64100 (Устройства РВК)

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

2 РЕЗУЛЬТАТ ПАТЕНТНОГО ПОИСКА

3 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

4 МЕТОДЫ РАДИОВОЛНОВОГО КОНТРОЛЯ НА СВЧ

4.1 Общие сведения о радиоволновом контроле

4.2 Классификация методов радиоволнового контроля диэлектрических изделий и материалов

4.3 Измеряемые параметры и принципы измерений РВК

5 ВЫБОР МЕТОДА РАДИОВОЛНОВОГО КОНТРОЛЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ И МАТЕРИАЛОВ

5.1 Выбор метода РВК. Суть и недостатки выбранного метода

5.2 Возможности метода модулированного отражения при технологическом контроле диэлектрических изделий и материалов

6 РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА РВК

7 РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА РВК

8 ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ И КОНСТРУКТИВНО-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ СВЧ ТРАКТА

8.1 Выбор и расчет характеристик волновода

8.2 Элементы и устройства волноводных трактов

8.2.1 Изгибы и скрутки волноводов

8.2.2 Конструкция и размеры типовых контактных фланцевых соединений

8.2.3 Волноводное разветвление

8.2.4 Волноводные согласованные поглощающие нагрузки

8.3 Расчет направленного ответвителя

8.4 Резонансный вентиль

8.5 Модулирующий отражатель

8.5.1 Переключательный диод

8.5.2. Диафрагмы в прямоугольном волноводе

8.6 Расчет рупорного облучателя

9 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РВК ПО МЕТОДУ МОДУЛИРУЮЩЕГО ОТРАЖЕНИЯ

10 КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

10.1 Технические требования

10.1.1 Общие требования

10.1.2 Основные параметры и характеристики

10.1.3 Требования по устойчивости к внешним воздействиям

10.1.4 Требования к конструкции

10.1.5 Требования к надежности

10.1.6 Комплектность

10.1.7 Маркировка

10.1.8 Консервация и упаковка

10.1.9 Требования безопасности

10.1.10 Правила приемки

10.1.11 Транспортирование и хранение

10.1.12 Указания по эксплуатации

10.1.13 Гарантии изготовителя

10.2 Оценка технологичности конструкции КНЭ

10.2.1 Количественные показатели технологичности конструкции изделия

11 РАЗРАБОТКА БИЗНЕС ПЛАНА ПРОЕКТА

11.1 Резюме

11.2 Описание продукта

11.2.1 Назначение

11.2.2 Форма реализации

11.2.3 Технико-эксплуатационные параметры

11.3 План маркетинга

11.3.1 Описание характеристик товара

11.3.2 Достоинства и недостатки товара конкурента

11.3.3 Предполагаемые потребители

11.3.4 Разработка маркетинговых стратегий

11.4 Организационный план

11.5 Производственный план

11.6 Финансовый план

11.6.1 Расчет и анализ экономической эффективности инвестиционного проекта

12 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ И САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ТРУДА НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПЭВМ – РАЗРАБОТЧИКА РАДИОПЕРЕДАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

12.1 Безопасность труда при эксплуатации проектируемой аппаратуры, разработка средств защиты

12.2 Параметры микроклимата на рабочем месте

12.3 Электрическая опасность

12.4 Требования к пожарной безопасности

12.5 Безопасность труда при работе на установке с использованием источника излучения электромагнитных полей радиочастот

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Высококачественный объект должен отличаться постоянством химического состава, микро- и макроструктурой, электрических и магнитных характеристик материалов, неизменными геометрическими размерами, повышенными механическими и другими свойствами. Для исследования различных свойств изделий, материалов и полуфабрикатов могут быть использованы все известные виды электромагнитных излучений. Особенно успешно можно использовать методы радиоволнового контроля (РВК) материалов на сверхвысоких частотах (СВЧ).

Создание высокоточных и надежных измерителей параметров технологических процессов, способных работать в сложных эксплуатационных условиях, является одной из актуальных проблем.

Таким образом, актуальность проекта обуславливается тем, что применяя средства неразрушающего радиоволнового контроля, можно полностью автоматизировать многие производственные процессы изготовления изделий, повысить производительность и качество выпускаемой продукции.

Целью данного дипломного проекта является разработка устройства для неразрушающего радиоволнового контроля диэлектрических материалов, выполненных в виде пластин, которые в дальнейшем будут использоваться в различных целях.

Задачами дипломного проекта являются разработка конструкции устройства радиоволнового фазометрического контроля радиопрозрачных изделий, выбор метода контроля, разработка конструкции индикаторной части устройства с целью минимизации погрешностей контроля, оценка технической и экономической эффективности.

1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

По техническому заданию к дипломному проекту требуется разработать устройство радиоволнового фазометрического контроля радиопрозрачных диэлектрических пластин (образцов) в условиях лаборатории. Изделия и конструкции из диэлектриков могут иметь в себе дефекты следующих типов:

• нарушения сплошности (расслоения, отслоения, непроклеиность, воздушные включения, трещины и т.п.);

• инородные включения (металлические и диэлектрические с отличными от основного материала диэлектрическими свойствами), имеющие разнообразные формы и размеры;

• структурные неоднородности (изменение плотности и пористости, отсутствие или недостаток связующего, неравномерное распределение вещества – негомогенность состава или смеси, технологические или эксплуатационные проявления анизотропии и т.д.).

Схема устройства должна предусматривать возможность автоматической записи результатов контроля. Контролируемыми параметрами являются электрическая толщина стенки, изменения электрической толщины.

Основными исходными данными являются: длина электромагнитной волны, радиус кривизны стенки в зоне контроля, характерные размеры контролируемого участка стенки, чувствительность фазометрического устройства к изменению электрической толщины. Также известно, что электрическая толщина контролируемых радиопрозрачных стенок θ кратно λ0/2√ε, где ε=2…5 (относительная диэлектрическая проницаемость материала стенки).

Таким образом, был проведен анализ технического задания, из которого был сделан вывод, что для проектирования устройства все нужные данные известны.

2 РЕЗУЛЬТАТ ПАТЕНТНОГО ПОИСКА

Был произведен патентный поиск глубиной 14 лет по материалам патентов России. Источником служил основной индекс МПК. В результате поиска был найден следующий патент:

Устройство для измерения параметров диэлектриков.

Регистрационный номер заявки: 2066457.

Дата публикации: 10.09.1996.

Страна публикации: Россия.

Основной индекс МПК: G01R27/26.

Использование: техника измерений СВЧ параметров материалов и антенных обтекателей.

Сущность изобретения: в устройстве, для измерения параметров диэлектриков вдоль всей образующей антенного обтекателя, достигается высокая точность измерений за счет выполнения приемо-передающей антенны в виде зеркальной двухфокусной антенны, согласованной со свободным пространством использования модулированного отражателя, содержащего модулирующий диод и диафрагму малых размеров, и поглотитель, размещенного внутри исследуемого антенного обтекателя в любой его части.

3 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

В диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) применяются разнообразные по своему назначению и принципу действия приборы, предназначенные для народного хозяйства, военного дела и научных исследований. Существует ряд устройств СВЧ, в которых применяются диэлектрические материалы. Примером таких устройств являются:

• антенные обтекатели и антенные окна летательных аппаратов авиационной, ракетной и космической техники;

• СВЧ антенны (линзовые, диэлектрические, поверхностных волн и т.п.);

• герметизирующие окна, оболочки малых размеров, вставки, заглушки в каналах ненаправленных излучателей;

• генераторные устройства, устройства управления электромагнитным полем, фазовращатели, ограничители мощности, неотражающие нагрузки;

• индикаторные антенны, зонды, контактные индикаторы комплексов для различных физических исследований.

Необходимым применяемым методом обеспечения качества диэлектрических изделий является их радиоволновый контроль (РВК). По условиям дипломного проекта контроль параметров радиопрозрачных образцов (стенок) должен осуществляться при одностороннем подходе, из-за невозможности размещения приемной антенной системы позади исследуемого образца. В связи с этим, одной из задач дипломного проекта является выбор метода РВК и схемы элементной базы. Также, основываясь на выбранном методе, необходимо разработать структурную и принципиальную электрическую схемы, провести конструктивно-электрический расчет основных функциональных устройств СВЧ тракта.

Основной целью дипломного проекта является разработка конструкции СВЧ модулирующей отражающей части устройства с целью минимизации погрешностей контроля в сравнении с существующими методами.

4 МЕТОДЫ РАДИОВОЛНОВОГО КОНТРОЛЯ НА СВЧ

4.1 Общие сведения о радиоволновом контроле

Радиоволновый контроль – это определение методами и средствами измерительной техники на сверхвысоких частотах фактических характеристик и параметров объекта контроля. Получаемая при этом информация дает возможность объективно судить о фактическом состоянии исследуемых изделий и материалов.

Физической основой радиоволнового контроля на СВЧ является взаимодействие электромагнитных волн диапазона СВЧ с объектом контроля. Поэтому возможности и ограничения РВК зависят от вида и относительной интенсивности такого взаимодействия, которое может быть установлено экспериментально методами и средствами измерений на СВЧ.

Все измерения на СВЧ при РВК – это косвенные измерения, так как характеристики и параметры объекта контроля определяются путем соответствующих дополнительных вычислений через измеряемые радиотехнические характеристики электромагнитного поля или радиоволны.

Радиоволновые методы основаны на использовании взаимодействия радиоизлучений с материалами контролируемыми изделиями. Это взаимодействие может носить характер взаимодействия только падающей волны (процессы поглощения, дифракции, отражения, преломления), относящиеся к классу радиооптических процессов или взаимодействия падающей и отраженной волн (интерференционные процессы). Диапазон длин волн, используемых в РВК, составляет 1…100 мм (в вакууме), что соответствует частотам 300…3 ГГц.

Отдельные устройства радиоволнового контроля могут работать на частотах f, выходящих за пределы этого диапазона, однако чаще всего для неразрушающего контроля используют трехсантиметровый диапазон (fср ≈ 10 ГГц) и восьмимиллиметровый диапазон (fср ≈ 35 ГГц). Эти два диапазона наиболее освоенные и обеспеченные хорошим набором элементов и измерительной аппаратурой.

Особенности радиоволн СВЧ диапазона:

• СВЧ диапазон обеспечен большим перепадом мощностей генерируемых волн, что позволяет контролировать материалы и среды различной степени прозрачности;

• радиоволны СВЧ могут быть генерированы в виде когерентных поляризованных гармонических колебаний (волн), а это дает возможность обеспечивать высокую чувствительность и точность контроля, используя интерференционные явления, возникающие при взаимодействии когерентных волн с диэлектрическим слоем;

• с помощью радиоволн СВЧ можно осуществить бесконтактный контроль качества при одностороннем расположении аппаратуры по отношению к объекту;

• радиоволны СВЧ могут быть остро сфокусированы, что позволяет обеспечить локальность контроля, минимальный краевой эффект, помехоустойчивость по отношению к близко расположенным предметам, исключить влияние температуры объекта контроля на измерительные датчики;

• информация о внутренней структуре, дефектах и геометрии содержится в большом числе параметров СВЧ зондирующего сигнала: амплитуде, фазе, коэффициенте поляризации, частоте;

• применение радиоволн СВЧ обеспечивает весьма малую инерционность контроля, что позволяет наблюдать и анализировать быстропротекающие процессы;

• аппаратура СВЧ диапазона может быть выполнена достаточно компактной и удобной в эксплуатации.

С точки зрения теоретической электродинамики задача контроля сред методами СВЧ может быть сформулирована в виде граничной задачи во взаимодействии конкретных типов электромагнитных волн определенного вида поляризации с ограниченными или полуограниченными в пространстве объемами этих сред, имеющими разнообразные геометрические формы, свойства поверхности и диэлектрические свойства, изменяющиеся при изменении структуры сред. Результаты взаимодействия зависят от геометрии объектов контроля от значений их диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, которые, в свою очередь, определяются кристаллической структурой, степенью однородности, влагосодержанием материала объекта контроля и др [1].

4.2 Классификация методов радиоволнового контроля диэлектрических изделий и материалов

По своим характерным признакам радиоволновый контроль может быть разрушающим, неразрушающим (не повреждающим изделие), аналитическим и метрологическим. Наибольшее распространение получили разрушающие и аналитические методы контроля, основное достоинство которых заключается в возможности определять абсолютные параметры и характеристики (в первую очередь прочность) изделий и материалов.

В последнее время все более широкое применение находят неразрушающие физические методы контроля. Им присущи свойства, которыми не обладают разрушающие и аналитические методы контроля, поэтому неразрушающие физические методы контроля могут включаться в технологические процессы производства [5].