КГц. чувствительность 30 мкм., расстояние до объекта до

32 кГц. чувствительность 30 мкм., расстояние до объекта до

2 м. С ростом частоты зондирующего сигнала чувствительность

растет.

В качестве достоинств метода можно отметить дешевизну и

компактность аппаратуры, малое время измерения, отсутствие

ограничения снизу на частотный диапазон, высокую точность

измерения низкочастотных вибраций. Недостатками являются

сильное затухание ультразвука в воздухе, зависимость от

состояния атмосферы, уменьшение точности измерения с ростом

частоты вибрации.

Большое распространение получили методы, основанные на

зондировании объекта видимым светом. Описание и сравнение

основных оптических методов приведено в [3].

Все оптические методы подразделяются на две группы. К

первой относятся методы, основанные на регистрации эффекта

Допплера. Простейшим из них является гомодинный метод, который

позволяет измерять амплитуды и фазы гармонических вибраций, но

с его помощью невозможно исследовать негармонические и большие

по амплитуде вибрации. Эти недостатки можно устранить

используя гетеродинные методы. Но они требуют калибровки и,

кроме того, измерительная аппаратура сильно усложняется.

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 [4]. 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 [5].

Установка состоит из СВЧ генератора 1 на отражательном

клистроне ( рис.1 ), который модулируется прямоугольными

___ ___ _______ 5 6 7 ||

| 1 |----| 3 |----| 4 |---||---<| ||

~T~ ~~~ ~~~T~~~ ||

___ 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 |

|| 5 3 | ___

|| >---||-------------------------||---| 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. Минимальное

регистрируемое виброперемещение зависит от собственных шумов

генератора, его мощности и стабильности, а также от

механической стабильности устройства.

Бесконтактное измерение параметров вибраций резонаторным методом возможно и при включении приемно-передающей антенны в

частотнозадающую цепь СВЧ генератора, т.е. при работе в

автогенераторном режиме. Такие системы называются автодинными

генераторами или просто автодинами.

В [5] приведен пример автодинного измерителя вибраций на

отражательном клистроне ( рис.3 ). Он состоит из

o -

|

|~~|~~| 1

| ~~~ |

+ | |

o--+-O-O |

| | --+--------------> Uвых

|_|___|

| || R

___ | 3 ___ 5 ||

| 2 |--------------------||---| 4 |< ||

~~~ ~~~ ||

<==>

Рис. 3. Автодинный измеритель вибраций на отражательном ~~~~~~~~

клистроне.

отражательного клистрона 1, волноводной системы 3,

короткозамыкающего поршня 2, диэлектрической антенны 4 и

исследуемого объекта 5. Вследствие вибрации объекта изменяется

режим генерации, появляется приращение постоянной составляющей

тока в цепи резонатора клистрона, а на резисторе R появляется

приращение напряжения.

Разрешающая способность данной установки до 1 мкм.

Недостаток заключается в том, что клистрон требует больших

питающих напряжений, что приводит к увеличению размеров

аппаратуры и большому энергопотреблению. Но этого можно

избежать, если в качестве СВЧ генератора использовать

твердотельные СВЧ диоды ( ДГ, ЛПД, ИПД, ТД и т.д. ).