CC BY
21
УДК 621.372
• {
§
9*
«
МБ. МАРЧЕНКО, Н.А. ТРЕФЙЛОВ
• * •
РАДИОВОЛНОВЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СРЕД
* •
I
Рассмотрены основные принципы реализации радиоволнового метода измерения диэлектрической проницаемости Предложен вариант построения установки для проведения измерений. Особенность установки состоит в том, что она предназначена для исследования, сред в ближнем тле. Отдельное снимание уделено антенной системе установки. '
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
• _
«
■ ( • I
• Л
Радаоволновый метод позволяет исследовать среду, не вксся в -нее необратимых изменений, поэтому он относится к классу неразруш&ющего контроля изделий.
При исследовании электрических характеристик сред информативным параметром в данном методе явпяется амплитуда и фаза.
Существует два основных варианта построения измерительных систем радиоволнового метода. В одном случае, если имеется двусторонний доступ к контролируемому объекту, излучатель и приемник СВЧ энергии находятся по разные стороны образца, и реализуется схема на прохождение. В другом случае, при одностороннем доступе, излучатель и приемник СВЧ энергии находятся с одной стороны образца, и реализуется схема на отражение. Возможна и комбинация обеих схем метода.
Измерительные приборы," реализующие перечисленные схем ы, позволяют определить комплексный коэффициент прохождения или отражения среды. По измеренному коэффициенту, геометрии образца и прибора вычисляются диэлектрическая проницаемость среды и ее потери
[2]. . . • ' ' . . • • • ■ * '
Структурная схема аппаратурного построения метода приведена на рисЛ. / * -
N
*
М'
«
Ведагах УлГТУ 2/2001
Атт ! ч ф _^
7 7
ФИ
Рис. 1. Структурная схема метода
Схема работает следующим образом. СВЧ энергия с генератора ГСВЧ через ферритовый вентиль ФВ, служащий для развязки, и через аттенюатор Атт подается на излучающую антенну ИА. После прохождения контролируемого образца Обр СВЧ энергия принимается приемной антенной Г1А, с которой через измерительный аттенюатор поступает на детектор. Про детектированный сигнал подается на индикатор Инд, по которому производят измерение. Одновременно на детектор через атгепюатор и фазовращатель Ф попадает образцовый СВЧ сигнал.
В большинстве случаев б качестве антенн используются рупорные излучатели, а мощность принятого сигнала определяется как функция от мощности, излучаемой антенной, расстояния между антеннами, коэффициента отражения и коэффициента прохождения .для образца [3].
Основным недостатком радиоволнового метода является переливанке СВЧ энергии за образец. При этом возникает сложная картина поля, искажающая измерения. Такое явление возникает при малых размерах контролируемого объекта. Существует ряд методов, позволяющих решить эту задачу.
Главная задача здесь заключается в создании коля квазиплоской волны у поверхности образца, причем интенсивность поля должна резко падать за пределами исследуемого объекта. Данный вопрос до сих пор следует считать малоизученным и требующим детальной проработки.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО .ЛИСТА
Исследуемый лист помещается между двумя яягеннзми: облучающей и
а * -
приемной. Измерение диэлектрической проницаемости листа сводится к определению вносимого листовым материалом затухания электромапштного поля у приемной антенны. Значение диэлектрической ир01жцгемости образца является фушсшей амтгштудьх >л фазы принятого сигнала.
Вестаак УпПУ 2/200)
Измерение амплитуды принятого сигнала производятся по шкале аттенюатора: при иагагчии листа между антеннами мощность изучаемой энергии доводится до урозня, эквивалентного прямому прохождению мощности без препятствия.
Антенная система установки спроектирована таким образом, чтобы основная часть излучаемой энергии падала на лист, ко не огибала его. Рабочий диапазон волн - миллиметровый.
Б экспериментальной измерительной установке применяется метод однополосной модуляции СВЧ сигнала с частично подавленной несущей. Структурная схема установки изображена на рис.2.
Рис. 2. Структурная схема установки
Сигнал с генератора СВЧ колебаний ГСВЧ поступает на делитель мощности ДМ. С одною выхода делителя сигнал поступает в измерительный канал, с другого - в опорный канал. В измерительном канале находится однополоскый модулятор ОМ, который модулирует СВЧ сигнал шсокостабш1ьными колебаниями генератора низкой частоты ГКЧ. Модулированный сигнал антенной А излучается в пространство в направлении исследуемого образца Об диэлектрического листа. Принятый сигнал поступает на балансный смеситель БС. Опорным сигналом для смесителя служит СВЧ сигнал из опорного канала. Выделяемый на выходе смесителя низкочастотный сигнал, несет информацию о фазе. Сравнение информационного низкочастотного сигнала с опорным происходит о фазометре Ф, на индикаторе которого непосредственно отображается измеряемая фаза.
Однополосная модуляция СВЧ колебаний происходит по схеме, изображенной на рис.3.
Работа схемы основана на сложении амшихудно-мо;^лировакных сигналов, компоненты которых имеют различные фазы.
Феррятовые вентиля, включенные в волноводный тракт, служат для развязки между отдельными функционалмшми узлами, обеспечивая их корректную работу.
¿6
та
'Лесгтаи V яГТУ
-У'-'л.
Рис. 3. Одвополосный модулятор
Наиболее ответственными узлами измерительной установки являются модуляторы и стабильный низкочастотный генератор, поскольку от их качества зависит точность проводимых измерений.
В генераторе низкой частоты применена кварцевая стабилизация частоты. Задающий генератор работает на высокой частоте. Требуемая низкая частота получается делением частоты задающего генератора. Из удвоенной рабочей частоты получаются модулирующие квадратурные сигналы. Структурная схема модулятора показана на рис.4.
-7 ФНЧ 4 у
•
—ФНЧ Н у
Вых.
• •
О
Вых. Ео, 90
Ряс. 4. Стр\таурная схема модулятора
• • • * •
• • •
Принцип действия модулятора заключается в следующем. Частота задающего генератора Г стабилизируется кварцевым резонатором. Высокостабильный сигнал с генератора поступает на делитель частоты ДЧ. На выходе делителя частота сигнала имеет удвоенное номинальное значение 2то. Номинальное значение частота сигнала принимает на выходе делителя на два Д. На один делитель подается прямой сигнал удвоенной частоты, на другой через инвертор И. Сигнал на выходах делителя на два имеет форму меандра с номинальной частотой Го и необходимым сдвигом по фазе 0 и 90 градусов, то есть в квадратуре. Фильтр нижних частот ФНЧ преобразует прямоугольный сигнал в гармонический, который после усиления в усилителях У подается на управляемые диоды. •
Ваэтвик УяГТУ 2/2001
47
Оценочные измерения диэлектрической проницаемости показали, что наибольшую погрешность в измерении вносит антенная система установки. Стремление к .миниатюризации, вызванное малыми размерами образцов, приводит к тому, что образец оказывается в области ближнего поля антенн. В результате чего небольшое смещение образца вдоль оси антенн приводит к изменению напряженности поля у приёмной антенны, что вызывает неоднозначность измерений. Очевидно, чтобы получеть представление о степени искажения результатов измерений эффектом ближнего поля, необходимо исследовать структуру поля антенн в
присутствии диэлектрического листа.
•
СПИСОК .ЛИТЕРАТУРЫ
> *
1. Бравдт A.A. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М.: ГИФМЛ. 1963.
2. Высокочастотный метод измерения пеэлектричееких величин / Викторов В.А. и др. М: Наука, 1978.
3. Приборы для неразрушахощего контроля материалов и изделий: Справочник. В 2 кн. / Под ред. В.В.Клюева. №: Машиностроение. 1936.
4 Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: йзд-во АИ СССР, 1957. 5. Арсаев H.H. Влияние близости приемкой и передающей антенн на измерение диэлектрической проницаемости вещества // Радиотехника н электроника. 1970. N10.
Марчтко Максим ЯЬшдштротч, ' аспирант кафедры «Радиотехника» УлГГУ. Окончил Ульяновский •государственный технический университет.
Трефипов Николай Александрович, кандидат технических наук,
*
профессор, заведующий кафедрой «1 Радиотехника»УлПУ. Имеет статьи и монографии в области техники СВ Ч.
• •
ЭНЕРГЕТИКА
УДК 653.5:681.3
• ' ... ' 4
МЛ. БОРОВИКОВ, В.И. ДОМАНОВ, A.B. ДОМАНОВ
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ДИАГНОСТИКА ВЕНТОЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Рассматривается работа вентильного двигателя (ВЦ) и возможные неисправности. возникающие в процессе его эксплуатации. Анализируется изменение сигналов в системе управления ВД, происходящее при неисправности какого-либо элемента схемы. Приводится алгоритм оперативной диагностики системы, позволяющий определить неисправный элемент.
*1
Рулевой механизм (РМ), в составе которого работает электроусилитель руля (ЭУР), является важным узлом автомобиля. От его технической исправности зависит безопасность эксплуатации и нагрузка на водителя. Все это требует оперативной диагностики ЭУР.
Наибольшее распространение получили два метода диагностики: тестовый (ТМД) и функциональный (ФМД) [1,2]. Первый метод подразумевает подачу тестовых сигналов на объект диагностирования с внешнего устройства и анализ этим же устройством ответных сигналов с объекта. Метод функциональной диагностики базируется на анализе сигналов объекта, находящегося в рабочем режиме. Для рассматриваемого случая ТМД можно применять на станциях обслуживания и ремонта, а ФМД должен использоваться в процессе эксплуатации ЭУР.
Основным звеном ЭУР является вентильный двигатель. В его состав входят электрическая машина (ЭМ), датчик положения ротора (ДПР), фазный усилитель мощности (ФУМ). Структурная схема ВД приведена на рис.1. На нем обозначены: ДХs, ДХс - фазные датчики положения ротора;
Уз, Ус усилители мощности синусного и косинусного канала; X -
« 1 __•
элементы умножения; Un - напряжение питания ДПР; Uy - напряжение управления ВД.
Все звенья, входящие в ВД, требуют постоянной диагностики работоспособности, так как условия! их работы достаточно тяжелы (вибрации, температурные перепады, влажность, большие протекающие токи и т.д.). Непрерывная даагностща необходима для оперативного отключения узла с целью обеспечения безаварийной работы рулевого управления. \
• * 0 f А
V
к
Вестник УлГГУ 2/2001 49
