Б. М. Кац1, А. А. Львов2, П. А. Львов3, В. П. Мещанов4, К. А. Саяпин5
1–5 Научно-производственное предприятие «НИКА-СВЧ» (г. Саратов, Россия)

1 brs19520@yandex.ru, 2 alvova@mail.ru, 3 peter.lvov@gmail.com, 4 nika373@bk.ru, 5 sayapin.k.a@mail.ru

Постановка проблемы. При решении многих технических задач требуется измерять расстояние до некоторой поверхности, когда измеряемый прибор не может контактировать с исследуемой поверхностью, например, из-за ее высокой температуры. По этой же причине или вследствие непрозрачности среды не всегда бывает возможным использование самого высокоточного метода измерения на основе лазерных технологий.

Цель. Разработать бесконтактный метод измерения расстояния до плоской поверхности, основанный на применении микроволнового комбинированного многополюсного рефлектометра.

Результаты. Представлены методики калибровки комбинированного многополюсного рефлектометра, измерения расстояния до зондируемой поверхности с его помощью и уточнения частоты зондирующего сигнала, которые в совокупности позволяют создать относительно недорогой и высокоточный измеритель расстояния, способный измерять координаты исследуемой поверхности с точностью до 0,01 мм и работать в условиях воздействия на исследуемый объект высоких температур, например, в сталелитейной промышленности. Проведено моделирование работы измерителя, которое подтвердило сделанные теоретические выводы.

Практическая значимость. Предложенный метод может быть использован в устройствах для определения расстояния до различных объектов.

Кац Б.М., Львов А.А., Львов П.А., Мещанов В.П., Саяпин К.А. Бесконтактный метод измерения расстояния до плоской поверхности комбинированным многополюсным рефлектометром // Антенны. 2023. № 6. С. 35–45. DOI: https://doi.org/10.18127/ j03209601-202306-04

1. Николаенко А.Ю., Львов А.А., Львов П.А., Глухова О.М. Разработка аппаратного и программного обеспечения бесконтактного измерителя линейных перемещений и вибраций на основе многополюсного рефлектометра // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2019. № 4. С. 81–94. DOI: https://doi.org/10.24143/2072-9502-2019-4-81-94.
2. Engen G.F., Hoer C.A. Application of an arbitrary six-port junction to power measurement problems // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1972. V. 21. P. 470–474. DOI: 10.1109/TIM.1972.4314069.
3. Hanson E.R.B., Riblet G.P. An ideal six-port network consisting of a matched reciprocal lossless five-port and a perfect directional coupler // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1983. V. 31. P. 284–288. DOI: 10.1109/TMTT.1983.1131477.
4. Kabanov D.A., Nikulin S.M., Petrov V.V., Salov A.N. Development of automatic microwave circuit analyzers with 12-pole reflecto-meters // Measurement Techniques. 1985. V. 31. № 10. P. 875–878.
5. Ghannouchi F.M., Mohammadi A. The six-port technique with microwave and wireless applications. Boston, London: Artech House. 2009.
6. Li S., Воsisiо R.G. Calibration of multiport reflectometers by means of four open short circuits // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1982. V. 30. P. 1085–1090. DOI: 10.1109/TMTT.1982.1131200.
7. Griffin E.J. Six-port reflectometers and network analysers // IEE Vacation School Lecture Notes on Microwave Measurement. London Inst. Elec. Eng. 1983. P. 11/1–11/22.
8. Xiao F., Ghannouchi F.M., Yakabe T. Application of a six-port wave-correlator for a very low velocity measurement using the Doppler effect // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2003. V. 52. № 2. P. 546–554. DOI: 10.1109/TIM.2003.810039.
9. Yakabe T., Xiao F., Iwamoto K., Ghannouchi F.M., Fujii K., Yabe H. Six-port based wave-correlator with application to beam direction finding // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2001. V. 50. № 2. P. 377–380. DOI: 10.1109/19.918146.
10. Львов П.А. Применение многополюсных рефлектометров специального вида для решения ряда прикладных задач // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. № 2 (45). С. 181–193.
11. L'vov A.A. Automatic parameter gauge for microwave loads using a multi-port system // Measurement Techniques. 1996. V. 39. № 2. P. 124–128.
12. L'vov A.A., Geranin R.V., Semezhev N., L'vov P.A. Statistical approach to measurements with microwave multi-port reflectometer and optimization of its construction // Proc. of 14th Conf. on Microwave Techniques. 2015. Pardubice, Czech Republic. P. 179–183.
13. Semezhev N., L’vov A.A., Askarova A.Kh., Ivzhenko S.P., Vagarina N.S., Umnova E.G. Mathematical modeling and calibration procedure of combined multiport correlator // Proc. of the Int. Conf. on Information Technologies «Recent Research in Control Engineering and Decision Making». Part of the Studies in Systems, Decision and Control book series. Springer, Cham. 2019. V. 199. P. 705–719.
14. L'vov A.A., Semenov K.V. A method of calibrating an automatic multiprobe measurement line // Measurement Techniques. 1999. V. 42. № 4. P. 357–365.
15. Stelzer A., Diskus C.G., Lübke K., Thim H.W. A microwave position sensor with submillimeter accuracy // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1999. V. 47. № 12. P. 2621–2624. DOI: 10.1109/22.809015.
16. Hiebler M. China goes stainless // Metals and Mining. 2007. № 1. P. 30–31.
17. L'vov A.A. L'vov P.A. A combined multi-port reflectometer for precise distance measuring // Proc. of the Conf. on Precision Electromagnetic Measurements. Rio-de-Janeiro, Brazil. 2014. P. 146–147. DOI:10.1109/CPEM.2014.6898301.
18. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. М.: Физматлит. 2005.
19. Львов А.А., Мещанов В.П., Светлов М.С., Николаенко А.Ю. Оптимальное оценивание параметров СВЧ-цепей с помощью автоматических анализаторов цепей. Алгоритмы обработки наблюдаемых данных // Радиотехника. 2018. № 8. С. 147–154. DOI: 10.18127/j00338486-20-201808-28.
20. Львов А.А., Мещанов В.П., Семежев Н. Комбинированный многополюсный коррелятор и метод его калибровки в системах программно-конфигурируемой радиосвязи // Радиотехника. 2018. № 9. С. 69–73. DOI: 10.18127/j00338486-201809-14.