Методы и средства радиоволновой сверхкороткоимпульсной виброметрии механических колебаний в системах радиосенсорного зондирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат наук Костин, Михаил Сергеевич

• Костин, Михаил Сергеевич
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Костин, Михаил Сергеевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Бесконтактные виброметрические методы оценки механических колебаний

1.1 Классификация и характеристики линейных вибраций

1.2 Бесконтактные методы виброметрии

1.3 Сравнительный анализ бесконтактных методов

1.4 Аналитические модели сверхкороткоимпульсных сигналов

1.5 Основные выводы к главе 1 26 ГЛАВА 2. Исследование время-спектральных характеристик гауссовских сверхкороткоимпульсных сигналов

2.1 Гауссовская модель сверхкороткоимпульсного сигнала и методы оптимизации функции спектральной плотности мощности

2.1.1 Критерий оптимизация функции спектральной

плотности мощности

2.1.2 Псевдослучайный алгоритм синтеза квазиоптимальной функции спектральной плотности мощности

2.2 Формоизменение профиля сверхкороткоимпульсного сигнала

2.2.1 Анализ влияния угла наклона облучаемой поверхности

на формоизменение сверхкороткого радиоимпульса

2.2.2 Исследование влияния диэлектрических потерь

на формоизменение сверхкороткого радиоимпульса

2.3 Выбор облучающей антенны и компенсация

искажений диаграммы направленности

2.4 Квазиоптимальное обнаружение сверхкоротких

радиоимпульсов неизвестной формы

2.5 Основные выводы к главе 2

ГЛАВА 3. Цифровая обработка сверхкороткоимпульсных сигналов и численные методы радиоволновой оценки

механических колебаний

3.1 Фазодевиометрическая модель системы

сверхкороткоимпульсного радиосенсорного зондирования

3.2 Модель радиоволнового канала и

сингулярное шумоподавление

3.3 Пространственно- и частотно-временная селекция

сверхкороткоимпульсного сигнала

3.4 Численные методы фазодевиометрической оценки

механических колебаний

3.4.1 Энергетический фазовый метод

3.4.2 Метод взаимной корреляционной функции

3.4.3 Метод отношения комплексных спектров

3.4.4 Кепстральная фазодевиометрическая оценка колебаний

3.4.5 Вейвлет-кепстральная фазодевиометрическая оценка колебаний

и пути уменьшения ее ошибок на области кепстрального времени

3.5 Корреляционная оценка воспроизводимость численных методов

3.6 Основные выводы к главе 3

ГЛАВА 4. Программно-аппаратная реализация и результаты экспериментальных исследований вибромеханических колебаний

4.1 Строб-фрейм-дискретизация

сверхкороткоимпульсных сигналов

4.2 Масштабно-временное моделирование

4.3 Планирование эксперимента

4.3.1 Виброакустический испытательный стенд

4.3.2 Спецификация виброиспытаний

4.4 Выбор фазодевиометрических методов и оценка пороговой чувствительности радиосенсорной системы

4.5 Экспериментальное исследование время-частотных

характеристик сверхкороткоимпульсных сигналов

4.6 Исследование режима широкополосной вибрации и оценка достоверности результатов

4.7 Основные выводы к главе 4 112 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список сокращений

Список публикаций по теме диссертации

Список цитируемых источников

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПЛ. Виброметрическая номограмма

П.2. Электродинамические характеристики антенны Вивальди

П.З. Акт о внедрении результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и средства радиоволновой сверхкороткоимпульсной виброметрии механических колебаний в системах радиосенсорного зондирования»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Радиоволновые методы как средства изучения взаимодействия электромагнитных волн со средами эффективно используются для анализа прикладных вопросов электродинамики и технической физики. Особую роль в этой области занимает актуализация наукоемких технологий по внедрению радиоволновых методов с целью проведения виброметрологических исследований аппаратуры на производстве, в приборостроении, метрологии, а также смежных отраслях науки и техники.

В качестве радиосенсорных программно-аппаратных комплексов дистанционного сбора и обработки данных используются радиофизические, физико-механические, геометрические и виброакустические свойства зондируемых элементов объектов и кинематических схем при их эксплуатации и проведении стендовых испытаний. Существующие методы измерения параметров вибрации и технические средства их реализации основаны на физических принципах электродинамики, оптики и акустики, что определяет области и условия их применения. В отличие от акустических радиоволновые методы позволяют производить дистанционные измерения в условиях низких и высоких температур, давлений, влажности, плотности газообразной среды; по сравнению с оптическими -позволяют работать в условиях смога (дым, туман) со скрытыми элементами объектов, не предъявляя строгих требований к качеству зондируемой поверхности и точности юстировки. Отсутствие контактного влияния на работу механических систем позволяет исследовать механические колебания мембранных, пленочных, тонкостенных и оболочковых поверхностей, а также несущих конструкций и динамических вибрационных систем.

Освоение субнаносекундного диапазона вызывает научный интерес к радиофизическим особенностям формоизменения сверхкороткоимпульсных (СКИ)

сигналов при их отражении и рассеивании неоднородными поверхностями, что ставит вопрос о возможности их применения в исследовательских задачах радиосенсорного зондирования (РСЗ) [45,А17]. Действительно, перспективным и актуальным подходом в развитии РСЗ могут послужить особенности изменения время-частотных характеристик радиоимпульсов при их распространении, отражении и прохождении через диэлектрические среды. СКИ-сигналы применяются для оценки импульсных характеристик отражательной, либо рассеивающей поверхности [38,39]. Особый интерес представляет применение гауссовских СКИ без несущего частотного заполнения, которые отличаются скрытностью, помехоустойчивостью, пространственным сверхразрешением, высокой проникающей способностью сквозь поглощающие диэлектрические среды [38,А6]. При этом использование технологии строб-фрейм-дискретизации (СФД) [А11,А16] субнаносекунд-ных сигналов позволило расширить исследовательские возможности их применения с помощью численных методов обработки.

Целью настоящей работы является обеспечение возможности с помощью гауссовских СКИ зондирования акустооптически недоступных объектов в задачах радиоволнового РСЗ и проведение экспериментальных исследований на основе разработанного испытательного макета СКИ системы для оценки вибромеханических параметров линейных виброперемещений поверхностей объектов. Для этого были решены следующие задачи:

1. Выбор и оптимизация гауссовской модели СКИ-сигнала относительно FCC-маски (Fédéral Communication Commission) распределения частот и исследование время-спектральных характеристик отраженных СКИ с учетом влияния диэлектрических потерь.

2. Разработка масштабно-временной и фазодевиометрической моделей виброметрической системы РСЗ. Программная реализация цифровой обработки и фазодевиометрической оценки СКИ-сигналов в среде MatLab.

3. Проведение экспериментальных исследований на основе разработанного виброакустического стенда и опытного макета СКИ-радиосенсорного устройства с цифровым приемопередатчиком серии NVA6201 и микропо-лосковыми (МПЛ) модифицированными антеннами Вивальди.

4. Анализ результатов серии экспериментальных исследований механических

колебаний и произведение корреляционной оценки достоверности воспроизводимых вибрационных характеристик исследуемых колебаний объектов.

В диссертации были предложены методы обработки СКИ:

• фильтрации СКИ-сигнала на базе временной селекции: преобразования Габора (ПГ) и сингулярного шумоподавления.

• фазодевиометрической оценки (ФДО) СКИ во временной и частотной областях: энергетический фазовый (ЭФ), взаимной корреляционной функции (ВКФ), отношения комплексных спектров (ОКС), и вейвлет-кепстрального анализа (BKA).

• анализа механических вибраций с помощью быстрого преобразования Фурье.

Научная новизна исследований состоит в следующем:

1. В радиоволновой виброметрии впервые предложен помехоустойчивый метод СКИ-радиосенсорного зондирования, позволяющий осуществлять измерения на относительно больших расстояниях в условиях антиоптического доступа к исследуемой поверхности с приемлемым разрешением.

2. Впервые предложен псевдослучайный алгоритм энергетического синтеза квазиоптимальной ФСПМ СКИ-сигналов из расчета максимально эффективной излучаемой мощности (ЭИМ) в заданной полосе частот. Получены оптимальные значения длительности СКИ в зависимости от порядка дифференцирования, обеспечивающие максимальную ЭИМ.

3. Прием отраженного СКИ-радиосигнала реализован посредством прямой оцифровки, масштабирования и численной программной обработки на базе высокоскоростных СФД с частотой преобразования до 100 Гвыб/с в составе

цифрового приемопередатчика ЫУА6201, что позволило применить эффективный математический аппарат, исключив аналоговую реализацию переноса сигнала на нулевую частоту.

4. Теоретически исследовано влияние выбора «-периодов стробирования на воспроизводимость профиля СКИ и шумоподавление в окне захвата.

5. Исследованы отражательные особенности СКИ-сигнала от неоднородной зондируемой поверхности на предмет влияния динамической ЭПР на формоизменение время-частотных характеристик субнаносекундного радиоимпульса. Исследовано влияние диэлектрических потерь на формоизменение профиля СКИ.

6. Показано, что изменения в спектре отраженного СКИ-сигнала от колебательной поверхности со сложным геометрическим профилем незначительны, в то время как во временной области искажения формы импульса могут быть непредсказуемыми, что позволяет считать приоритетным анализ в спектральной области с целью уменьшения виброметрической ошибки оценивания.

Практическая и научная значимость

На основе численных методов и технологии СФД цифровой обработки СКИ-сигналов разработана аналитическая модель системы РСЗ и серия программных алгоритмов параметрической фазодевиометрической оценки угловой девиации отраженных фазораспределенных радиоимпульсов. Разработана масштабно-временная модель, реализующая медленно и быстро протекающие процессы на одной оси дискретного времени. Предложенные методы фазодевиометрической оценки выборки регистрируемых данных реализованы опытным макетом на базе однокристального приемопередатчика 1чГУА6201 с прямой оцифровкой субнаносекундного сигнала в режиме импульсного зондирования модифицированной МПЛ-антенной Вивальди. Разработана программа-эмулятор, позволяющая исследовать возможности технологии СФД. Экспериментальный макет

устройства СКИ РСЗ рекомендуется к использованию в системах регистрации механических колебаний конструкций и элементов кинематических схем, а также при проведении стендовых испытаний аппаратуры на надежность и виброустойчивость. Предложенный метод является помехоустойчивым и обеспечивает хорошую проникающую способность при зондировании оптически недоступных объектов.

Интерес представлет и применение радиоволнового СКИ РСЗ в робототехнике, как метода распознавания геометрии движения сложных кинематических схем, а также как одного из эффективных способов дистанционного управления элементами механики по принципу организации радиосенсорных цепей обратной связи. Кроме того, по временной эпюре отраженного от поверхности СКИ можно судить о геометрических и радиофизических свойствах рельефа боковой поверхности объекта, исследовав его импульсные характеристики.

Практическое внедрение

Разработанный макет радиоволновой виброметрической системы и метод СКИ РСЗ рекомендованы к использованию в научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработках при проведении стендовых испытаний аппаратуры на виброустойчивость в ОАО «КБточмаш им. А.Э. Нудельмана». Акт внедрения представлен в приложении П.З.

Основные положения выносимые на защиту

1. Технология строб-фрейм-дискретизации формирует выборку СКИ с пикосе-кундным разрешением и не требует тактирования, тогда как при масштабно-временной трансформации возникает джиттер строб-импульсов, от длительности которых зависит временное разрешение.

2. При зондировании оптически недоступных поверхностей в условиях влияния помех и диэлектрических потерь гауссовский СКИ претерпевает мень-

шие затухания и формоизменения в отличие от радиоимпульсов с несущим частотным заполнением.

3. Помехоустойчивым методом фазодевиометрической оценки является вейвлет-кепстральный анализ соседней пары фазосмещенных СКИ.

4. Предложенный метод СКИ РСЗ и выбранные численные алгоритмы фазодевиометрической оценки могут быть эффективно использованы в решении задач радиоволновой вибродиагностики с применением нестационарных сигналов.

Достоверность результатов

Достоверность результатов диссертационных исследований определяется корректным применением численных методов ФДО, адекватностью математической модели радиоволновой системы, техническим соответствием опытного макета и экспериментального стенда теоретическому описанию исследуемой системы, критерием соответствия которых служит корреляционный анализ результатов, полученных СКИ РСЗ с аналоговым лазерным стетоскопическим методом. Достоверность результатов подтверждается практическим внедрением и публикациями результатов исследований в сборниках конференций и рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Апробация результатов и публикации

По тематике диссертации опубликовано: статей в рецензируемых журналах - 6, в том числе 4 из списка рекомендованных ВАК; 13 докладов, представленных на международных и всероссийских конференциях; 8 научных трудов входит в список РИНЦ.

Основные результаты диссертационных исследований докладывались на следующих международных и всероссийских конференциях:

1. Международная научно-практическая конференция РАДИОИНФОКОМ, МГТУ МИРЭА Москва - 2013.

2. 62-я научно-техническая конференция, МГТУ МИРЭА, Москва - 2013.

3. VII Международная отраслевая научно-техническая конференция «Технологии информационного общества», МТУ СИ, Москва - 2013.

4. Международная научно-техническая конференция «Наука и образование без границ», Akademia Görniczo-Hutnicza (AGH) / Польский научно-технический Университет, Польша - 2013.

5. Международная научно-техническая конференция «Наука и технологии: шаг в будущее», Czech Technical University in Prague (CTU) / Чешский технический Университет, Чехия - 2014.

6. Международная научно-методическая конференция «Информатизация инженерного общества», НИУ МЭИ, Москва - 2014.

7. VIII Международная отраслевая научно-техническая конференция «Технологии информационного общества, МТУ СИ, Москва - 2014.

8. Международная молодежная научно-практическая конференция «ИНФО-КОМ-2014», СКФ МТУ СИ, Ростов-на-Дону - 2014.

9. 63-я научно-техническая конференция МГТУ МИРЭА, Москва - 2014.

10. V научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов «Актуальные вопросы развития систем и средств ВКО», ГСКБ АЛМАЗ-АНТЕЙ, Москва - 2014.

11. Всероссийская научно-практическая конференция «Научный взгляд на современный этап развития общественных, технических, гуманитарных и естественных наук, актуальные проблемы», СПУПМ, Санкт-Петербург -2014.

12.17-я Всероссийская молодежная научная школа-семинар «Актуальные проблемы физической и функциональной электроники», УФИРЭ им. В.А. Ко-тельникова РАН, Ульяновск - 2014.

13. Международная научно-техническая конференция «INTERMATIC - 2014», МГТУ МИРЭА, Москва - 2014.

14. European Science and Technology: 9-th International scientific conference. Munich-2014.

15. Международная молодежная научно-практическая конференция «ИНФО-КОМ-2015», СКФ МТУСИ, Ростов-на-Дону - 2015.

16. Международная научно-практическая конференция «РадиоИнфоКом», МГТУ МИРЭА, Москва - 2015.

Личный вклад автора

Основные результаты диссертационных исследований получены как лично автором, так и в соавторстве с научным руководителем. Автор является идейным носителем теоретической постановки решаемых задач применения субнаносе-кундных гауссовских радиоимпульсов без несущего частотного заполнения в радиоволновой виброметрии.

ГЛАВА 1. Бесконтактные виброметрические методы оценки

механических колебаний

1.1 Классификация и характеристики линейных вибраций

Виброметрия - научно-исследовательская область техники, к которой относится оценка кинематических величин, характеризующих механический колебательный процесс объекта, генерирующего собственные механические колебания, либо промодулированного внешними виброакустическими возмущениями среды [45].

Вибрациями называют механические колебания координатного перемещения геометрического места точек элементов конструкции относительно некоторого положения равновесия [44]. При синхронном перемещении всех элементов конструкции в пространстве механические вибрации принято называть общими. Процесс периодического перемещения отдельных элементов конструкции носит сегментный характер, а вибрации называются локальными [45].

Простейшая эпюра механических вибраций представляет собой гармоническое синусоидальное колебание. Однако реальная эпюра вибраций имеет форму, которая представляет сложную аддитивную комбинацию синусоид с различными амплитудами, частотами и фазами. Отсюда колебания можно классифицировать на моногармонические, квазигармонические и негармонические: полигармонические, нестационарные (непрерывные и переходные), биения, случайные широкополосные и узкополосные вибрации (рисунок 1) [8].

В зависимости от частотного наполнения вибрации подразделяются на следующие типы: низкочастотные (с преобладаниями максимальных уровней в ок-тавных полосах 1.. .4 Гц - для общих и 8... 16 Гц - для локальных); среднечастот-ные (8... 16 Гц - для общих и 31,5...63 Гц - для локальных); высокочастотные (31,5...63 Гц - для общих и 125... 1 ООО Гц - для локальных) [44].

По временным характеристикам различают: постоянные вибрации и непостоянные (при которых изменение интенсивности вибрации выше 6 дБ за время наблюдения не менее 10 мин.). По характеру возникновения вибродинамические процессы разделяют на детерминированные и случайные. В свою очередь вибрации могут носить как периодический, так и непериодический характер. Периодические вибрации характеризуются виброметрологическими величинами.

Рис.1. Эпюры механических колебаний: а) - моногармоническое, б) - квазигармоническое с набегом частоты, в) - полигармоническое, г) - нестационарное (переходное), д) - биение, е) - случайное широкополосное и ж) - узкополосное

К виброметрологическим параметрам линейной вибрации относят виброперемещение r(t), виброскорость и(0, виброускорение ait), резкость u(t), а также силу F(t) и акустическое давление pit) (для виброакустического воздействия), создаваемое колеблющейся поверхностью в пространстве [46]. Рассмотрим связь основных виброметрологических параметров линейных вибраций на примере монограмонического колебания.

Виброперемещение rit) показывает максимальное смещение координаты

контролируемой точки колебательной поверхности в процессе вибрации и измеряется в мм и мкм. Если вибрация точки (координаты поверхности) имеет чисто продольную форму возвратно-поступательных колебаний, то мгновенное вибро-

перемещение r(t) от исходного положения, без учета начальной фазы, может быть описано математическим выражением:

r(t) = R0sm(m), (1)

где со = 2tcF - угловая, а F — линейная частота колебания, R0 - амплитуда вибрации. Виброперемещение измеряется при низкочастотных вибрациях с верхней границей не более 200Гц.

Виброскорость (интенсивность вибрации) и(/) есть первая производная функции виброперемещения, которая показывает максимальную скорость перемещения контролируемой точки поверхности во время ее прецессии и измеряется в мм/с. Отсюда виброперемещение можно преобразовать в виброскорость дифференцированием :

dv

v(t) = r(t) = — = coi?0 cos(coi) = V0 cos(cot), (2)

dt

где Vq - амплитуда виброскорости.

Дифференцирование сопровождается умножением амплитуды на частоту, поэтому амплитуда виброскорости Vq на определенной частоте F будет пропорциональна смещению R{). Виброскорость является предпочтительным виброметрологическим параметром при проведении измерений, поскольку она характеризует импульс силы и кинематическую энергию. Амплитуда составляющих частотный спектр виброскорости равномерна в широкой полосе частот 10... 1000 Гц, что упрощает измерение и повышает воспроизводимость данных.

Виброускорение a{t) характеризует то силовое динамическое взаимодействие элементов внутри агрегата, которое вызвало данную вибрацию и измеряется в мм/с2. Оно показывает изменение виброскорости во времени и является второй производной функции виброперемещения:

с1г

а(0 = г(/) = —2~= ^(«О = вт(шг), (3)

где Ао - амплитуда виброускорения.

Виброускорение определяется при измерении динамических ударов, а также вибрации в широкой полосе частот 0,1... 10 кГц.

Важно отметить, что если известна одна из виброметрологических характеристик вибрации, оценку остальных можно осуществить с помощью специальной вибродинамической номограммы, представленной в приложении П.1[9].

1.2 Бесконтактные методы виброметрии

По характеру взаимодействия методы измерения параметров динамических объектов можно разделить на две группы: контактные, подразумевающие механическую, либо частично физическую связь датчика с исследуемым объектом, и бесконтактные - не связанные с объектом механической связью [9]. Контактные методы просты в реализации, имеют точное координатное положение на исследуемом объекте, однако необходимость установки датчиков непосредственно на динамическом объекте резко снижает область их применения. Известны ситуации, при которых необходимо измерить параметры вибрации конструкций, исключив с ней механический контакт, или подобный вид соединения не доступен. В таких случаях целесообразно использование бесконтактных методов виброметрии. По принципу измерения бесконтактные методы, главным образом, классифицируют на оптические (лазерные), акустические (ультразвуковые) и радиоволновые (электромагнитные) [19].

Оптические методы. В оптических методах преимущественно используются интерференционные измерители, действие которых основано на определении изменения частоты отражённого от объекта излучения, а также модуляционные приборы, в основу действия которых положено применение пространствен-

ной модуляции оптического излучения [42]. Оптические методы, основанные на зондировании объекта видимым светом или инфракрасным излучением ближнего диапазона, построены на явлениях интерференции света, эффекта Доплера, аку-стооптической и апертурно-амплитудной модуляции. Простейшим из них является гомодинный метод, который позволяет измерять амплитуды и фазы гармонических вибраций, но с его помощью невозможно исследовать полигармонические вибрации [42]. Другой метод - гетеродинный, лишен этого недостатка, однако требует сложной оптической юстировки. Системы, построенные на аку-стооптическом и апертурно-амплитудном преобразовании, основаны на пространственном разделении света при его диффузном отражении и распределении по апертуре и интенсивности. Голографические оптические методы обладают высокой разрешающей способностью, однако сравнительно большим временем измерения и обработки данных [9]. Существенным недостатком приведенных оптических методов являются чрезвычайно высокие требования к качеству поверхности исследуемого объекта — материалу, его теплофизическим свойствам и шероховатости, микроклимату среды, жесткие требования по обеспечению виброакустического демпфирования конструкции изделия, сложность юстировки, громоздкость и высокая стоимость лазерного оборудования, высокое энергопотребление, требования фокусировки и монохроматичности лазерного луча, невозможность регистрировать вибрации оптически недоступных поверхностей. Однако при строгом обеспечении регламентируемых условий, оптические методы, в частности — импульсного действия, являются более точными по чувствительности в широком динамическом диапазоне частот виброакустических колебаний, так что их можно использовать в качестве реперных при тестовых испытаниях других методов.

Акустические методы. При проведении акустической вибродиагностики применяют методы, действие которых основано на использовании ультразвуковых волн [42,9]. Интерес к ультразвуковым акустическим методам измерения обусловлен способностью ультразвуковых волн отражаться практически от лю-

бых поверхностей. Информация об измеряемых параметрах вибрации может быть заключена как в изменении амплитуды, так и частоты или фазы ультразвуковой волны. Акустические методы измерения делятся на интерферометрические и локационные. К недостаткам интерферометрических методов можно отнести малый динамический диапазон измеряемых виброперемещений, необходимость установки излучателя непосредственно вблизи поверхности объекта, крайне существенная зависимость показаний от расстояния между излучателем и отражателем, коэффициента отражения, формы отражателя, ограниченные возможности подповерхностного зондирования. Локационные акустические методы основаны на локации исследуемого объекта ультразвуковым лучом бегущей волны от неподвижного излучателя. При этом источник генерации зондируемого сигнала может работать как в непрерывном, так и импульсном режиме генерации. В качестве чувствительных элементов здесь используется пьезоэлектрическая керамика. По сравнению с интерференционным методом, локационный имеет более широкий динамический диапазон, а излучатель может располагаться на удалении от поверхности на большем расстоянии. К достоинствам метода можно отнести малое время измерения, отсутствие ограничения на нижнюю границу частотного диапазона вибраций. Использование ультразвуковых методов ограничивают невысокая разрешающая способность, сильное затухание ультразвука в воздушной среде, зависимость от акустического сопротивления среды, уменьшение точности измерения с ростом частоты вибрации.

Радиоволновые методы измерения основаны на использовании зависимостей от величины вибраций ряда параметров электромагнитных волн миллиметрового или сантиметрового диапазона, используемых для РСЗ исследуемой поверхности относительно узким лучом диаграммы направленности (ДН) [10,45]. К таким параметрам относятся: амплитуда и фаза отраженного сигнала; частота электромагнитных колебаний; число возбуждаемых типов колебаний; время задержки радиоимпульса; поляризация электромагнитных волн, коэффициент стоячей волны (КСВ) и пр. Так же, как и предыдущие методы, радиоволновые позво-

ляют косвенным путем оценить характеристики виброперемещения и его интенсивность. Среди радиоволновых выделяют три группы методов: интерференционные, резонаторные и фазовые, по принципам основанные на законах электродинамики [9,10].

В основу интерференционного метода положен следующий принцип: в результате изменения расстояния между передатчиком и боковой поверхностью облучаемого антенной вибрирующего объекта образуется стоячая волна как следствие явления интерференции. Вибрация поверхности приводит к амплитудной и фазовой модуляции отражённой волны и к образованию сигнала биений. У выделенного радиосигнала амплитуда пропорциональна величине вибраций, а частота соответствует частоте механических вибраций контролируемой поверхности.

Радиоволновый измеритель механических колебаний, реализующий интерференционный метод измерения, может быть построен на основе двойного волно-водного Т-образного моста, баланс которого нарушается при плоскопараллельном перемещении поверхности объекта или трехплечего циркулятора [10].

Резонаторный метод основан на размещении вибрирующего объекта в поле ВЧ- или СВЧ-резонатора (вне или, хотя бы частично, внутри него), при котором под влиянием вибраций изменяются его характеристики (относительная расстройка частоты колебаний). Резонаторные методы измерения вибраций реализуются на объемных резонаторах и отрезках длинных линий. Бесконтактное измерение на относительно больших расстояниях параметров вибрации резонаторным методом становится возможным с включением в частотозадающую цепь сверхвысокочастотного (СВЧ) генератора диэлектрической антенны [10].

Группа фазовых радиоволновых методов основана на изменении фазы отраженного гармонического сигнала, либо времени задержки отраженного радиоимпульса согласно закону плоскопараллельного механического колебания, совершаемого облучаемой поверхностью. Так, при изменении расстояния между антенной и зондируемой поверхностью отраженная волна модулируется по фазе. При этом девиация фазы несущих колебаний пропорциональна амплитуде интен-

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Костин, Михаил Сергеевич, 2015 год

Список цитируемых источников

1. Аксимов П.С., Бакут П.А., Богданович В.А. и др. Теория обнаружения сигналов / Под ред. П.А. Бакута. - М.: Радио и связь, 1984. - 440 с.

2. Астанин Л.Ю., Костылев А.А. Основы сверхширокополосных радиолокационных измерений. - М.: Радио и связь, 1989. - 192 с.

3. Божокин С.В. Непрерывное вейвлет-преобразование и точно решаемая модель нестационарных сигналов // Журнал технической физики, 2012. - том 82, вып. 7.-С. 8-13.

4. Будагян И.Ф., Дубровин В.Ф., Сигов А.С. Электродинамика и распространение радиоволн. Уч. пособие. - М.: МИРЭА. 2011. - 200 с.

5. Будагян И.Ф., Илюшечкин М.Н., Щучкин Г.Г. Анализ формы наносекундных сигналов. Излучение и распространение. - LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2012.- 122 c.

6. Будагян И.Ф., Щучкин Г.Г. Моделирование процессов излучения, распространения и рассеяния сверхкоротких импульсов. 4.2. - Радиотехника, №2, 2008. - С.45-58.

7. Будагян И.Ф., Дубровин В.Ф., Сигов А.С. Электродинамика. Современные технологии. - М.: Альфа М - Инфра М, 2013. - 304 с.

8. Васильева Р.В., Гречинский Д.А., Клюев В.В. и др. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: Справочник. В 2-х кн. Кн.1 / Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1978. - 488 с.

9. Васильева Р.В., Гречинский Д.А., Клюев В.В. и др. Приборы и системы для измерения вибрации, шума и удара: Справочник. В2-х кн. Кн.2 / Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1978. - 439 с.

10. Викторов В.А., Лунин Б.В., Совлуков A.C. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 208 с.

11. Вишневский В.М., Ляхов А.И., Портной С.Л. и др. Широкополосные беспроводные сети передачи информации. - М.: Техносфера, 2005. - 592 с.

12. Глебович Г.В., Андриянов A.B., Введенский Ю.В. и др. Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов / Под ред. Г.В. Глебовича. - М.: Радио и связь, 1984. - 256 с.

13. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1986. - 512 с.

14. ГОСТ 30630.0.0-99. Методы испытаний на стойкость к внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Общие требования. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. - 19 с.

15. ГОСТ 30630.1.1-99. Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Определение динамических характеристик конструкции. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. - 17 с.

16. ГОСТ 30630.1.2-99. Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам машин, приборов и других технических изделий. Испытания на воздействие вибрации. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. - 18 с.

17. ГОСТ ИСО 10846-1-2002. Вибрация. Измерения виброакустических передаточных характеристик упругих элементов конструкций в лабораторных условиях. - М.: Стандартинформ, 2007. - 17 с.

18. Зверев В.А., Стромков А.А. Выделение сигналов из помех численными методами. - Нижний Новгород: ИПФ РАН, 2001. - 188 с.

19. Клюев В.В., Соснин Ф.Р., Ковалев А.В. и др. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / Под ред. В.В. Ковалева. 2-е изд., испр. и доп. - М.: Машиностроение, 2003. - 656 с.

20. Кольцов Ю.В. Методы и средства анализа и формирования сверхширокополосных сигналов. Монография. - М.: Радиотехника, 2004. - 128 с.

21. Котоусов А.С. Теоретические основы радиосистем. Радиосвязь, радиолокация, радионавигация. - М.: Радио и связь, 2002. - 224 с.

22. Лазоренко О. В., Черногор Л. Ф. Сверхширокополосные сигналы и физические процессы. 41. Основные понятия, модели и методы описания// Радиофизика и радиоастрономия, 2008. - том.13, №2. - С.166-194.

23. Лазоренко О. В., Черногор Л. Ф. Сверхширокополосные сигналы и физические процессы. 4.2. Методы анализа и применение // Радиофизика и радиоастрономия, 2008. - том 13, №4. - С.270-322.

24. Неганов В.А., Табаков Д.П., Яровой Г.П. Современная теория и практические применения антенн. - М.: Радиотехника, 2009. - 720 с.

25. Никольский В.В., Никольская Т.Н. Электродинамика и распространение радиоволн. - М.: Либроком, 2010. - 544 с.

26. Р. Кинг, Г. Смит. Антенны в материальных средах: В 2-х книгах. Кн. 1. Пер. с англ. - М.: Мир, 1984. - 824 с.

27. Ротхаммель Карл, Кришке Алоиз. Энциклопедия современных антенн / Под ред. Д.А. Мовчан. - М.: ДМК Пресс, 2010. - 416 с.

28. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. - М.: Радио и связь, 1982. - 624с.

29. В. Allen, М. Dohler, Ernest Е. Okon and other. Ultra-wideband antennas and propagation for communications, radar and imaging. - USA.: John Wiley & Sons Ltd, 2007. - 475 p.

30. Bassem R. Mahafza. Matlab Simulation for radar systems design. - USA.: Cambridge University Pres., 2004. - 686 p.

31. Bassem R. Mahafza. Radar signal analysis and processing using Matlab. - USA.: CRC Press, 2009. - 479 p.

32. Chang Liu, Chenjiang Guo, Haobin Zhang. Design of Wideband Vivaldi Antenna Array // Future Intelligent Information Systems. Vol.1 (book 86). - USA.: Springer Berlin Heidelberg, - 2011. - P. 189-194

33. Constantine A. Balanis. Antenna Theory: Analysis and Design. - USA.: WILEY, -2005.- 1136 p.

34. D. Percival, A. Walden. Wavelet Methods for Time Series Analysis. - USA.: Cambridge University Pres., 2006. - 594 p.

35. Danko A. Radiolocation in Ubiquitous Wireless Communication. - USA.: Springer, 2010.- 195 p.

36. G. Kouemou. Radar Technology. - USA.: Published by In-The, 2009. - 43 Op.

37. Haruo Yanai, Kei Takeuchi, Yoshio Takane. Projection Matrices, Generalized Inverse Matrices, and Singular Value Decomposition. - USA.: Springer, 2011. - 236 p.

38. I. Oppermann, J. Iinatti. UWB Theory and Applications. - USA.: John Wiley & Sons Ltd, 2004. - 223 p.

39. James D. Taylor. Ultra-wideband Radar Technology. - USA.: CRC Press, 2001. - 422 p.

40. James D. Taylor. Ultra-wideband Radar. - USA.: CRC Press, 2005. - 448 p.

41. James D. Taylor. Ultrawideband Radar: Applications and Design. - USA.: CRC Press, 2012.-536 p.

42. Krzysztof Iniewski. Optical, Acoustic, Magnetic, and Mechanical Sensor Technologies. - USA.: CRC Press, 2012. - 357 p.

43. Mahafza, Bassem R. Radar systems & analysis and design using Matlab. - USA.: CHAPMAN & HALL/CRC, 2009. - 533 p.

44. Michel Geradin, Daniel J. Rixen. Textbook Mechanical Vibrations: Theory and Application to Structural Dynamics. - USA.: John Wiley and Sons, 2015. - 616 p.

45. S. Graham Kelly. Theory and problems of mechanical vibration. Associate Professor of Mechanical Engineering and Assistant Provost / The University of Akron. -USA. McGraw-Hill, 1996. - 352 p.

46. Schmitz, Tony L., Smith, K. Scott. Mechanical Vibrations Modeling and Measurement. - USA.: Springer Science, 2012. - 378 p.

47. T.-H. Chio, D.Schaubert. Parameter Study and Design of Wide-Band Widescan Dual-Polarized Tapered Slot Antenna Arrays // IEEE Transactions on antennas and propagation, VOL.48. - 2000. - P.879-886.

48. William Bober, Andrew Stevens. Numerical and Analytical Methods with MATLAB for Electrical Engineers. - USA.: CRC Press, 2012.-388 p.

49. X. Wang, A. Dinh, D. Teng. Radar Sensing Using Ultra Wideband - Design and Implementation // Ultra Wideband, №11. - 2013. - P.41-63.

50. Y. Yang, Y. Wang, and A. E. Fathy. Design of compact vivaldi antenna arrays for uwb see through wall applications // Progress In Electromagnetics Research, Vol. 82. - 2008. - P.401-418.

51. Zhi Ning Chen and Michael Y. W. Chia. Broadband planar antennas design and applications. - USA.: John Wiley & Sons Ltd, 2007. - 475 p.