as well as a receiving antenna, a detector, an amplifier, a frequency scanning unit and a recording device (patent of the Russian Federation Mo 2009452 dated 11.09.91, MKVO0О1Т NI 7/001.

Даному пристрою також притаманний недолік попереднього аналога - залежність точності вимірювання від відстані до контрольованого об'єкта.This device also has the inherent disadvantage of the previous analogue - the dependence of the measurement accuracy on the distance to the monitored object.

Прототипом пристрою, що заявляється, є пристрій для безконтактного вимірювання параметрів механічних коливань, який містить генератор НВЧ, передавальну та приймальну антени і аналого-дифровий перетворювач (АЦП), вихід якого з'єднаний з входом обчислювального пристрою (А.с. СРСР Мо 1293497 від 5.11.84, МКВ 201НеО/001. Пристрій також містить стробоскоп, перший і другий входи якого з'єднані відповідно з виходами генератора НВУ і приймальної антени, а вихід через аналога-цдифровий перетворювач підключений до входу обчислювального пристрою. Стробоскоп реєструє розподілені за часом миттєві значення амплітуд відбитих НВЧ хвиль в моменти, що відповідають двом крайнім значенням положення коливної поверхні. Далі вимірюють різниці АМ і А миттєвих значень амплітуд НВЧ хвилі відповідно в фазі л/4 і в фазі л/2, які відповідають їх середньому положенню, і визначають за допомогою обчислювального пристрою амплітуду 5 механічних коливань за формулою: вет | уз. - яд чи х БУ Мр й ! Я дессов) ї- ит 4 ве ї 12 ші 2 а де Ух - довжина НВЧ хвилі; АМ ії АШ - різниця миттєвих значень амплітуд підбитих НВЧ хвиль від двох крайніх положень коливної поверхні відповідно в фазі л/4 і в фазі л/2, які відповідають їх середньому положенню.The prototype of the claimed device is a device for non-contact measurement of mechanical vibration parameters, which contains a microwave generator, transmitting and receiving antennas and an analog-to-digital converter (ADC), the output of which is connected to the input of a computing device (AS USSR Mo 1293497 dated 5.11.84, MKV 201НеО/001. The device also contains a stroboscope, the first and second inputs of which are connected to the outputs of the HVU generator and the receiving antenna, respectively, and the output through an analog-to-digital converter is connected to the input of the computing device. The stroboscope registers time-distributed the instantaneous values of the amplitudes of the reflected microwave waves at the moments corresponding to the two extreme values of the position of the oscillating surface. Next, the differences AM and A of the instantaneous values of the amplitudes of the microwave waves are measured, respectively, in phase l/4 and in phase l/2, which correspond to their average position, and determine with the help of a computing device, the amplitude of 5 mechanical oscillations according to the formula: 12 si 2 a de Uh - the length of the microwave wave; AM and AS - the difference in the instantaneous values of the amplitudes of the pulsed microwave waves from the two extreme positions of the oscillating surface, respectively, in phase l/4 and in phase l/2, which correspond to their average position.

Основний недолік прототипу, як і вищезгаданих аналогів, полягає в невисокій точності вимірювання параметрів механічних коливань через залежність амплітуди відбитих НВЧ сигналів від властивостей відбиваючої поверхні, відстані до об'єкта та інших факторів, для усунення впливу яких перед початком вимірювання пристрій треба калібрувати.The main drawback of the prototype, as well as the above-mentioned analogues, is the low accuracy of measuring the parameters of mechanical vibrations due to the dependence of the amplitude of the reflected microwave signals on the properties of the reflective surface, the distance to the object and other factors, to eliminate the influence of which the device must be calibrated before starting the measurement.

До того ж, вимірювання параметрів механічних коливань, згідно з винаходом за прототипом, здійснюють виходячи з припущення, що коливання мають періодичний синусоїдальний характер, що рідко відбувається на практиці.In addition, the measurement of the parameters of mechanical oscillations, according to the invention according to the prototype, is carried out based on the assumption that the oscillations have a periodic sinusoidal character, which rarely happens in practice.

В основу винаходу поставлено задачу в пристрої для вимірювання параметрів механічних коливань шляхом введення нових елементів (задавального генератора, фазового модулятора, моста НВУ, перетворювача НВУ, посилювача і вимірювача рівня відбитого сигналу) і нових зв'язків між відомими і новими елементами, забезпечити високу точність вимірювання без проведення калібрування пристрою перед початком вимірювання і таким чином підвищити достовірність оцінки технічного стану обладнання, що працює в безперервному технологічному циклі.The invention is based on the task of measuring the parameters of mechanical oscillations by introducing new elements (a reference generator, a phase modulator, a bridge of the LVU, a converter of the LVU, an amplifier and a reflected signal level meter) and new connections between known and new elements, to ensure high accuracy measurement without calibrating the device before starting the measurement and thus increase the reliability of the assessment of the technical condition of the equipment operating in a continuous technological cycle.

Для вирішення поставленої задачі в пристрій для безконтактного вимірювання параметрів механічних коливань, який містить генератор НВЧ, передавальну та приймальну антени і аналого-дифровий перетворювач, вихід якого з'єднаний з входом обчислювального пристрою, згідно з винаходом, введені задавальний генератор, фазовий модулятор, міст НВЧ, перетворювач НВЧ, підсилювач, вимірювач рівня відбитого сигналу та індикатор, вихід генератора НВЧ і вихід приймальної антени з'єднані відповідно з першим і другим входами моста НВЧ, перший і другий виходи якого з'єднані відповідно з першим входом фазового модулятора і входом перетворювача НВЧ, вихід якого з'єднаний з входом підсилювача, другий вихід задавального генератора з'єднаний з першим входом вимірювача рівня відбитого сигналу, вихід якого з'єднаний з входом індикатора, перший вихід задавального генератора з'єднаний з другим входом фазового модулятора, вихід якого з'єднаний з входом передавальної антени, третій вихід задавального генератора з'єднаний з першим входом аналого-дифрового перетворювача, другий вхід якого з'єднаний з другим входом вимірювача рівня відбитого сигналу і виходом підсилювача.In order to solve the problem, the device for non-contact measurement of mechanical vibration parameters, which contains a microwave generator, transmitting and receiving antennas, and an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of a computing device, according to the invention, includes a reference generator, a phase modulator, a bridge UHF, UHF converter, amplifier, reflected signal level meter and indicator, UHF generator output and receiving antenna output are connected to the first and second inputs of the UHF bridge, the first and second outputs of which are respectively connected to the first input of the phase modulator and the converter input Microwave, the output of which is connected to the input of the amplifier, the second output of the reference generator is connected to the first input of the reflected signal level meter, the output of which is connected to the input of the indicator, the first output of the reference generator is connected to the second input of the phase modulator, the output of which connected to the input of the transmission antenna, the third output of the tuning generator is connected one with the first input of the analog-to-digital converter, the second input of which is connected to the second input of the reflected signal level meter and the output of the amplifier.

Вимірювач рівня відбитого сигналу в конкретному прикладі реалізації винаходу містить перший і другий ключі, перший і другий інтегратори, перший і другий квадратори, інвертор і суматор, перші ключ, інтегратор і квадратор з'єднані послідовно, другі ключ, інтегратор і квадратор з'єднані послідовно, перші входи першого і другого ключів об'єднані і з'єднані з другим входом вимірювача рівня відбитого сигналу, другий вхід першого ключа з'єднаний з виходом інвертора, вхід якого з'єднаний з другим входом другого ключа і першим входом вимірювача рівня відбитого сигналу, виходи першого і другого квадраторів з'єднані відповідно з першим і другим входами суматора, вихід якого з'єднаний з виходом вимірювача рівня відбитого сигналу.The meter of the level of the reflected signal in a specific example of the implementation of the invention contains the first and second keys, the first and second integrators, the first and second quadrators, the inverter and the adder, the first key, the integrator and the quadrator are connected in series, the second key, the integrator and the quadrator are connected in series , the first inputs of the first and second keys are combined and connected to the second input of the reflected signal level meter, the second input of the first key is connected to the output of the inverter, the input of which is connected to the second input of the second key and the first input of the reflected signal level meter , the outputs of the first and second squares are connected, respectively, to the first and second inputs of the adder, the output of which is connected to the output of the reflected signal level meter.

Сукупність ознак технічного рішення, що заявляється, на відміну від аналогів і прототипу, забезпечує високу точність вимірювання параметрів механічних коливань при відсутності процедури калібрування завдяки тому, що поверхня коливного об'єкта опромінюється сигналом, модульованим за фазою (0, л/2|). а вибірки відбитого сигналу синхронно записуються по черзі в два окремі масиви даних, подальше перетворення яких дозволяє виключити складові похибки, що зумовлені впливом важко врахованих факторів, таких як: потужність генератора НВЧ, чутливість перетворювача НВЧ, відстань до поверхні об'єкта, коефіцієнт відбиття від поверхні, тощо. Завдяки цьому стає можливим безперервне стеження за технічним станом обладнання з високим ступенем достовірності і без порушення технологічного циклу для калібрування пристрою, а також одержання детальної інформації про основні параметри механічних коливань, такі як миттєва амплітуда, статистичні і спектральні характеристики, тощо, за допомогою обчислювального пристрою згідно з запропонованим автором алгоритмом.The set of features of the proposed technical solution, in contrast to analogues and the prototype, ensures high accuracy of measuring the parameters of mechanical vibrations in the absence of a calibration procedure due to the fact that the surface of the oscillating object is irradiated with a phase-modulated signal (0.l/2|). and samples of the reflected signal are synchronously recorded one after the other in two separate data arrays, the further transformation of which allows to exclude the component errors caused by the influence of factors that are difficult to take into account, such as: the power of the microwave generator, the sensitivity of the microwave converter, the distance to the surface of the object, the reflection coefficient from surfaces, etc. Thanks to this, it becomes possible to continuously monitor the technical condition of the equipment with a high degree of reliability and without disrupting the technological cycle for calibrating the device, as well as obtaining detailed information about the main parameters of mechanical oscillations, such as instantaneous amplitude, statistical and spectral characteristics, etc., using a computing device according to the algorithm proposed by the author.

Суть винаходу пояснюється кресленням, де на Фіг.1 представлено структурну схему пристрою для вимірювання параметрів механічних коливань; на Фіг.2 - приклад реалізації моста НВЧ; на Фіг.3 -приклад реалізації вимірювача рівня відбитого сигналу; на Ффіг.4 - часова діаграма робочого циклу пристрою, на Фіг.5 - часова діаграма спектрів сигналів випромінюваних, відбитих та на виході перетворювача НВЧ.The essence of the invention is explained by the drawing, where Fig. 1 shows the structural diagram of the device for measuring the parameters of mechanical vibrations; in Fig. 2 - an example of the implementation of the UHF bridge; in Fig. 3 - an example of the implementation of a reflected signal level meter; Fig. 4 is a time diagram of the operating cycle of the device, and Fig. 5 is a time diagram of the spectra of emitted, reflected and output signals of the microwave converter.

Пристрій для вимірювання параметрів механічних коливань (Фіг.1) містить генератор 1 НВУ, передавальну антену 2, приймальну антену 3, АЦП 4, обчислювальний пристрій 5, міст 6 НВЧ, перетворювач 7 НВУ, задавальний генератор 8, фазовий модулятор 9, підсилювач 10, вимірювач 11 рівня відбитого сигналу та індикатор 12. Перший і другий входи моста НВЧ з'єднані відповідно з виходом генератора 1 НВЧ і виходом приймальної антени 3, а перший і другий виходи моста 6 НВЧ з'єднані відповідно з першим входом фазового модулятора 9 і входом перетворювача 7 НВУ, вихід якого з'єднаний з входом підсилювача 10. Перший, другий і третій виходи задавального генератора 8 з'єднані відповідно з другим входом фазового модулятора 9, першим входом вимірювача 11 рівня відбитого сигналу і першим входом АЦП 4, другий вхід якого з'єднаний з другим входом вимірювача 11 рівня відбитого сигналу і виходом підсилювача 10, а вихід - з входом обчислювального пристрою 5. Вихід вимірювача 11 рівня відбитого сигналу з'єднаний з входом індикатора 12.The device for measuring the parameters of mechanical oscillations (Fig. 1) contains the generator 1 of the LVU, the transmitting antenna 2, the receiving antenna 3, the ADC 4, the computing device 5, the bridge 6 of the UHF, the converter 7 of the LVU, the setting generator 8, the phase modulator 9, the amplifier 10, meter 11 of the reflected signal level and indicator 12. The first and second inputs of the microwave bridge are connected to the output of the microwave generator 1 and the output of the receiving antenna 3, respectively, and the first and second outputs of the microwave bridge 6 are connected to the first input of the phase modulator 9 and the input converter 7 NVU, the output of which is connected to the input of the amplifier 10. The first, second and third outputs of the setting generator 8 are connected, respectively, to the second input of the phase modulator 9, the first input of the reflected signal level meter 11 and the first input of the ADC 4, the second input of which connected to the second input of the reflected signal level meter 11 and the output of the amplifier 10, and the output - to the input of the computing device 5. The output of the reflected signal level meter 11 is connected to during the course of the indicator 12.

В конкретному прикладі реалізації пристрою міст 6 НВЧ (Фіг.2) являє собою паралельне з'єднання прямого і П-подібного відрізків хвилеводу вздовж спільної вузької стінки, в якій виконані отвори 13, при цьому кінці 14 і прямого відрізка хвилеводу утворюють відповідно перший вхід і вихід, а кінці 16 і 17 П-подібного відрізка хвилеводу - відповідно другі вхід і вихід моста 6 НВЧ. Діаметр і розташування отворів 13 забезпечують спрямоване відгалуження енергії в заданому співвідношенні (див. Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П.In a specific example of the implementation of the microwave bridge 6 device (Fig. 2) is a parallel connection of straight and U-shaped sections of the waveguide along a common narrow wall, in which holes 13 are made, while the ends 14 and the straight section of the waveguide form, respectively, the first entrance and output, and the ends 16 and 17 of the U-shaped segment of the waveguide are, respectively, the second input and output of the bridge 6 UHF. The diameter and location of the holes 13 ensure directed branching of energy in a given ratio (see Feldshtein A.L., Yavych L.R., Smirnov V.P.

Справочник по злементам волноводной техники. - М.: Сов. Радио, 1967. - С. 583-584). Міст 6 НВЧ призначений для складання потужності відбитих сигналів з виходу приймальної антени З і частини потужності генератора 1Guide to the elements of wave technology. - M.: Sov. Radio, 1967. - P. 583-584). UHF bridge 6 is designed to combine the power of reflected signals from the output of the receiving antenna Z and part of the power of generator 1

НВЧ на вході перетворювача 7 НВЧ.UHF at the input of the converter 7 UHF.

В конкретному прикладі реалізації пристрою вимірювач 11 рівня відбитого сигналу (Фіг.3) містить перший і другий ключі 18 і 19, відповідно, перший і другий інтегратори 20 і 21 відповідно, перший і другий квадратори 22 і 23 відповідно, інвертор 24 і суматор 25. Перші ключ 18, інтегратор 20 і квадратор 22 з'єднані послідовно, другі ключ 19, інтегратор 21 і квадратор 23 також з'єднані послідовно. Перші входи ключів 18 і 19 об'єднані і з'єднані з другим входом вимірювача 11 рівня відбитого сигналу, другий вхід першого ключа 18 з'єднаний з виходом інвертора 24, вхід якого з'єднаний з другим входом ключа 19 і першим входом вимірювача 11 рівня відбитого сигналу, виходи квадраторів 22 і 23 з'єднані відповідно з першим і другим входами суматора 25, вихід якого є виходом вимірювача 11 рівня відбитого сигналу.In a specific example of the implementation of the device, the meter 11 of the reflected signal level (Fig. 3) contains the first and second keys 18 and 19, respectively, the first and second integrators 20 and 21, respectively, the first and second quadrators 22 and 23, respectively, the inverter 24 and the adder 25. The first key 18, the integrator 20 and the squarer 22 are connected in series, the second key 19, the integrator 21 and the squarer 23 are also connected in series. The first inputs of the keys 18 and 19 are combined and connected to the second input of the meter 11 of the reflected signal level, the second input of the first key 18 is connected to the output of the inverter 24, the input of which is connected to the second input of the key 19 and the first input of the meter 11 level of the reflected signal, the outputs of the squares 22 and 23 are connected, respectively, to the first and second inputs of the adder 25, the output of which is the output of the meter 11 of the level of the reflected signal.

Вимірювач 11 рівня відбитого сигналу призначений для усунення перевантаження АЦП 4 вхідними сигналами, тобто забезпечує такий режим робот АЦП 4, при якому рівень відбитих сигналів не перевищує максимально припустимого рівня вхідних сигналів АЦП 4. Це дає змогу з високою точністю вимірювати параметри механічних коливань незалежно від рівня відбитих від коливної поверхні сигналів.The reflected signal level meter 11 is designed to eliminate the overload of the ADC 4 with input signals, that is, it provides such a mode of the robot ADC 4, in which the level of reflected signals does not exceed the maximum permissible level of the input signals of the ADC 4. This makes it possible to measure the parameters of mechanical oscillations with high accuracy, regardless of the level signals reflected from the oscillating surface.

Як фазовий модулятор 9 може бути використаний, наприклад, відрізок хвилеводу з резонансною діафрагмою, в якій розташований варактор |див. І еіспі С.А. Ерргеспі С.М. Сопігоїей У/ідерапа ОікКегепіаїAs a phase modulator 9 can be used, for example, a section of a waveguide with a resonant diaphragm, in which a varactor is located | see And eispi S.A. Errhespi S.M. Sopigoiei U/iderapa OikKegepiai

РПпазе 5пійеге Овіпд Магасіог Оіодез // ІЕЕЕ Тгапе5, оп Місгожшаме Тесппідоие апа ТНнеогу, м. МТТ-15, Осюбег 1967, Р. 586-589). В конкретному прикладі параметри пристрою обрані таким чином, щоб зміна фазового зсуву, що вноситься в хвилеводний тракт, складала л/2.RPpaze 5piyege Ovipd Magasiog Oiodez // IEEE Tgape5, op Misgozhshame Tesppidoie apa TNneogu, m. MTT-15, Osyubeg 1967, R. 586-589). In a specific example, the parameters of the device are chosen in such a way that the change in the phase shift introduced into the waveguide path is l/2.

Перетворювач 7 НВЧ може бути виконаний, наприклад, у вигляді короткозамкненого відрізку хвилеводу, в якому встановлений напівпровідниковий НВЧ діод, вивід сигналу і дроселюючий пристрій, який запобігає витоку енергії НВЧ через вивід сигналу |див. Розанов Б.А., Розанов СБ. Приемники миллиметровьїх волн. - М.:The microwave converter 7 can be made, for example, in the form of a short-circuited section of the waveguide, in which a semiconductor microwave diode, a signal output and a throttling device, which prevents the leakage of microwave energy through the signal output, are installed. Rozanov BA, Rozanov SB. Millimeter wave receivers. - M.:

Радио и связь, 1989. - С. 83-90). Перетворювач 7 НВЧ призначений для виділення сигналів допплерівської частоти з відбитих сигналів.Radio and communication, 1989. - P. 83-90). The UHF converter 7 is designed to select Doppler frequency signals from reflected signals.

Задавальний генератор 8 призначений для синхронізації, роботи фазового модулятора 9, АЦП 4 і вимірювача 11 рівня відбитого сигналу. Як задавальний генератор може бути, використаний, наприклад, відомий пристрій |див. Гершунский Б.С. Справочник по расчету злектронньїхх схем. - Киев: Вища школа, 1983, б. 223-233).The reference generator 8 is designed for synchronization, the operation of the phase modulator 9, the ADC 4 and the meter 11 of the reflected signal level. As a setting generator, a known device can be used, for example | see Gershunsky B.S. Reference book on the calculation of electronic circuits. - Kyiv: Higher School, 1983, p. 223-233).

Як передавальну, так і приймальну антени 2 і З краще використовувати рупорно-лінзові антени див. ЖукIt is better to use horn-lens antennas as transmitting and receiving antennas 2 and 3, see Beetle

М.С., Мопочков Ю.Б. Проектирование линзовьх, сканирующих, широкодиапазонньїх антенн и фидерньх устройств. - М.: Знергия, 1973. - С. 6-12).M.S., Mopochkov Y.B. Design of lens, scanning, broadband antennas and feeder devices. - M.: Znergia, 1973. - P. 6-12).

Прикладом генератора 1 НВЧ може бути твердотілий генератор на лавино-пролітному діоді (див.An example of a microwave generator 1 can be a solid-state generator on an avalanche diode (see

Давьїдова Н.С., Данюшевский Ю.3. Диоднье генераторь! и усилители СВЧ. - М: Сов. Радио, 1986. - С. 111- 115).Davydova N.S., Danyushevsky Yu.3. Diode generator! and microwave amplifiers. - M: Owl. Radio, 1986. - P. 111-115).

АЦП 4 може бути виконаний, наприклад, за відомою схемою (див. Ваїт Р. Моїаде Сопмепегз апа Рідна!ADC 4 can be made, for example, according to a known scheme (see Wait R. Moiade Sopmepegz apa Ridna!

Мойтеїегз, ЕІесіготесі. Юезідп, 1965, м.9, дапиагу, Р. 301-310.Moiteiegz, Eiesigotesi. Yuezidp, 1965, m. 9, dapyagu, R. 301-310.

Підсилювач 10 є стандартним радіотехнічним пристроєм |див. Белкин М.К., Белинский ВТ., Мазор Ю.Л.,Amplifier 10 is a standard radio engineering device | see Belkin M.K., Belinsky V.T., Mazor Y.L.,

Терещук Р.М. // Под ред. проф. Белкина М.К. Справочник по учебному проектированию приемо-усилительньмх устройств. - К.: Вища школа, 1988. - С. 405-432).Tereshchuk R.M. // Ed. Prof. Belkina M.K. Reference book on educational design of reception-amplifier devices. - K.: Higher school, 1988. - P. 405-432).

Обчислювальним пристроєм 5 може бути, наприклад, персональний комп'ютер ІВМ АТ 586.Computing device 5 can be, for example, a personal computer IVM AT 586.

Пристрій для безконтактного вимірювання параметрів механічних коливань працює так. Генератор 1 НВЧ (фіг.1) випромінює не модульовані коливання на частоті Ро (приблизно 30 ГГц), які поступають по хвилеводу на перший вхід моста 6 НВЧ (Фіг.2) і далі по прямому відрізку 14,15 хвилеводу з першого виходу моста 6 НВЧ на перший вхід фазового модулятора 9, а з другого виходу моста 6 НВЧ через відрізок 17 хвилеводу - на вхід перетворювача 7 НВЧ.The device for non-contact measurement of mechanical vibration parameters works as follows. The microwave generator 1 (Fig. 1) emits unmodulated oscillations at the frequency of Ro (approximately 30 GHz), which travel along the waveguide to the first input of the microwave bridge 6 (Fig. 2) and further along the straight segment 14, 15 of the waveguide from the first output of the bridge 6 UHF to the first input of the phase modulator 9, and from the second output of the bridge 6 UHF through the section 17 of the waveguide - to the input of the converter 7 UHF.

Задавальний генератор 8 формує послідовність імпульсів напруги в моменти часу ц,,...Їп (Фіг.4.а), які поступають на другий вхід фазового модулятора 9 і керують роботою останнього, в результаті чого фаза сигналів на виході фазового модулятора 9 модулюється за законом |0, л/21 (Фіг.4,6).The reference generator 8 forms a sequence of voltage pulses at time points ts,,...Yip (Fig. 4.a), which enter the second input of the phase modulator 9 and control the operation of the latter, as a result of which the phase of the signals at the output of the phase modulator 9 is modulated by by the law |0, l/21 (Fig. 4, 6).

Промодульовані за фазою коливання генератора 1 НВЧ з виходу фазового модулятора 9 подаються на вхід передавальної антени 2 і опромінюють досліджуваний об'єкт.The phase-modulated microwave oscillations of the generator 1 from the output of the phase modulator 9 are fed to the input of the transmitting antenna 2 and irradiate the object under study.

Відбиті від об'єкта коливання збираються приймальною антеною З і подаються на другий вхід моста 6 НВЧ (Фіг.2), з незначними втратами проходять послідовно через плечі 16 і 17, а потім, сумісно з вищезгаданою частиною потужності генератора 1 НВЧ, яка використовується як опорний сигнал, з другого виходу моста 6Oscillations reflected from the object are collected by the receiving antenna C and fed to the second input of the microwave bridge 6 (Fig. 2), with slight losses they pass successively through the arms 16 and 17, and then, in conjunction with the above-mentioned part of the power of the microwave generator 1, which is used as reference signal, from the second output of bridge 6

НВЧ потрапляють на вхід перетворювача 7 НВЧ. Згідно з ефектом Допплера, частота Ро відбитого сигналу за рахунок руху поверхні коливного об'єкта набуває додаткового приросту ОЕ (фіг.4,в), величина і знак, якого залежать від швидкості і напрямку руху поверхні. Вид миттєвих спектрів З(Е) випромінюваного і відбитого сигналів наведено на фФіг.5.а. В результаті перетворення випромінюваного і відбитого сигналів в перетворювачі 7 НВЧ їхні спектри лінійно зміщуються на величину Ро в область нульових частот (Фіг.5,6б). При цьому частота випромінюваного сигналу відповідає нульовій частоті, а частота відбитого сигналу - допплерівському зміщенню частоти 5Е, що дозволяє використовувати достатньо низькочастотні (менше 100 кГу) радіотехнічні пристрої для подальшої обробки відбитих сигналів.UHFs enter the input of the 7 UHF converter. According to the Doppler effect, the frequency Po of the reflected signal due to the movement of the surface of the oscillating object acquires an additional increase OE (Fig. 4, c), the magnitude and sign of which depend on the speed and direction of the movement of the surface. The type of instantaneous spectra Z(E) of the emitted and reflected signals is shown in Fig. 5.a. As a result of the conversion of the emitted and reflected signals in the microwave converter 7, their spectra are linearly shifted by the value Po to the region of zero frequencies (Fig. 5, 6b). At the same time, the frequency of the emitted signal corresponds to the zero frequency, and the frequency of the reflected signal corresponds to the Doppler shift of the 5E frequency, which allows the use of sufficiently low-frequency (less than 100 kGu) radio engineering devices for further processing of reflected signals.

З виходу перетворювача 7 НВЧ відбитий сигнал, який несе інформацію про параметри вібрацій, поступає на вхід підсилювача 10 і потім - на другі входи вимірювача 11 рівня відбитого сигналу і АЦП 4, на перші входи яких подаються імпульси синхронізації з відповідно другого і третього виходів задавального генератора 8. В результаті вибірки сигналу з виходу АЦП 4 для обох станів фазового модулятора 9 |0 і 6/2 ) мають вигляд, як показано на Ффіг.4,г і Фіг.4 д відповідно.From the output of the microwave converter 7, the reflected signal, which carries information about the vibration parameters, is fed to the input of the amplifier 10 and then to the second inputs of the meter 11 of the reflected signal level and the ADC 4, the first inputs of which are supplied with synchronization pulses from the second and third outputs of the setting generator, respectively 8. As a result of sampling the signal from the output of the ADC 4 for both states of the phase modulator 9 |0 and 6/2 ) have the form as shown in Fig. 4, d and Fig. 4 d, respectively.

Робота вимірювача 11 рівня відбитого сигналу здійснюється таким чином.The reflected signal level meter 11 works as follows.

Сигнали з виходу підсилювача 10 подаються одночасно на перші входи ключів 18 і 19 (Фіг.3), комутація яких по других (керуючих) входах здійснюється в протифазі за допомогою інвертора 22 так, що їхні коефіцієнти пропускання змінюються за часом, як вказано на Фіг.4,е і Фіг4,ж. Внаслідок того, що переключення ключів 18 і 19 синхронізоване з роботою фазового модулятора 9 за допомогою задавального генератора 8, сигнали на виході кожного з інтеграторів 20 і 21 відрізняються за фазою на л/2, як це вказано наThe signals from the output of the amplifier 10 are fed simultaneously to the first inputs of the keys 18 and 19 (Fig. 3), the switching of which on the second (control) inputs is carried out in anti-phase using the inverter 22 so that their transmission coefficients change over time, as indicated in Fig. 4, e and Fig. 4, g. Due to the fact that the switching of the keys 18 and 19 is synchronized with the operation of the phase modulator 9 by means of the setting generator 8, the signals at the output of each of the integrators 20 and 21 differ in phase by l/2, as indicated in

Фіг.4,3, Фіг.4,і. Квадратори 22 і 23 здійснюють обчислення квадрата модуля сигналів з виходу інтеграторів 20 і 21, а їхня сума обчислюється за допомогою суматора 25, вихідний сигнал якого (Фіг.4,к) є пропорційним повній потужності відбитого фазомодульованого сигналу.Fig. 4, 3, Fig. 4, i. Quadrators 22 and 23 calculate the square of the module of the signals from the output of integrators 20 and 21, and their sum is calculated using the adder 25, the output signal of which (Fig.4k) is proportional to the full power of the reflected phase-modulated signal.

Для контролювання рівня відбитого сигналу використовується індикатор 12, вхід якого зв'язаний з виходом вимірювача 11 рівня відбитого сигналу.Indicator 12 is used to control the level of the reflected signal, the input of which is connected to the output of the meter 11 of the level of the reflected signal.

Вибірки сигналу з виходу АЦП 4 (Фіг.4 д) заводяться в обчислювальний пристрій 5 безпосередньо або за допомогою накопичувача на гнучких дисках (на кресленні не показаний) з використанням стандартних пристроїв для запису даних вимірювань з виходу АЦП 4 і їх вводу в електронну пам'ять обчислювального пристрою 5.Samples of the signal from the output of the ADC 4 (Fig. 4 d) are fed into the computing device 5 directly or with the help of a storage device on flexible disks (not shown in the drawing) using standard devices for recording measurement data from the output of the ADC 4 and entering them into the electronic memory computer device 5.

Для обчислення параметрів вібрацій - АН() використовується запропонований автором алгоритм:To calculate vibration parameters - AN(), the algorithm proposed by the author is used:

Оз б» сбOz b» Sat

Я, ГідI, Guide

АВ)» ас об ков Я ак що ПИ: бабу» ШееОг . ' чер жк де 7, - довжина хвилі випромінюваних коливань; ці. значення нормованої напруги з виходу АЦП для двох станів фазового модулятора -|О і л/2) відповідно;AV)" as ob kov I ak what PI: babu" SheeOg . line where 7 is the wavelength of the emitted vibrations; these. the value of the normalized voltage from the ADC output for the two states of the phase modulator -|O and l/2), respectively;

Дн сне І їв пня ух у І чо? няDn sne And ate a stump uh in And what? not

ШІ І 2» - миттєві значення напруги з виходу АЦП для двох станів фазового модулятора -|О і л/2| відповідно; « що »і« ще » - середні значення нормованої напруги з виходу АЦП для двох станів фазового модулятора -AI and 2" - instantaneous voltage values from the ADC output for two states of the phase modulator -|O and l/2| in accordance; "what" and "more" - the average values of the normalized voltage from the output of the ADC for the two states of the phase modulator -

ІО і л/21 відповідно; т х «Й зе Гб «2 ен Тобою; о Ов.IO and l/21, respectively; t x "Y ze Gb "2 en by You; about Ov.

Т - тривалість записаної реалізації відбитих сигналів.T is the duration of the recorded implementation of reflected signals.

Таким чином, пристрій для безконтактного вимірювання параметрів механічних коливань, що заявляється, дозволяє з високим ступенем достовірності здійснювати безперервне стеження за технічним станом обладнання без порушення технологічного циклу для калібрування пристрою, і в той же самий час за допомогою обчислювального пристрою одержувати детальну інформацію про основні параметри вібрації, такі як миттєва амплітуда, статистичні та спектральні параметри механічних коливань, використовуючи запропонований автором алгоритм.Thus, the device for non-contact measurement of parameters of mechanical vibrations, which is claimed, allows with a high degree of reliability to carry out continuous monitoring of the technical condition of the equipment without disrupting the technological cycle for device calibration, and at the same time, with the help of a computing device, to receive detailed information about the main parameters vibrations, such as instantaneous amplitude, statistical and spectral parameters of mechanical vibrations, using the algorithm proposed by the author.

Пристрій, що заявляється, зручний в користуванні, легко транспортується і не потребує додаткових витрат часу на його калібрування перед початком вимірювань. -Е з і У рт кол інію т іні печення плит з п'я жи дження тентності що ї гThe claimed device is easy to use, easy to transport and does not require additional time spent on its calibration before starting measurements. - E z i Urt col iniyu tini baking plates from the tweezing of the tension that

ЄIS

І ПИ я і Же чайI also drink tea

І-ї Кк ст пр ЕТ нт р.й1st Kk st pr ET nt r.y

АAND

Й ви 4 2 ві і - Кі щіAnd you 4 2 vi and - Ki shchi

І. 1I. 1

Фіг 15Fig 15

І! ша пні ШАAND! sha pni SHA

Викід 1 | сл І Вхідї вана ї- 1 . й Вага ї Вк 2 Е пк" ТхжEmission 1 | sl I Entrances of the bathroom- 1. y Weight y Vk 2 E pk" Thzh

Фіг. й вад: ЇFig. and vices: Y

І | Ії Що ЩІ ї рак ис «леAnd | Ii What SHI i rak is "le

Вхід ЩІ | м | ! і в о КН ВЕ спаді то Г г шин зв шкInput SHI | m | ! and in o KN VE fall then G g shin zv shk

Вчехід,entrance,

Фіг. ЗFig. WITH

Фе й Е в | | "7 «евFe and E in | | "7 "ev

ІДОЛ, 1 щі і -- - 1 п. я я) х , Ії з й с б-ОТІТ з г | ї о сере ік; сх 7. стрIDOL, 1 schi i -- - 1 p. i i) x , Ii z i s b-OTIT z r | i o sere ik; St. 7. p

Фіг. 4Fig. 4

(в) а) | ! он да АН : Ї стежте тт тн Тв ве ЕКБЕ й в)(c) a) | ! on da AN: Watch it tt tn Tv ve EKBE and c)

І. ее йI. ee y

Фіг 5Fig 5

Claims (2)

1. Пристрій для безконтактного вимірювання параметрів механічних коливань, який містить генератор НВЧ, передавальну та приймальну антени і аналого-дифровий перетворювач, вихід якого з'єднаний з входом, обчислювального пристрою, який відрізняється тим, що введені задавальний генератор, фазовий модулятор, міст НВЧ, перетворювач НВЧ. підсилювач, вимірювач рівня відбитого сигналу та індикатор, вихід генератора НВЧ і вихід приймальної антени з'єднані відповідно з першим і другим входами моста НВУ, перший і другий виходи якого з'єднані відповідно з першим входом фазового модулятора і входом перетворювача НВЧ, вихід якого з'єднаний з входом підсилювача, другий вихід задавального генератора з'єднаний з першим входом вимірювача рівня відбитого сигналу, вихід якого з'єднаний з входом індикатора, перший вихід задавального генератора з'єднаний з другим входом фазового модулятора, вихід якого з'єднаний з входом передавальної антени, третій вихід задавального генератора з'єднаний з першим входом аналого-цифрового перетворювача, другий вхід якого з'єднаний з другим входом вимірювача рівня відбитого сигналу і виходом підсилювача.1. A device for non-contact measurement of parameters of mechanical vibrations, which contains a microwave generator, transmitting and receiving antennas and an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of a computing device, which is distinguished by the fact that a setting generator, a phase modulator, a microwave bridge are introduced , microwave converter. the amplifier, the meter of the reflected signal level and the indicator, the output of the microwave generator and the output of the receiving antenna are connected, respectively, to the first and second inputs of the bridge of the NVR, the first and second outputs of which are connected, respectively, to the first input of the phase modulator and the input of the microwave converter, the output of which is connected to the input of the amplifier, the second output of the reference generator is connected to the first input of the reflected signal level meter, the output of which is connected to the input of the indicator, the first output of the reference generator is connected to the second input of the phase modulator, the output of which is connected to the input transmission antenna, the third output of the tuning generator is connected to the first input of the analog-to-digital converter, the second input of which is connected to the second input of the reflected signal level meter and the output of the amplifier. 2. Пристрій за п.1, який відрізняється тим, що вимірювач рівня відбитого сигналу містить перший і другий ключі, перший і другий інтегратори, перший і другий квадратори, інвертор і суматор, перші ключ, інтегратор і квадратор з'єднані послідовно, другі ключ, інтегратор і квадратор з'єднані послідовно, перші входи першого і другого ключів об'єднані і з'єднані з другим входом вимірювача рівня відбитого сигналу, другий вхід першого ключа з'єднаний з виходом інвертора, вхід якого з'єднаний з другим входом другого ключа і першим входом вимірювача рівня відбитого сигналу, виходи першого і другого квадраторів з'єднані відповідно з першим і другим входами суматора, вихід якого з'єднаний з виходом вимірювача рівня відбитого сигналу.2. The device according to claim 1, which is characterized in that the reflected signal level meter contains first and second keys, first and second integrators, first and second quadrators, an inverter and adder, the first key, integrator and quadrator are connected in series, the second key, integrator and quadrature are connected in series, the first inputs of the first and second switches are combined and connected to the second input of the reflected signal level meter, the second input of the first switch is connected to the output of the inverter, the input of which is connected to the second input of the second switch and the first input of the meter of the level of the reflected signal, the outputs of the first and second squares are connected, respectively, to the first and second inputs of the adder, the output of which is connected to the output of the meter of the level of the reflected signal.