Реферат на тему: Исследование возможности использования эффекта автодинного детектирования в генераторах на диоде Ганна для контроля параметров вибрации

Раздел: Радиоэлектроника ВСЕ РАЗДЕЛЫ

Существенным недостатком перечисленных выше методов являются высокие требования к качеству поверхности исследуемого объекта. Но они теряют свое значение при использовании голографических методов, которые и образуют вторую группу. Голографические методы обладают высокой разрешающей способностью ( до 0.05), но они требуют сложного и дорогостоющего оборудования. Кроме того, время измерений очень велико. Общими недостатками оптических методов являются сложность, громоздскость и высокая стоимость оборудования, большое энергопотребление, высокие требования к качеству поверхности исследуемого объекта, высокие требования к состоянию атмосферы ( определенная влажность, отсутствие запыленности и т.п. ). Кроме того, лазерное излучение оказывает вредное влияние на зрение обслуживающего персонала и требует дополнительных мер предосторожности и защиты. Часть этих недостатков можно устранить применяя методы, основанные на использовании СВЧ излучения . Они подразделяются на интерференционные и резонаторные. В основе интерференционных методов лежит зондирование исследуемого объекта волнами ВЧ и СВЧ диапазонов, прием и анализ отраженных ( рассеянных ) объектом волн. Между излучателем и исследуемым объектом в результате интерференции образуется стоячая волна. Вибрация объекта приводит к амплитудной и фазовой модуляции отраженной волны и к образованию сигнала биений. У выделенного сигнала переменного тока амплитуда пропорциональна виброперемещению, а частота соответствует частоте вибрации объекта. Один из вариантов интерференционного метода описан в . Установка состоит из СВЧ генератора 1 на отражательном клистроне ( рис.1 ), который модулируется прямоугольными 5 67 1 ---- 3 ---- 4 --- --- ~ ~~~~~~~ ~~~ 8 2 ~~~--- 9 --- 10 --- 11 ~~~~~~~~~~~ Рис. 1. Установка для измерения параметров вибраций ~~~~~~~~ интерференционным методом. импульсами, вырабатываемыми генератором 2, вентиля для отсечки отраженной волны 3, измерительной линии 4, приемно-передающей антенны 5 с диэлектрической линзой 6, исследуемого объекта 7, кристаллического детектора 8, усилителя переменного тока 9, детектора низкой частоты 10 и индикаторного устройства 11. Данная установка обеспечивает высокую точность измерений при значительном удалении от исследуемого объекта, обладает малой инерционностью, не зависит от температуры. Но она требует точной градуировки. Резонаторные методы основаны на размещении вибрирующего объекта в поле СВЧ резонатора ( вне или, хотя бы частично внутри его ), вследствие чего изменяются характеристики резонатора. На рис.2 приведена схема измерителя вибраций на двойном Т-образном мосте. --- 7 --- 8 ~~~~~~ 6 53 >--- ------------------------- --- 4 / 2~~~ / / / 1 ~~~ Рис. 2. Измеритель вибраций на двойном Т-образном мосте. ~~~~~~~ Сигнал с СВЧ генератора 1 через двойной Т-образный мост 2 поступает на приемно-передающую антенну 3 и регулируемую нагрузку 4. Отразившись от исследуемого объекта 5, сигнал через двойной Т-образный мост поступает на кристаллический детектор 6, на который одновременно приходит сигнал, отраженный от согласованной нагрузки. Продетектированный сигнал усиливается усилителем 7 после чего поступает на индикаторное устройство 8. Любое смещение исследуемого объекта вызывает разбаланс двойного Т-образного моста, что приводит к появлению сигнала на индикаторном устройстве.

СОДЕРЖАНИЕ. ~~~~~~~~~~~ 1. ВВЕДЕНИЕ. 2. ОБЗОР МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ. Контактные методы измерения вибрации. Бесконтактные методы измерения вибрации. 3. АВТОДИНЫ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДАХ. 4. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. Составление модели автодина на диоде Ганна. Теоретическое описание нагрузки. Принципы построения программ. 5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ. 6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Данные о вычислительном комплексе. ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Текст программы для моделирования работы автодина на диоде Ганна HA .SAV. ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Правила пользования программой HA .SAV. ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Текст программы для моделирования работы виброизмерителя на диоде Ганна VIBRO.SAV. ВВЕДЕНИЕ. ~~~~~~~~~ Современные технологии требуют непрерывного контроля за многими параметрами технологического процесса и контроля состояния оборудования. Одними из важнейших являются параметры механическогодвижения,вчастностипараметры периодических перемещений исследуемого объекта в пространстве ( вибрации ). Этими параметрами являются виброперемещение ( амплитуда вибрации ) и виброскорость ( частота вибрации ). Подобный контроль необходим в самых разных областях: в полупроводниковой электронике ( контроль вибрации установок для выращивания кристаллов ), в микроэлектронике ( вибрация установок фотолитографии ), в машиностроении ( вибрация станков и биение деталей ), в автомобильной промышленности ( контроль вибрации отдельных узлов автомобилей и всего автомобиля в целом ), на железнодорожном транспорте ( датчики приближения поезда ), в энергетике ( контроль вибрации лопаток газовых турбин ), в авиастроении ( контроль биений турбин ) и т.д. Этот список можно продолжать достаточно долго, что говорит о необходимости создания высокоточных вибродатчиков. В настоящее время разработано достаточно много вибродатчиков, основанных на различных эффектах ( см. главу 2 ). Все они имеют свои преимущества и недостатки. Кроме того, существуют определенные трудности в теоретическом описании и моделировании работы вибродатчиков. Целью дипломной работы являлось исследовоние возможности использования эффекта автодинного детектирования в полупроводниковых СВЧ - генераторах на диоде Ганна для создания измерителей параметров вибрации и особенностей их работы. 2. ОБЗОР МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ. ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Существует две группы методов измерения параметров вибраций: контактные, подразумевающие механическую связь датчика с исследуемым объектом, и бесконтактные, т.е. не связанные с объектом механической связью. Рассмотрим вначале контактные методы. Наиболее простыми являются методы регистрации вибраций спомощью пьезоэлектрических датчиков. Они позволяют проводить измерения с высокой точностью в диапазоне низких частот и относительно больших амплитуд вибрации, но вследствии своей высокой инерционности, приводящей к искажению формы сигнала делает невозможным измерение вибраций высокой частоты и малой амплитуды. Кроме того, если масса исследуемого объекта, а следовательно и его инерционность не велика, то такой датчик может существенно влиять на характер вибрации, что вносит дополнительную ошибку в измерения.

Она является периодической зависимостью с периодом /2, где - длина СВЧ - волны для данного напряжения питания ( (4.5В) = 3 см., (5В) = 2.7 см., (5.5В) = 2.4 см., (6В) = 2 см. ). По характеру зависимость близка к синусоидальной, поэтому она была аппроксимирована функциией вида (4.26) для дальнейшего использования. Коэффициенты этой зависимости меняются с изменением напряжения питания. На рис. 5.3 приведена зависимость СВЧ - мощности на нагрузке при расстоянии до объекта L = /4, = 0,1,2,. от напряжения н питания, а на рис. 5.4 зависимость амплитуды функции Pсвч(L) от напряжения питания. Эти зависимости действительны в интервале L = (0 - 5). С увеличением напряжения питания происходит уменьшение СВЧ - мощности на нагрузке и уменьшение н амплитуды функции Рсвч(L). При напряжении питания 6.5 - 7.0 В СВЧ - мощность преобретает значение 2.78 мВт. и перестает изменяться с дальнейшим увеличением питающего напряжения, н а амплитуда функции Рсвч(L) --> 0. Аналогично была проанализирована зависимость величины продетектированного сигнала от расстояния до объекта и напряжения питания ( см. Рис. 5.5 ). Эта зависимость также близка к синусоидальной, поэтому она была аппроксимирована фун- кцией вида (4.27). На рис. 5.6 и рис. 5.7 приведены зависимости величины продетектированного сигнала при L = /4, = 0, 1, 2,. и амплитуды функции Vдет(L) от напряжения питания. нн Из анализа зависимостей Рсвч(L,U) и Vдет(L,U) можно сделать вывод, что измерения выгоднее проводить при напряжении питания около 4.5 В. при расстоянии до исследуемого объекта (4 1) /8, = 0, 1, 2,., т.к. измеряемые величины имеют наибольшие значения,( 0.6 В. по напряжению и 4.2 мВт. по СВЧ - мощности ), что позволяет лучше выделить их на фоне шумов. На Рис.5.8 приведена зависимость частоты СВЧ - сигнала от расстояния до объекта и напряжения питания. Зависимость является периодической с периодом/2. Амплитуда отрицательного полупериода значительно меньше амплитуды положительного полупериода. Значения частоты в точках /4, = 0, 1, 2,. соответствуют значениям частоты при работе на согласованную нагрузку. Из приведенных выше рассуждений о волнах, не затухающих в данном волноводе можно сделать вывод, что при L = ( /4 - /2 )будет происходить быстрое затухание сигнала, поэтому измерения в этих точках не представляются возможными. Измерения возможны в точках L = /4, где частота сигнала соответствует диапазону частот волновода ( 10 23 мм. или 12.5 28.5 мм.). На Рис.5.9 и Рис.5.10 приведены спектры токов на нагрузке и на диоде Ганна соответственно при L = (4 1) /8, = 0, 1, 2,., в точке, наиболее благоприятной для измерений. В обоих спектрах отмечается преобладание основной гармоники, . вследствие чего она оказывает наибольшее влияние на работу автодина. Этим можно объяснить почти гармоническую нн форму функций Рсвч(L), Vдет(L). Все расчеты на данном этапе проводились с помощью программы Ha .sav. На втором этапе было проведено моделирование работы автодина при вибрирующем исследуемом объекте. Моделирование проводилось с помощью программы Vibro.sav с использованием соотношений (4.26) и (4.27). На Рис. 5.11 и 5.12 представлены зависимости СВЧ - мощности на нагрузке и величины продетектированного на диоде Ганна сигнала от начального расстояния до объекта и амплитуды вибрации при частоте вибрации 1 кГц.

Реферат на тему: Исследование возможности использования эффекта автодинного детектирования в генераторах на диоде Ганна для контроля параметров вибрации

Исследование вибрации