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.
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.
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.
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, отличающееся тем, что дополнительно между первым усилителем и регистрирующим прибором введены последовательно соединенные первый аналого-цифровой преобразователь, адаптивный фильтр и контроллер USB, а также дополнительно введены 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 использована персональная ЭВМ.
