способ и устройство для измерения зазоров

изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения зазоров между деталями машин и механизмов, в частности, для контроля расстояния между верхними торцами роторных лопаток и внутренней поверхностью корпуса роторной машины.

как известно, при эксплуатации различных роторных машин таких, например, как газотурбинные двигатели, газоперекачивающие агрегаты и т. п., увеличение относительных радиальных зазоров, т. е. расстояний между внутренней поверхностью корпуса и торцами роторных лопаток, на 1%, как правило, приводит к снижению к.п.д. роторной машины на 3% и перерасходу топлива почти на 10% (см., например, журнал "газотурбинные технологии" N-? 4, 2004 г.) [1]. поскольку в процессе работы роторной машины различные элементы газовоздушного тракта по-разному изменяют свои линейные размеры под воздействием температуры, возможно либо чрезмерное увеличение радиального зазора, либо задевание роторных лопаток за корпус. измерение истинного значения радиальных зазоров в процессе функционирования и использование результатов измерения для управления радиальными зазорами в процессе испытаний и штатной эксплуатации роторных машин позволяет существенно улучшить их технико-экономические параметры и надежность. известны различные способы контроля величины радиального зазора, основанные на использовании контактных и неконтактных методов измерения. механические датчики в виде различных щупов и конструкций, например, описанные в патенте рф ж223175 [2], которые

заменяющий лист (правило 26)

стачиваются при взаимодействии с лопатками, не позволяют измерять радиальные зазоры при их увеличении. известны также способы измерения радиальных зазоров, основанные на использовании емкостных (см. патент рф NsI 130087 [3]), вихретоковых (см. опубликованную заявку рф Ne2002117100 [4]) и оптических (см. авторское свидетельство ссср Ns 1529877 [5] и опубликованную заявку рф Ns981 15308[6]) методов измерения. недостатком перечисленных способов является невозможность обеспечения требуемой точности измерения при высоких температурах, например, при 1200 ⁰ C, в области измеряемого зазора даже в случае подачи охлаждения к элементам установленным в газо-воздушном тракте роторной машины.

известен фазовый метод измерения расстояний, описанный в монографии супряга H.п., радиолокационные средства непрерывного излучения. M., воениздат, 1974 г.cтp.25, формула 20 [7], который заключается в том, что расстояние /, пройденное до отражающего объекта, определяют через измерение разности фаз δφ излучаемого и принятого сигналов:

δφ=4πl/λ, (1) где / - измеряемое расстояние, λ - длина волны колебания. измерение разности фаз осуществляют, как правило, с помощью фазового детектора, имеющего периодическую зависимость выходного сигнала от разности фаз сигналов на его входах (см. справочник по радиолокации. под ред. M. сколника. нью-йорк, 1970: пер. с англ. (в четырех томах) / под общей ред. к.н.трофимова; том 3. радиолокационные устройства и системы / под ред. а.с.виницкого. - M.: сов радио, 1978, 528 с, с ил., стр. 183 [8]), например:

U _выx =U ₀ -$iпδφ, (2) где U _выx - выходное напряжение фазового детектора,

заменяющий лист (правило 26)

U ₀ - амплитуда напряжения фазового детектора.

в соответствии с (2) полная разность фаз определяется, как

Aφ=φ ₁ +2πп, (3) где φi=arcsiп(U _вь JU ₀ ) - значение разности фаз, лежащее в диапазоне 0<ψj<2π, п = о, 1, 2, ... - целое число.

с учетом (1) и (3) выражение для определения расстояния фазовым методом может быть записано в следующем виде фазовый метод обеспечивает высокую точность измерения расстояний, однако не позволяет однозначно определить неизвестную величину «n» (которая для большинства реальных применений составляет величину в десятки и сотни тысяч) для вычисления полной разности фаз. указанная особенность приводит к тому, что фазовый метод применяется либо в сложных многочастотных системах, либо в комбинации с другими методами, либо для измерения расстояния, изменение которого гарантированно не превышает половину длины волны колебания. так известен способ измерения дальности цели в радиолокаторе с частотно-модулированным непрерывным сигналом (см. патент сша N° 4,503,433 [9]), в котором грубое измерение расстояния производится частотным методом с использованием линейной частотной модуляции (лчм) сигнала генератора. точное значение расстояния определяется фазовым методом с использованием формулы (2), причем значение параметра «n» вычисляется в результате грубого измерения. недостатком этого способа является невозможность реализации точного измерения главного значения разности фаз, обусловленная

заменяющий лист (правило 26)

использованием для измерения частотного метода. кроме того, определение точного значения «n» требует высокой линейности лчм сигнала, точного определения девиации частоты и коротких промежутков времени. известны также «Cпocoб и система для измерения небольших расстоянию) (см. патент сша N° 4,829,305 [10]). способ состоит в том, что частота излучаемого сигнала регулируется до достижения заданной разности фаз принятого и излучаемого сигналов. проблема неоднозначности измерений снимается тем, что для вычислений используется только главное значение разности фаз, то есть n=0. система для измерения расстояний содержит генератор с частотой, управляемой напряжением, сигнал субгармоники которого с выхода делителя частоты передается излучателем в сторону измеряемого объекта и в режиме грубого измерения подается на опорный вход средства сравнения фаз, преимущественно, фазового детектора, на второй вход которого поступает сигнал, отраженный от объекта. выходное напряжение средства сравнения фаз, которое является критерием при установке определенного значения разности фаз излучаемого и принятого сигналов, поступает через фильтр на вход управления частотой генератора. система представляет собой цепь автоматической подстройки частоты (апч) генератора на частоту дискриминатора, которая определяется временем распространения сигнала до объекта и обратно. для повышения точности предусмотрен режим, при котором на опорный вход фазового детектора подается гармоника передаваемого сигнала, то есть сигнал генератора. значение установившейся частоты определяется измерителем частоты, а соединенное с ним вычислительное устройство вычисляет расстояние и отображает результат на дисплее. описанные способ и система

заменяющий лист (правило 26)

позволяют определить расстояние по одному значению разности фаз излучаемого и принятого сигналов на одной частоте. основным недостатком способа и системы является возможность неустойчивой работы при измерении быстропеременных расстояний. наиболее близким к предлагаемому изобретению является основанное на использовании фазового способа измерения расстояния устройство для измерения радиальных зазоров между концами лопаток и окружающим их корпусом (см. патент германии N°19705769 [H]) с использованием микроволнового радара. радарная система включает в себя приемно-передающее устройство, от которого микроволны через волновод направляются в основном радиальном или осевом направлении на лопастное колесо. апертура волновода находится на очень малом расстоянии над кромками лопастей, что позволяет очень точно определять, находится ли кромка лопасти непосредственно напротив апертуры. в этом случае микроволны отражаются, и из отраженного сигнала можно определить расстояние от лопастей до волновода и, значит, до стенки корпуса. установка ряда таких волноводов на границе объема, захватываемого лопастями, позволяет определить радиальный или осевой зазор на различных участках корпуса. недостатком данного решения, как и других известных решений, является зависимость результатов измерений радиальных зазоров от температуры и параметров вибрации волновода, который передает электромагнитные колебания от приемо-передатчика радара к антенне и обратно. особенность измерения радиальных зазоров роторных машин состоит в том, что требуется выполнение измерений в широком температурном диапазоне от минус 60 градусов цельсия до плюс 1200 градусов цельсия при воздействии на измерительное оборудование

заменяющий лист (правило 26)

вибрации, достигающей значений 10 - 50g и имеющей сложный спектральный состав. при этом желательно обеспечить точность измерения величины радиального зазора не хуже 0,01мм в диапазоне от 0 до 30 мм и высокий темп выдачи информации. в фазовых системах в действительности измеряется фаза, обусловленная прохождением электромагнитной волны от генератора 1 колебаний, через соединительные 4 и направленные 2 элементы, линию 5 передачи сигналов, антенну 6, среду распространения 9 (т. е. пространство между антенной совмещенной с внутренней поверхностью и поверхностью 8 до которой измеряется зазор) до отражающей поверхности 7 и обратно через среду распространения, антенну, линию передачи сигналов, соединительные и вспомогательные элементы к фазовому детектору 3 (фиг.l), на второй вход которого подается опорный сигнал, как правило, поступающий от генератора. генератор, соединительные и направленные элементы в совокупности образуют систему измерения фазы 10.

изменение фазового сдвига при проведении измерений может быть обусловлено как изменением величины радиального зазора, так и изменением длины тракта измерительной системы, по которому проходят электромагнитные колебания. при этом, путь, проходимый сигналом по системе измерения фазы (сиф), является, во-первых, небольшим, поскольку элементы сосредоточены в ограниченном объеме, а во-вторых, стабильным, поскольку температура сиф не может изменяться в широких пределах, и он, как правило, охлаждается или термостатируется. корпус роторной машины может значительно нагреваться в процессе работы, а место установки антенной системы окружено различными элементами, поэтому для лучшего охлаждения сиф и упрощения монтажа целесообразно относить радиоэлектронную

заменяющий лист (правило 26)

аппаратуру на некоторое расстояние от места установки антенны, используя для передачи сигналов волноводную или коаксиальную линию связи.

при эксплуатации системы измерения радиальных зазоров линия передачи, которая в общем случае может содержать различные изгибы, подвергается воздействию температур и вибраций, что приводит к изменению ее длины и формы (фиг. 2).

измеряемый радиальный зазор 11, как правило, не превышает долей длин волн, а длина линии 5 связи (L) может составлять десятки - сотни длин волн, поэтому даже незначительное относительное изменение длины линии связи может привести к существенному абсолютному изменению ее длины и, следовательно, к возникновению ошибки измерения действительного зазора.

так, например, при нагревании волновода из молибденового сплава с температурным коэффициентом линейного расширения α = 6 хlо ^"6 с ^"1 , титанового сплава с температурным коэффициентом линейного расширения α = 9 хlо ^"6 с ^"1 , или медного сплава с температурным коэффициентом линейного расширения α = 18 хlо ^"6 с ^'1 , длиной 500 мм на 300 ⁰ C абсолютное изменение его длины составит соответственно 0,9 мм, 1,35 мм и 2,7 мм соответственно, что значительно хуже требуемой точности измерения. если требуется обеспечить точность измерения

0,01 мм, то это может быть обеспечено в существующих фазовых системах, например, при длине волноводной линии не более 35мм и изменении температуры волновода не более чем на 30 ⁰ C, что практически не может быть выполнено при проведении измерений на функционирующей роторной машине. в том случае, если измерительная система крепится к корпусу роторной машины только при помощи антенны (см. точку S на фиг. 2), нагрев линии связи приводит к

заменяющий лист (правило 26)

увеличению 12 измеренного значения 9 радиального зазора относительно действительного 11 ₅ а если при помощи сиф (см. точку U на фиг. 2) - к уменьшению 13. крепление измерительной системы в двух точках приводит к дополнительному изменению формы линии связи за счет воздействия температуры и относительного перемещения точек крепления.

изменение формы линии связи, обусловленное как воздействием температуры, так и воздействием вибрации приводит к изменению коэффициента стоячей волны и, следовательно, к изменению соотношения между уровнем сигнала отраженного от поверхности до которой измеряется дальность и сигналом, отраженным линией связи R, что изменяет фазу сигнала, поступающего на вход фазового детектора, и приводит к возникновению ошибки измерения лL(f).

для обеспечения заданной точности измерения радиальных зазоров требуется калибровка измерительной системы, причем не только перед началом проведения измерений, но и в процессе их осуществления, поскольку температура и вибрация могут существенно изменяться даже на коротком интервале времени за счет изменения внешних условий и режимов работы роторной машины. задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в повышении точности измерения расстояний между элементами машин и механизмов и, в том числе, радиального зазора между торцами роторных лопаток и корпусом роторной машины в процессе ее функционирования и при воздействии на элементы измерительного оборудования температуры и вибрации.

технический результат достигается за счет того, что для измерения зазоров между деталями машин и механизмов используют облучение электромагнитными колебаниями объекта, до которого

заменяющий лист (правило 26)

измеряется расстояние, принимают отраженные от этого объекта колебания, измеряют фазовый сдвиг аφ между принятыми и реперными, т. е. опорными, колебаниями, обусловленный временем прохождения колебаний от антенны до отражающего объекта и обратно, и определяют расстояние d до объекта с использованием выражения d= λ(Aφ+2πп) /4π, где λ - длина волны электромагнитных колебаний, при этом отличие от прототипа заключается в том, что для повышения точности измерения расстояний при воздействии на измерительную систему температуры и вибрации дополнительно производят измерение фазового сдвига между полученным по измерительному каналу сигналом, проходящим путь от генератора колебаний через линию передачи сигналов и вспомогательные элементы, в случае их наличия, через антенну, через среду распространения сигнала между антенной и отражающей поверхностью, до которой измеряется зазор, и от нее обратно через среду распространения, через антенну, через линию передачи сигналов и вспомогательные элементы, в случае их наличия, к устройству сравнения фазы, и сигналом, полученным по опорному каналу, конструктивно идентичному измерительному каналу, при этом линия передачи сигналов опорного канала имеет параметры и длину аналогичные сопряженной с ней линии передачи сигналов измерительного канала, и элементы измерительного и опорного каналов подвергаются одинаковым воздействиям температуры и вибрации, проходящим путь от генератора колебаний через линию передачи сигналов и вспомогательные элементы, в случае их наличия, до расположенного на конце линии передачи сигналов отражателя и от него обратно через линию передачи сигналов и через вспомогательные элементы, в случае их наличия, к устройству сравнения фазы, определяют расстояние (d) до отражающего объекта как d= λ(Aφj-Aφ.

заменяющий лист (правило 26)

o+2πп) /4π, где λ - длина волны колебаний, Aq) ₁ - фазовый сдвиг между сигналами опорного и измерительного каналов, полученными при выполнении измерений, Aφ ₀ - фазовый сдвиг между сигналами опорного и измерительного каналов, полученными в процессе калибровки измерительной системы при нулевой дальности до отражающего объекта.

другими словами, при контроле зазоров, например, между лопатками турбины и корпусом турбины, осуществляют измерение разности, фаз, по меньшей мере, между двумя электромагнитными колебаниями, одно из которых проходит по измерительному каналу длиной L _u —L _yпcu +L _0U +AL _u (t) л- ALJf) +d , где L _yпcu - длина измерительного тракта устройства получения измерительного сигнала 10, содержащего генератор колебаний, соединительные, направленные и другие вспомогательные элементы, L ₀₁₁ - длина измерительного тракта линии 5 связи, включая антенну 6, при нормальной температуре и неизмененной форме, ALJt) - изменение длины линии передачи сигналов измерительного канала за счет отличия температуры от нормальной, ALJf) - изменение длины линии передачи сигналов измерительного канала за счет изменения ее формы, d - расстояние 11 между антенной 6 и отражающим объектом 7, т. е. радиальный зазор, от генератора колебаний, через возможные вспомогательные элементы, линию передачи сигналов, антенну, среду распространения, т. е. пространство между антенной и поверхностью до которой измеряется зазор, до отражающей поверхности и от нее обратно через среду распространения, антенну, линию передачи сигналов, возможные вспомогательные элементы к устройству сравнения фазы, в частности, путь, пройденный электромагнитными колебаниями по измерительному тракту от генератора до устройства сравнения фазы, а другое

заменяющий лист (правило 26)

электромагнитное колебание, проходит по дополнительному вспомогательному опорному (реперному) каналу длиной L ₀ = L _yпcuo +L _oo +AL ₀ (t)+AL _o ф, ^г д ^e Lупсо - длина измерительного тракта устройства, в котором получают опорный (реперный) сигнал 14, содержащего генератор колебаний, соединительные, направленные и возможные другие вспомогательные элементы, X ₀₀ - длина линии 16 передачи сигналов опорного канала при нормальной температуре и отсутствии воздействия вибраций, AL _u (t) - изменение длины опорного канала за счет отличия температуры от нормальной, AL ₀ (f) - изменение длины измерительного канала за счет изменения ее формы, конструктивно объединенному с измерительным каналом от генератора колебаний, через возможные вспомогательные элементы, линию передачи сигналов до расположенного на конце линии передачи сигналов отражателя 17 и от него обратно через линию передачи сигналов, возможные вспомогательные элементы к устройству 15 сравнения фазы (фиг. 3). при этом, фаза сигнала, полученного по измерительному каналу будет определяться выражением φ _u =4π(L _u =L _cuфU +L _ou +AL _u (t)+AL _u (f)+d)/λ, а фаза сигнала полученного по опорному каналу выражением φ ₀ =4π(L _CUф0 +L ₀₀ +AL ₀ (t)+AL ₀ ф)/λ. поскольку устройства получения сигналов по опорному и измерительному каналам выполнены идентичными, имеется возможность разместить отражатель опорного канала максимально близко к излучающему раскрыву антенны измерительного канала (L ₀₀ =L _OU ), расположенному и закрепленному на поверхности, от которой измеряется радиальный зазор, а конструктивно линии передачи сигналов измерительного и опорного каналов объединены, идентичны и претерпевают одинаковые изменения длины (AL ₀ (t)=AL _u (t)) и формы (AL ₀ (v)=AL _u (v)) под воздействием температуры и вибрации, то изменение фазы электромагнитных колебаний, связанное с

заменяющий лист (правило 26)

изменением длины пути, проходимого электромагнитными колебаниями по обоим каналам, за счет воздействия температуры или изменения формы линии передачи сигналов, будет одинаковое, а сигнал на выходе устройства сравнения фазы (например, фазового детектора) будет зависеть только от разности фаз измерительного и опорного каналов, Aφ=φ _ιг φ ₀ =4π(L _yпcu +L _0U +AL _u (t) ^J гAL _u (f)+d- L _yпcu +L _0O +AL _o (t)+AL ₀ ф)/λ=4πd/λ т.е. от расстояния 11 до отражающего объекта.

в том случае, если опорный и измерительный каналы полностью идентичны, полученные по этим каналам сигналы при отсутствии радиального зазора, т. е. когда радиальный зазор равен нулю, будут иметь фазовый сдвиг (Aφ ₀ ) равный нулю. если же длина опорного и измерительного каналов несколько отличаются, то величина фазового сдвига между сигналами, полученными по этим каналам при нулевом радиальном зазоре, будет иметь отличное от нуля значение, которое необходимо учитывать при определении истинного значения радиального зазора (d), используя выражение

устройство, реализующее предлагаемый способ (фиг. 4) содержит общий для измерительного и опорного каналов генератор 1 колебаний, направленные элементы 2 и 18, например, циркуляторы, измерительного и опорного каналов, линию 5 передачи сигналов и антенну 6 измерительного канала, линию 16 передачи сигналов и отражатель 17 опорного канала, а также фазовый детектор 3, т. е. устройство сравнения фаз сигналов, получаемых по измерительному и опорному каналам, и вычислителя 19, определяющего расстояние до объекта с использованием измеренной разности фаз.

заменяющий лист (правило 26)

сигнал с выхода генератора 1 подается на входы а направленных элементов 2 и 18 измерительного и опорного каналов соответственно. вход в направленного элемента 2 подключен к одному концу линии 5 передачи измерительного канала, второй конец которой соединен с антенной 6, осуществляющей излучение электромагнитных колебаний в направлении отражающего объекта 7, до которого измеряется дальность, и прием отраженных от него колебаний, которые по линии передачи сигналов поступают на вход в направленного элемента 2 и с его выхода с на один вход фазового детектора 3. на второй вход фазового детектора 3 поступает сигнал с выхода с направленного элемента 18 опорного канала, полученный после прохождения сигнала от генератора 1 через вход а направленного элемента 18 на вход в этого элемента на один конец линии 16 передачи сигналов опорного канала, на втором конце которого расположен отражатель 17, отражающий электромагнитные колебания, которые по линии 16 передачи сигналов опорного канала поступают на вход в направленного элемента 18, с выхода с которого подаются затем на второй вход фазового детектора 3. на выходе фазового детектора 3 формируется сигнал, пропорциональный разности фаз электромагнитных колебаний, поступивших с измерительного канала от направленного элемента 2 и электромагнитных колебаний, поступивших с опорного канала от направленного элемента 18, который поступает на вход вычислителя 19, определяющего значение величины расстояния d до отражающего объекта с использованием выражения d ^: =λ(δφ-Aφ ₀ +2πп)/4π, где λ ~ используемая длина волны электромагнитных колебаний, аφ - разность фаз между сигналами, полученными по измерительному и опорному каналам в процессе измерения, Aφ ₀ - разность фаз между сигналами, полученными по измерительному и опорному каналам в

заменяющий лист (правило 26)

процессе калибровки при расстоянии до отражающего объекта равном нулю.

таким образом, заявляемый способ измерения зазоров между деталями машин и механизмов реализуется с помощью заявляемого устройства, содержащего генератор электромагнитных колебаний, соединенный с ним направленный элемент, один из входов которого подключен к одной стороне линии передачи сигналов, соединенной с другой стороны с антенной, а выход направленного элемента соединен с одним из входов фазового детектора, другой вход которого соединен с генератором колебаний, а выход подключен к вычислителю, определяющему расстояние до отражающего объекта по известной длине волны колебаний и измеренной величине фазового сдвига между отраженным сигналом и сигналом генератора, при этом повышение точности измерений расстояния при воздействии на элементы устройства температуры и вибрации обеспечивается за счет дополнительно введенных элементов опорного канала, идентичных элементам, образующим измерительный канал, генератора колебаний, соединенного с входом, направленного элемента, второй вход которого подключен к одному концу линии передачи сигналов, конструктивно идентичной и механически объединенной с линией передачи сигналов измерительного канала, на втором конце которой рядом с излучателем антенны измерительного канала размещен фиксированный отражающий элемент, а выход подключен к одному из входов фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом направленного элемента измерительного канала, а выход соединен с вычислителем, определяющим расстояние до отражающего объекта.

значение сигнала на выходе высокочастотного фазового детектора описанного устройства, работающего на несущей частоте,

заменяющий лист (правило 26)

пропорционально синусу расстояния до отражающего объекта. в случае измерения неизменного или медленно изменяющегося расстояния для усиления и нормирования сигнала с выхода фазового детектора требуется применение аналоговых усилителей постоянного тока, которые обладают низкой временной и температурной стабильностью, что снижает точность производимых измерений.

повысить точность измерения разности фаз и соответственно расстояния до объекта, можно при использовании низкочастотных фазовых детекторов, которые обладают более высокими параметрами и могут быть реализованы с использованием цифровой обработки сигналов. для снижения частоты сигналов, поступающих на вход фазового детектора должен использоваться дополнительный генератор, синхронизированный по фазе с основным генератором и отличающийся от него по частоте на δF=10...1000000 гц. сигналы с выхода направленных элементов, например, циркуляторов опорного и измерительного каналов поступают на входы смесителей, которые формируют сигналы разностных частот, поступающих затем на вход низкочастотного фазового детектора.

структурная схема устройства, функционирующего в соответствии с приведенным описанием, представлена на фиг. 5. сигнал с выхода генератора 1 поступает на входы а циркуляторов измерительного 2 и опорного 18 каналов, а также на вход синхронизации генератора 20. с выхода в циркулятора 2 сигнал поступает в линию 5 передачи сигналов измерительного канала и излучается антенной 6 в направлении отражающего объекта 7, до которого измеряется расстояние. отраженный объектом 7 сигнал принимается антенной и передается по линии передачи сигналов на вход в циркулятора 2, с выхода с которого поступает затем на один из входов смесителя 22. на второй вход

заменяющий лист (правило 26)

смесителя 22 поступает сигнал от генератора 20, синхронизированный по фазе с сигналом генератора 1 и отличающийся от него по частоте на 10...1000000 кгц. с выхода смесителя сигнал с частотой 10...1000000 кгц и фазой определяемой длиной пути пройденного сигналом по измерительному каналу поступает на вход низкочастотного фазового детектора 23. на второй вход детектора 23 с выхода смесителя 21 поступает сигнал частотой 10...1000000 кгц с фазой определяемой длиной пути пройденного сигналом по опорному каналу. сигнал на выходе смесителя образуется за счет преобразования в смесителе 21 сигналов, поступающих на него с выхода генератора 20 и выхода с циркулятора 18 опорного канала. на выходе с циркулятора 18 сигнал формируется после прохождения сигнала от генератора 1 на вход а циркулятора 18, с выхода в циркулятора 18 на вход линии передачи сигналов опорного канала 16 и по линии передачи до отражателя 17 и обратно через линию 16 на вход в циркулятора. сигнал опорного канала на входе низкочастотного детектора описывается выражением U _oп =Uo-siп(2πAF+φ _ю ) , где φ _ю - сдвиг фазы обусловленный прохождением сигнала по измерительному каналу, а сигнал измерительного канала описывается выражением U _uзм ^τ =Uosiп(2πAF+φ _u o +φ _d ), где φ _u0 - сдвиг фазы, обусловленный прохождением сигнала по измерительному каналу, ψ _d - сдвиг фазы, обусловленный расстоянием до отражающего объекта. сигнал с выхода низкочастотного фазового детектора 23 поступает на вход вычислителя 19, определяющего значение величины расстояния до отражающего объекта d с использованием выражения d=λ(Aφ-δφ _o +2πп)/4π, где λ - используемая длина волны электромагнитных колебаний, δφ - разность фаз между сигналами, полученными по измерительному и опорному каналам в процессе измерения, δφ ₀ - разность фаз между сигналами,

заменяющий лист (правило 26)

полученными по измерительному и опорному каналам в процессе калибровки при расстоянии до отражающего объекта равном нулю.

повышение точности измерения расстояния при воздействии на измерительную систему температуры и вибрации за счет повышения идентичности блоков измерительного и опорного каналов при одновременном сокращении количества используемых высокочастотных компонентов обеспечивают при поочередном подключении измерительной системы к линиям передачи сигналов опорного и измерительного каналов. структурная схема устройства, работающего с переключением каналов, приведена на фиг. 6. сигнал с выхода генератора 1 поступает на вход генератора 20 для синхронизации, а также на вход а циркулятора 2, с выхода в которого подается на вход коммутатора 24, поочередно переключающего с высокой частотой F _п >2δF, определяемой сигналом, поступающим от блока 25 управления коммутаторами, этот сигнал либо на линию передачи сигналов измерительного канала, либо на линию передачи сигналов опорного канала. прошедший по линии связи сигнал, отразившись от отражателя 17, если подключен опорный канал, или от отражающего объекта 7, если подключен измерительный канал, через коммутатор 24 поступает на вход в циркулятора 2, с выхода с которого подается затем на один из входов смесителя 26. на второй вход смесителя 26 поступает сигнал с генератора 20, который синхронизирован по фазе с генератором 1 и отстроен от него на частоту δF. с выхода смесителя 26 сигнал с частотой δF поступает на вход коммутатора 27, который синхронно с коммутатором 24 с, частотой определяемой блоком 25 переключает сигнал либо на вход схемы 28 восстановления сигнала опорного канала, либо на вход схемы 29 восстановления сигнала измерительного канала, с выходов которых восстановленные сигналы с частотой δF поступают на

заменяющий лист (правило 26)

вход фазового детектора 23, формирующего сигнал пропорциональный разности фаз обусловленной различной длиной пути, проходимого сигналом по опорному и измерительному каналам.

поскольку фазовые набеги, возникающие при прохождении сигнала по элементам 1, 2, 24, 20, 26, 27 одинаковы при обработке опорного и измерительного сигнала, ошибки связанные с изменением линейных размеров и расстояний между указанными элементами данного устройства за счет воздействия температуры и других факторов не сказываются на точности определения расстояния до отражающего объекта.

сигнал с выхода фазового детектора 23 поступает на вход вычислителя 19, который определяет расстояние до объекта.

частота сигнала, поступающего с выхода фазового детектора δF ниже, чем частота переключения коммутаторов δF _п и удовлетворяет условию F _п >2δF , а ее значение находится в диапазоне 20...2000000 кгц, для которого различными фирмами производится широкая номенклатура аналого-цифровых преобразователей (ATTTT). поэтому вместо схем 28 и 29 восстановления сигналов можно использовать ацп, а дальнейшую обработку сигналов, включая и фазовое детектирование, проводить в цифровой форме. при этом цифровое устройство может выполнять как фазовое детектирование, так и вычисление расстояния до объекта.

заменяющий лист (правило 26)