автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Влияние кольцевых вращающихся сочленений на характеристики пассивных резонансных датчиков

ШТЕЙНБЕРГ ОЛЕГ МИРОНОВИЧ

ВЛИЯНИЕ КОЛЬЦЕВЫХ ВРАЩАЮЩИХСЯ СОЧЛЕНЕНИЙ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПАССИВНЫХ РЕЗОНАНСНЫХ ДАТЧИКОВ

Специальность 05.12.04. Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 НОЯ 2011

Москва-2011

005002648

Работа выполнена на кафедре Основ радиотехники ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ"

Научный руководитель: кандидат технических наук,

старший научный сотрудник ЖГУН Сергей Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

ГРЕБЕНКО Юрий Александрович

Ведущая организация: ОАО "Фомос-Материалс" (г. Москва)

Защита состоится 8 декабря 2011 г. в 17.00 на заседании диссертационно совета Д 212.157.05 при ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ" по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 17, аудитория А - 402.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Ученый сов ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ".

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ".

кандидат технических наук, старший научный сотрудник ФЕДОРОВ Сергей Александрович

Автореферат разослан « » ОКТЯБРЯ 2011г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.0f кандидат технических наук, доцент

Т.И. КУРОЧКИНА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В ряде практических приложений встречаются измерения на вращающихся валах и осях механизмов, необходимые для диагностики работы оборудования и управления технологическими процессами. Использование беспроводной связи с находящимся на крутящемся валу преобразователем измеряемой физической величины в электрическую позволяет значительно повысить надежность и достоверность проводимых измерений в сравнении с использованием связи на скользящих контактах.

Рынок пассивных резонансных датчиков (РД) на поверхностных акустических волнах (ПАВ), предназначенных для размещения на крутящихся валах и осях механизмов, возник недавно и активно развивается. Среди потребителей РД на ПАВ можно отметить лидирующие инновационные компании: NASA, Renault, Ford, McLarent Electronic system ltd.

Пассивные резонансные датчики (рис.1) позволяют осуществлять непрерывные во времени измерения параметров происходящих на крутящемся валу физических процессов. Они состоят из закрепленных на валу резонансных чувствительных элементов (РЧЭ) и кольцевых вращающихся сочленений (КВС), соединяющих их с опрашивающим устройством (ОУ).

Резонансные датчики на ПАВ работают в диапазоне частот от нескольких десятков мегагерц до нескольких гигагерц. Из-за того, что диаметр КВС соизмерим с длиной электромагнитной волны, имеется зависимость электрических параметров КВС от угла поворота вала. Её наличие приводит к зависимости частоты резонансного датчика от угла поворота вала. Обычно за частоту резонансного датчика в измерительных системах принимают частоту наибольшей передачи мощности из ОУ в РЧЭ.

Разработчики систем измерений крутящего момента (Transense technologies Pie, Sensor technology Ltd и др.) занимаются решением проблемы выбора кольцевых вращающихся сочленений (КВС), обеспечивающих слабую зависимость частоты РД от угла поворота вала. Решение этой проблемы позволяет более чем на порядок уменьшить погрешность измерений частоты РЧЭ, проводи- / мых с использованием РД, улучшая свойства измерительной системы. /

КВС

Рис. 1. Резонансный датчик

Для уменьшения влияния зависимости параметров кольцевого вращающегося сочленения от угла поворота вала на измеряемые с помощью резонансных датчиков величины также используют:

• поправочные зависимости от угла поворота вала,

• разностные схемы измерений по показаниям двух и более РЧЭ,

• методы аналого-цифровой обработки полученной информации.

Использование перечисленных методов снижения влияния угла поворота

вала на измеряемые величины ведёт к существенному удорожанию конечного устройства, а также к увеличению его энергопотребления, габаритов и массы.

Таким образом, одна из основных решаемых задач разработки РД сводится к необходимости выбора и определения конструкций КВС, при которых минимизируется зависимость частоты РД от угла поворота вала.

Состояние вопроса

Для обеспечения связи ОУ с расположенными на крутящемся валу РЧЭ используются односекционные и многосекционные кольцевые вращающиеся сочленения с машиной связью. Выбор кольцевых вращающихся сочленений с магнитной связно обусловлен их малыми габаритами и экспериментально полученной слабой зависимостью их электрических параметров от изменения расстояния между кольцами КВС по отношению к другим КВС.

Приводимые в литературе результаты рассмотрения КВС с магнитной связью получены эмпирически. Их использование мало помогает в выборе параметров системы, обеспечивающих слабую зависимость частоты резонансного датчика от угла поворота вала, что указывает на отсутствие теоретических основ, помогающих решению проблемы ослабления зависимости частоты РД от угла поворота вала.

Цель работы

Выработка рекомендаций по минимизации влияния угла поворота вала на частоту резонансного датчика через исследование влияния параметров и структуры колец вращающихся сочленений и способов подключений к ним опрашивающего устройства и РЧЭ на зависимость частоты РД от угла поворота вала.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

> выполнен аналитический обзор публикаций по кольцевым вращающимся сочленениям, используемым для передачи электрических сигналов;

> на основе теории связанных линий передачи разработана математическая модель КВС, используемая в исследованиях зависимостей электрических параметров КВС от угла поворота вала;

> разработаны алгоритм и программа для моделирования зависимости частоты резонансного датчика от угла поворота вала;

> промоделированы различные подключения КВС с магнитной связью, работающего в составе РД, при разных значениях его параметров;

> проведено сравнение симметричного подключения ОУ и РЧЭ к КВС с несимметричным подключением ОУ и симметричным подключением РЧЭ;

> осуществлено сравнение результатов расчетов РД с результатами эксперимента.

Научная новизна

1. Впервые проведен анализ односекционных и многосекционных кольцевых вращающихся сочленений с использованием их моделей на связанных линиях передачи.

2. Впервые промоделировано влияние параметров электрической и магнитной связи на измеряемую частоту резонансных датчиков, использующих односекционные и много секционные кольцевые вращающиеся сочленения с магнитной связью.

3. Впервые предложен способ сравнения кольцевых вращающихся сочленений, использующихся в беспроводных пассивных резонансных датчиках, по разнице между максимальным и минимальным значениями относительного отклонения частоты РД, умноженной на характеристическое сопротивление РЧЭ.

4. Впервые применены вместе модель КВС с магнитной связью на сосредоточенных элементах и модель на связанных линиях передачи для анализа сочленений и расчета зависимостей их электрических параметров от угла поворота.

5. Впервые показано, что симметричное подключение ОУ и РЧЭ к кольцам КВС позволяет значительно ослабить зависимость частоты РД от угла поворота вала по сравнению с другими способами их подключений.

Практическая ценность работы

1. Предложены способы подключения и настроек односекционных и многосекционных кольцевых вращающихся сочленений с магнитной связью, минимизирующие зависимость результатов измерений от угла поворота вала, для их использования в составе пассивных резонансных датчиков.

2. Определены требования к конструкции многосекционного и односекционного КВС с магнитной связью для обеспечения слабой зависимости частоты пассивного РД от угла поворота вала.

3. Изготовлен образец РД на ПАВ с односекционным КВС магнитного типа, уменьшающий зависимость частоты РД от угла поворота вала по сравнению с существующими аналогами в два и более раз.

4. Улучшена достоверность измерений, проводимых на крутящемся валу, с использованием беспроводных резонансных датчиков без привлечения дополнительного оборудования.

Достоверность результатов работы

Достоверность результатов обусловлена применением проверенных математических методов анализа элементов техники СВЧ, теории связанных линий передачи, подтверждена экспериментальными исследованиями и сравнениями с результатами других авторов.

Апробация результатов работы

Полученные в работе результаты были доложены и обсуждены на одиннадцати международных конференциях, прошедших в России и за рубежом: 8-12 Международные научно-технические конференции студентов и аспирантов, Москва, МЭИ (ТУ), 2002г. - 2006г.;

5 международная конференция «Электромеханика, электротехнологии, электротехнологические материалы и компоненты» —2003, Крым, 2003 г.; Конференция IEEE UFFC в Монреале, Канада, 2004г.; 11, 12, 14 Международные конференции по спиновой электронике и гировекторной электродинамике», Москва, 2003г., 2004г., 2005-2006г.;

11 международная конференция «Электромеханика, электротехнологии, электротехнологические материалы и компоненты» — 2006, Крым, 2006г.;

15 Международная конференция «Радиолокация и радиосвязь», Москва, 2007 г.

Публикации

Общее число опубликованных научных трудов - 17, все по теме диссертации. Одна из статей опубликована в журнале «Метрология» из списка ВАК.

Практическое применение

Результаты работы используются в НИР кафедры, в учебном процессе и в разработках заказчика.

Доложс-ния, выносимые на защиту

1. Определено, что значение частоты, на которой односекционное КВС представляет собой инвертор сопротивлений либо трансформатор, является центром области наименьшей зависимости частоты РД от уша поворота вала. В идеальном случае частота РД равняется частоте РЧЭ и не зависит от угла поворота.

2. Для параллельного подключения ОУ и РЧЭ к многосекционному КВС с последовательным включением конденсаторов между секциями его колец определено, что РД имеет наиболее слабую зависимость частоты РД от угла

поворота вала на частоте, расположенной между частотами резонансов чётной и нечётной мод КВС, на которой многосекционное КВС представляет инвертор сопротивлений.

3. Симметричное подключение ОУ и РЧЭ к кольцам КВС позволяет значительно ослабить зависимость частоты РД от угла поворота вала по сравнению с другими способами их подключений.

4. Для сравнения кольцевых вращающихся сочленений рационально использовать параметр, равный произведению разницы между максимальным и минимальным значениями относительного отклонения частоты РД и характеристического сопротивления РЧЭ.

5. Рекомендации по подключению и настройке односекционных и многосекционных кольцевых вращающихся сочленений с магнитной связью для их использования в беспроводных резонансных датчиках.

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из 5 глав, аннотации, введения и заключения, списка литературы, включающего 199 наименований, и 9 приложений. Общий объем диссертационной работы вместе с приложениями — 209 страниц. Текст диссертационной работы изложен на 168 страницах, включая 77 рисунков и 2 таблицы. Приложения занимают 41 страницу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цель работы и решаемые в ней задачи, сформулированы научные положения, выносимые на защиту.

Первая глава является обзорной. В ней рассматриваются существующие вращающиеся сочленения, разработанные для передачи электрических сигналов со слабой зависимостью от угла поворота вала.

Существуют следующие основные способы обеспечения равномерности распределения токов на статоре и роторе, а именно:

> организация симметричного питания относительно оси вращения колец КВС;

> усреднение магнитных и электрических полей за счёт использования многовитковых спиральных структур;

> образование колец вращающегося сочленения с индуктивной связью с последовательным подключением между секциями колец вращающегося сочленения конденсаторов из нескольких каскадно-включенных последовательных резонаторов;

^ использование линий с бегущей волной.

Во второй главе рассматривается модель вращающегося сочленения на связанных линиях передачи (рис. 2). При рассмотрении предусматривается возможность исследования влияния магнитной связи и емкостной связи в КВС на зависимость его электрических параметров от угла поворота ср.

1г

Ж

б)

Рис. 2. Схематичное изображение КВС (а), эквивалентная электрическая схема модели КВС на связанных линиях (б)

Модель односекционного КВС образована включением двух отрезков связанных линий передачи с Т-волной (рис. 2, б ). Размер и значение ёмкости зазора в месте разрыва колец вращающегося сочленения полагаются малыми по отношению к другим элементам системы. Поворот колец вращающегося сочленения вокруг их общей оси на некоторый угол поворота крутящегося вала Ф, моделируется изменением длин каждого из отрезков связанных линий модели с сохранением их суммарной длины. Полагается, что связанные линии передачи имеют одинаковые погонные параметры и удовлетворяют (1).

Х=?22 = У = к + 8а)+МС + Са) — 2гг -2 = г + )(оЬ

(1)

■ = г21 =г„

гп = г 21= 2,ъ = гсв +

В отличие от предшественников, связанные линии передачи впервые предлагается описывать через их характеристические параметры, определяемые следующим образом: волновое сопротивление линий передачи

I г +~]а>Ь

коэффициент распространения каждой из связанных линий передачи У\,1 =Г = -¡(г+1&ьуЦ+]аС);

комплексный коэффициент магнитной связи

г- +

км ~

г +

(2)

(3)

(4)

комплексный коэффициент электрической связи

к - 8е. + ЗаСс* ~

Соответственно, характеристические параметры чётной и нечётной мод связанных линий передачи записываются в (6) через вводимые характеристические параметры связанных линий передачи

г:=1¥Л + к„:г+ = г,11 + к„

2ь - ^ТТ^Г'Г- = У^~^ + 2кс) ■ (6)

1 + 2 кс

Вводимые параметры связанных линий передачи наглядно показывают участие электрической связи и магнитной связи в образовании чётной и нечётной мод в двух связанных линиях передачи. Коэффициент связи, согласованное со связанными линиями сопротивление, постоянные распространения чётной и нечётной мод равняются в однородной изотропной среде заполнения двух связанных линий передачи с Т-волной:

1+к,

■с

У~ + К ■ (9)

В данной работе рассматриваются КВС передачи без потерь, отрезки связанных линий передачи модели которых удовлетворяют (1).

В главе описывается алгоритм получения матрицы рассеяния КВС для общего случая, который используется в расчётах РД; приводится матрица рассеяния КВС, связанные линии передачи модели которого удовлетворяют соотношениям (7) - (9).

Аналитическое исследование характеристик резонансных датчиков с использованием только модели КВС на связанных линиях передачи неочевидно. Получаемые аналитические выражения, описывающие коэффициент отражения РД, громоздки и сложны как в анализе, так и в понимании. В них входит слишком много влияющих на частоту РД параметров. Поэтому модель КВС на связанных линиях передачи целесообразно использовать только при проведении расчётов зависимостей параметров РД от угла поворота вала.

В третьей главе рассматриваются:

- влияние разных подключений конденсаторов между односекционным КВС с магнитной связью, ОУ и РЧЭ;

- влияние способов подключений ОУ и РЧЭ к КВС;

исследуется влияние емкостей конденсаторов, подключаемых между КВС, ОУ и РЧЭ, на зависимость частоты РД от угла поворота вала.

В работе впервые предлагается переход от модели КВС на связанных линиях передачи к его упрощенной эквивалентной схеме замещения на сосредоточенных элементах для получения возможности интерпретации процессов, происходящих в КВС с подключенными к нему настроечными элементами. Эффективная суммарная электрическая длина связанных линий передачи модели КВС должна быть меньше четверти длины волны < /У4). Установлено, что симметричное подключение позволяет уменьшить до двух раз эффективный электрический размер колец вращающегося сочленения в сравнении с несимметричным подключением. Рассматриваются свойства колец вращающегося сочленения при разных способах подключения к ним нагрузок, составляются эквивалентные электрические схемы замещения на сосредоточенных элементах.

Благодаря предложенному переходу становится возможным применение методов теории цепей при анализе влияния КВС магнитного типа на параметры резонансного датчика для получения несложных аналитических выражений, описывающих характеристики КВС. Упрощенная модель КВС на сосредоточенных элементах не может быть использована в расчёте зависимостей параметров РД от угла поворота вала.

Из результатов моделирования влияния параметров резонансного частотного элемента и опрашивающего устройства на зависимость частоты резонансного датчика от угла поворота вала следует, что у КВС с магнитной связью без потерь электромагнитной энергии отсутствуют зависимости:

- частоты РД от резонансного сопротивления РЧЭ;

- входного сопротивления РД на частоте РД от характеристического сопротивления РЧЭ.

Анализ влияния параметров РЧЭ на зависимость частоты РД от угла поворота вала приводит к необходимости введения универсальной характеристики - относительного отклонения частоты РД, умноженного на характеристическое сопротивление РЧЭ:

£рд(ф)= (/рд(ф) ~/рд(0)) * ррчэ //рчэ , (10)

где ррчэ - характеристическое сопротивление РЧЭ,^чэ - резонансная частота РЧЭ.

и

Существенную роль в сравнении КВС, использующихся в составе РД, играет разница между максимальным и минимальным значениями Ард(ф)-'

*рд = тах(£рд (<?))-гшп^рд ($>)). (Ц)

Четырехполюсник, образованный КВС с подключенными к нему реактивными элементами, называется устройством передачи магнитного типа (УПМТ). Обнаружена характеризующая настройки УПМТ связь между рассчитанной по модели КВС на связанных линиях передачи зависимостью частоты РД от утла поворота вала и отношением выходного сопротивления ОУ (2Ьу ) к обобщенному параметру УПМТ Яуц, полученному из анализа упрощённой модели КВС на сосредоточенных элементах с применением теории цепей. Для подключений, показанных на рис. 3 (б, в), 2ух\ является характеристическим сопротивлением УПМТ со стороны ОУ на частоте, на которой УПМТ становится трансформатором; для подключений, показанных на рис. 3 (а, г), 2щ\ является постоянной инвертора сопротивлений.

ОУ

г

2 С;

С

| \ симм.

у-во

,2 Сг

ОУ

£

2 Сг

симм. у-во

2р2

ОУ

г

симм. у-во

Сг

ОУ га

X л 2 X

——|

"г

2 б 1 симм. 3

у-во Сг II

1 3

X 4 X

—¿^¡Ь— мг

I—й >ез

в

г

Рис. 3. Симметричные подключения РД к ОУ

Из анализа множества рассчитанных по модели РД зависимостей была обнаружена связь между зависимостью мнимой части выходного сопротивления УПМТ с подключенным к нему ОУ (ЛГцых) от угла поворота вращающегося сочленения и аналогичной ей зависимостью частоты РД. При Хвых близком к нулю существует возможность использования Хвых(<р) для приближенного определения областей слабой зависимости частоты [рд(ф), а также для оценки пределов минимизации зависимости частоты РД от угла

поворота с использованием соотношения:

4/га i /рчэ ~ ЛХвых / ррчэ, (12)

где Д/рд - девиация частоты РД при полном обороте колец вращающегося сочленения, ЛХвых - девиация выходного сопротивления УПМТ с подключенным к нему ОУ.

У показанных на рис.3 подключений ОУ и РЧЭ к УПМТ существуют настройки, при которых зависимость частоты РД от угла поворота вала

ОН .. ШТО О™. ______«___ __________

х IV ИЛ-ШИ. А 1XI ЛШ ^ I 1

формированию на частоте РД из УПМТ трансформатора сопротивлений для подключений, показанных на рис. 3, б, в, или инвертора сопротивлений для подключений, показанных на рис. 3, а, г. Однако применение параллельного подключения ОУ и РЧЭ к УПМТ (рис. 3,г) позволяет получить наиболее широкую область частот, в которой наблюдается слабая зависимость измеряемой частоты от угла поворота вала. В пределах этой области частот, УПМТ можно приближенно считать инвертором сопротивлений. Поэтому наиболее подробно в данной главе анализируется параллельное подключение ОУ и РЧЭ к УПМТ.

Рассматриваются симметричное (рис. 3, г) и несимметричное подключения опрашивающего устройства к УПМТ. При несимметричном подключении центральный проводник коаксиального кабеля, ведущего от ОУ, соединен с одним из концов разорванного в месте подключения кольца КВС; другой конец кольца — с экраном кольца КВС и экранирующей оплёткой кабеля.

При симметричном подключении колец КВС к ОУ и РЧЭ УПМТ становится инвертором сопротивлений на частоте, определяемой выражением:

где ксс, - коэффициент емкостной связи, учитывающий ёмкость связи между кольцами УПМТ, определяемый как:

г

¡г - «

*са- — . (И)

2

Значение ёмкости связи на частоте /тр между кольцами УПМТ зависит от его параметров: Ссв = /(№; 8, кс). Из расчетов с использованием модели КВС на связанных линиях передачи получено, что интегральный коэффициент емкостной связи, может быть аппроксимирован следующим выражением:

*<Ъ=*с-(яо04+в,0г). (15)

где д0= 1,545-Ю"3 рад "4 и а\ = 0,058 рад "2; 0 - электрический размер КВС.

Постоянная инвертора, образованного из УПМТ на частоте/гР, равняется 2уп = Р-

1

[к ссв + ■ 1

где р = (£>■ Ьжв - 2Ж ■ 1£\р/¿) — характеристическое сопротивление колебательных контуров УПМТ, образованных включением в разрывы колец КВС конденсаторов.

Соответственно, входное сопротивление РД на частоте/ТР равняется

■^рд = ^УП/'РЧЭ • (17)

Выражения (13), (16) и (17) получены из упрощенной эквивалентной электрической схемы замещения КВС на сосредоточенных элементах с использованием вводимых характеристических параметров, описывающих связанные линии передачи.

Кщ, Ом

1,25 /ы/^чэ

Рис.4. Контурный график зависимости КРД (/о1/^.Чэ,/о2//рчэ )

Область слабой зависимости частоты РД от угла поворота вала существует при отношении выходного сопротивления ОУ к постоянной инвертора, равном 1,45. Она располагается вокруг частоты образования инвертора сопротивлений вдоль линии, соответствующей равенству резонансных частот обоих колец УПМТ ( рис. 4). На область указывает стрелка.

Из результатов моделирования РД получен важный вывод о том, что симметричное подключение ОУ и РЧЭ к КВС ослабляет зависимость частоты РД от угла поворота вала более чем в два раза в сравнении с несимметричным подключением колец КВС к ОУ и симметричным подключением к РЧЭ. Ранее использовалось несимметричное подключение КВС к ОУ и симметричное подключение к РЧЭ. Симметричное подключение КВС к ОУ и к РЧЭ позволяет создавать КВС значительно больших диаметров, до двух раз, с сохранением области слабой зависимости частоты РД от угла поворота вала.

Для уменьшения зависимости частоты РД от угла поворота вала предлагается увеличивать коэффициент магнитной связи, уменьшать коэффициент емкостной связи, уменьшать волновое сопротивление колец вращающегося сочленения и уменьшать электрический размер КВС.

Рекомендуется использовать РЧЭ, имеющие высокую добротность и высокое характеристическое сопротивление. Хорошо для этой цели подходят резонаторы на ПАВ, которые имеют высокое характеристическое сопротивление и достаточную добротность, порядка 10000.

В четвёртой главе рассматривается вопрос о построении многосекционных КВС с доминирующей магнитной связью, обеспечивающих слабую зависимость частоты РД от угла поворота, при размещении РЧЭ на крутящихся валах большого диаметра, когда размер односекционных вращающихся сочленений превышает четверть длины волны. На рис. 5 показана модель ТУ-сек-ционного КВС на связанных линиях передачи.

1 4Л/

I I

Рис. 5. Эквивалентная электрическая схема модели многосекционного КВС

Существуют два основных способа подключения конденсаторов между секциями многосекционных УПМТ: последовательное подключение (рис. 6, а) и параллельное подключение ( рис. 6,6).

0—

0-

х_

,|Секц.1

«4-

!Секц.2'

0-

0-

X.

JCeKn.li, <Г У*

,;Секц.2

Н12,

Рис. 6. Примеры подключений конденсаторов между двумя секциями кольца вращающегося сочленения в двухсекционном УПМТ: а - последовательное; б - параллельное

Известно: при последовательном подключении конденсаторов между секциями колец вращающегося сочленения набег фазы от N секции на резонансной частоте стремится к нулю. При параллельном подключении, наоборот, он составляет пЫ, где число секций кольца сочленения N полагается нечётным. Последовательное подключение конденсаторов обеспечивает равномерное распределение амплитуды и фазы токов на каждом из колец

вращающегося сочленения, параллельное подключение конденсаторов — только амплитуды токов.

В работе показано, что использование в составе РД последовательного подключения конденсаторов между секциями колец вращающегося сочленения при образовании УПМТ обеспечивает примерно на порядок более слабую зависимость частоты резонансного датчика от угла поворота вала в сравнении с параллельным подключением конденсаторов между секциями УПМТ.

Из рассмотренных подключений ОУ и РЧЭ к многосекционному УПМТ слабые зависимости от угла поворота вала имеют параллельное подключение ОУ и РЧЭ к УПМТ (рис. 7, а), а также последовательное подключение ОУ и параллельное подключение РЧЭ к УПМТ (рис. 7, в).

2С,

9.2

■#

НЙ

в г

Рис. 7. Принципиальные электрические схемы вариантов подключения ОУ и РЧЭ к двухсекционному УПМТ

При параллельном подключении ОУ и РЧЭ многосекционное УПМТ имеет две частоты, на которых УПМТ является инвертором сопротивлений. Область частот, в которой мал коэффициент АГРД, располагается вокруг верхней частоты, на которой многосекционный УПМТ приобретает свойства инвертора сопротивлений. Она располагается между частотами чётной и нечётной мод многосекциониого УПМТ. Отношение выходного сопротивления ОУ к постоянной инвертора УПМТ на данной частоте, при котором существует

область слабой зависимости частоты РД от утла поворота вала, расположенная вокруг частоты образования инвертора сопротивлений из УПМТ, сильно зависит от числа секций УПМТ и коэффициента магнитной связи.

Показано, что волновое сопротивление связанных линий передачи и коэффициент емкостной связи модели многосекционного УПМТ оказывают влияние на частоту РД такое же, как и при использовании односекционного УПМТ.

В пятой главе приводится сравнение результатов расчета по модели вращающегося сочленения на связанных линиях передачи без потерь с результатами проведенных измерений несимметричного подключения резонансного датчика. Рассматривается параллельное подключение РД и РЧЭ к УПМТ. Несимметричное подключение позволяет минимизировать число расположенных между ними элементов, обеспечивая надежность получения и однозначность интерпретации результатов измерений.

8ир(Грд(ср)-/рд(0°)),кГц

№д(0°)-/рчэ),кГц

5 6 (1,, мм

Рис. 8. Зависимости от расстояния между кольцами КВС: а - наибольшего отклонения частоты РД от его частоты при ф=0°; б - разницы между частотой РД и частотой РЧЭ; в - модуля коэффициента отражения РД на частоте РД (7?Рд) при ср=0° (резонансная частота колец статора и ротора — 197 МГц)

Для сравнения выбраны параметры резонансного датчика, дающие относительно сильную зависимость частоты от угла поворота, т.е. режим, при котором резонансная частота каждого из колец УПМТ располагается вблизи частоты РЧЭ.

Результаты измерений и расчетов сравниваются по трём зависимостям, показанным на рис. 8. На них, видно хорошее согласование результатов расчётов по модели РД на связанных линиях передачи с результатами проведенных экспериментов.

На рис. 9 приводятся экспериментальные зависимости максимального отклонения частоты резонансного датчика (а) и разницы между частотами РД и РЧЭ (б) от расстояния между кольцами вращающегося сочленения (с1\). Области слабой зависимости выделены овалом. В этих точках УПМТ близко по своим свойствам к инвертору сопротивлений.

Для экспериментального исследования был выбран резонатор на ПАВ с резонансной частотой /рчэ - 200,366 МГц, добротностью 6рчэ = 3500, резонансным сопротивлением гРЧэ= 90 Ом, характеристическим сопротивлением рРЧэ= 323,24 кОм. Кольца КВС выполнены на фольгированном с двух сторон стеклотекстолите с относительной диэлектрической проницаемостью 4,8 и толщиной диэлектрика 1,5 мм, внутренний диаметр колец КВС равняется 29,3 мм, внешний диаметр — 61,5 мм, ширина колец — 16 мм, диаметр вала — 20 мм.

Наименьшее зафиксированное в эксперименте изменение частоты при вращении вала составило по модулю (120 ±60) Гц на частоте 200 МГц при расстоянии = (1,50 ± 0,15) мм и резонансной частоте колец УПМТ 182 МГц, что соответствует нормированному на параметры РЧЭ коэффициенту частоты резонансного датчика /ц>д= (0,2 ± 0,1) Ом. Однако на графиках зависимостей (рис.9, а) также видна возможность получения ещё более слабых зависимостей частоты резонансного датчика от угла поворота вала.

Из оценки потенциально-возможного ослабления зависимости частоты РД от угла поворота следует, что данная зависимость может быть менее 10"7, что значительно меньше случайной погрешности измерений и меньше отно-

8ир(/"гд(ср)-/Рд(0°)),кГц

/ ' -Л \ ---—-V

/ ж;., ~ — ^ ч N

—♦—197МН -*- 186МН -4- 182МН -в- 178МН. • ■*-1ГШ ■ ■* - 170МН,

ч !

112 3

а

(/¡>д(0°)-/рчэ),кГц

5

5 Й,,ММ

Рис. 9. Зависимости от расстояния между кольцами КВС: а - 5ир((^,д(<р) -/Рд(0°))), б-Ш 0°)-/рчэ)

сительной случайной инструментальной погрешности бинстр=3-10"7. Для достижения относительной зависимости частоты от угла поворота вала, равной (6±3) • 10"7, не требуется идеального изготовления КВС и тщательной защиты от воздействий окружающей среды.

В заключении перечисляются основные выводы работы о способах ослабления зависимости частоты РД от угла поворота вала при использовании в резонансных датчиках КВС с доминирующей магнитной связью.

Список опубликованных работ:

1. Штейнбсрг О.М., Швецов A.C., Жгун С.А., Лобов Г.Д. Повышение чувствительности и точности измерителя крутящего момента вращающегося вала с электромагнитной связью с датчиком на поверхностных акустических волнах.// Метрология. — 2007.—No.12.— С. 15-25.

2. Штейнберг О.М., Швецов A.C., Жгун С.А., Лобов Г.Д. Повышение чувствительности и точности измерения крутящего момента в инструментах для измерения крутящего момента вращающегося вала с электромагнитной связью с датчиком на поверхностных акустических волнах. // Measurement Techniques —2007,—Vol.50—No.12.— P. 1297-1303. (анга.)

3. Штейнберг O.M., Жгун С.А., Баринов А.Э., Лобов Г.Д. Исследование влияния различных способов подключения к бесконтактному вращающемуся устройству на искажения при передаче ВЧ-сигнала. // Труды XI Международной конференции по спиновой электронике и гировекторной электродинамике — 2002.— с. 509-516.

4. Штейнберг О.М., Жгун С.А., Баринов А.Э., Лобов Г.Д. Исследование свойств круглого коаксиального бесконтактного вращающегося устройства передачи ВЧ сигналов. // Труды 5-ой МКЭЭЭ-2003. — 2003— 4.1. — С.304-307.

5. Штейнберг О.М., Жгун С.А., Лобов Г.Д. Исследование влияния бесконтактного коаксиального вращающегося сочленения на измерение частоты подключенного к нему резонатора на ПАВ.// Труды XII международной конференции по спиновой электронике и гировекторной электродинамике. — 2003. — С. 505-515.

6. Штейнберг О.М., Жгун С.А., Баринов А.Э. Исследование бесконтактного вращающегося устройства передачи высокочастотных сигналов. // Восьмая международная НТК студентов и аспирантов: Тезисы докладов. М: МЭИ. — 2002.—Т. 1.—С. 17.

7. Штейнберг О.М., Жгун С.А., Баринов А.Э. Анализ бесконтактного вращающегося устройства передачи высокочастотных сигналов. // Девятая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. М: МЭИ. —2003.—Т.1.—С. 9-10.

8. Штейнберг О.М., Жгун С.А., Лобов Г.Д. Анализ подключения к бесконтактному коаксиальному высокочастотному вращающемуся сочленению резонатора на ПАВ. // Труды 5-ой МКЭЭЭ-2004. — 2004. — Ч. 1. — С. 179-181.

9. Баринов А.Э., Жгун С.А., Штейнберг О.М., Лобов Г.Д., Можаев П. Исследование свойств высокотемпературных сверхпроводниковых пленок. // Труды 5-ой МКЭЭЭ-2003. —2003.—Ч.1.— С.258-261.

10. Штейнберг О.М., Жгун С.А. Определение частоты резонатора на ПАВ, подключенного к бесконтактному коаксиальному вращающемуся сочленению.// Десятая международная НТК студентов и аспирантов: Тезисы докладов. М: МЭИ. — 2004.— Т. 1.— С. 14.

11. Штейнберг О.М., Жгун С.А. Резонансная частота коаксиального вращающегося сочленения./! Одиннадцатая международная НТК студентов и аспирантов: Тезисы докладов. М: МЭИ. — 2005.— T.l.— С.13.

12. Штейнберг О.М., Жгун С.А., Лобов Г.Д. Минимизация влияния вращения на измерение частоты резонатора в цепи бесконтактного вращающегося сочленения.// Труды XI-ой МКЭЭЭ-2006.— 2006—4.1.— С. 163-164.

13. Штейнберг О.М., Швецов А.С., Жгун С.А., Лобов Г.Д. Погрешности измерений крутящего момента вращающегося вала, связанные с бесконтактным подключением датчика на ПАВ. //Труды XV международной конференции «Радиолокация и радиосвязь».—2007.—С. 519-527.

14. Баринов А.Э., Жгун С.А., Штейнберг О.М., Лобов Г.Д., Можаев П. Исследования свойств высокотемпературных сверхпроводниковых пленок. // Труды 5-ой МКЭЭЭ-2004. — 2004.— Ч. 1. — С. 182-184

15. Жгун С., Швецов А., Штейнберг О., Бхаттачарджи К., Флаверс Дж. Подход к контролируемой подстройке размещённых на пластине фильтров на ПАВ.// Proceedings 2004 IEEE Ultrasonics symposium. — 2004. — P. 1888-1891.(англ.)

16. А.С.Швецов, С.А.Жгун, Г.Д. Лобов, О.М.Штейнберг, Д.П. Морган Вопросы проектирования однопортовых резонаторов на ПАВ на материалах с естественной однонаправленностью.// Труды XIV международной конференции по спиновой электронике и гировекторной электродинамике.— 2005-2006 — С. 344-358.

17. Штейнберг О.М., Жгун С.А. Свойства коаксиального вращающегося сочленения, нагруженного резонатором.// Двенадцатая международная НТК студентов и аспирантов: Тезисы докладов. М: МЭИ. —2006.—T.l.— С.27-28.

Подписано в печать!^. /С. ЦГ. Зак.,Ш Тир. -i'Ci Пл.

Полиграфический центр МЭИ(ТУ)

Красноказарменная ул.,д.13

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Кольцевые вращающиеся сочленения с доминирующей. магнитной связью.

1.2. Многосекционные КВС с доминирующей магнитной связью.

1.3. КВС с древовидным симметричным питанием.

1.4. Вращающиеся сочленения больших электрических размеров с доминирующей магнитной связью.

1.5. КВС с распределённой электромагнитной связью

1.6. Вращающиеся сочленения в резонансных датчиках.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОЛЬЦЕВОГО

ВРАЩАЮЩЕГОСЯ СОЧЛЕНЕНИЯ.

2.1. Модель вращающегося сочленения.

2.2. Описание модели КВС на связанных линиях передачи.

2.3. Определение множества вращающихся сочленений для создания их модели на связанных линиях передачи.

2.3.1. Свойства модели связанных линий передачи.

2.3.2. Определение применяемых в исследовании характеристических параметров связанных линий передачи.

2.4. Матрица рассеяния модели кольцевого вращающегося. сочленения.

2.4.1. Алгоритм формирования матрицы рассеяния модели КВС.

2.4.2. Матриг\арассеяния модели вращающегося сочленения. в однородной и изотропной среде без потерь.

2.5 . Выводы по главе 2.:.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ОДНОСЕКЦИОННОГО КОЛЬЦЕВОГО ВРАЩАЮЩЕГОСЯ СОЧЛЕНЕНИЯ

С МАГНИТНОЙ СВЯЗЬЮ.

3.1. Влияние подключения колец вращающегося сочленения. на его свойства.

3.1.1. Свойства линий передачи при разных способах их подключения.

3.1.2. КВС с магнитной связью.

3.1.3. Подключения'ОУ и РЧЭ к КВС.

3.2. Влияние параметров резонансного датчика на его частоту.

3.2.1. Влияние параметров РЧЭ на РД.

3.2.2. Влияние выходного сопротивления ОУ на частоту РД.

3.2.3. Влияние емкостной связи на УПМТ.

3.3. Поиск обобщенных величин для сравнения, анализа. вращающихся сочленений.

3.3.1. Связь выходного сопротивления УПМТ и подключённого. к нему ОУ с частотой РД.

3.3.2. Не зависящие от параметров РЧЭ коэффициенты. частоты РД.

3.4. Анализ режимов работы вращающегося сочленения для четырёх основных подключений.

3.4.1. Параллельное подключение ОУ и РЧЭ к УПМТ.

3.4.2. Параллельное подключение ОУ и последовательное. подключение РЧЭ к УПМТ. 3.4.3. Последовательное подключение ОУиРЧЭ к УПМТ.

3.4.4. Последовательное подключение ОУ и параллельное подключение РЧЭ к УПМТ.

3.5. Анализ РД при параллельном подключении ОУ и РЧЭ к УПМТ.

З.5.Г. Анализ без учёта ёмкости связи.

3.5.2. Анализ симметричного подключения РД с учётом. мкости связи.

3.5.3. Анализ несимметричного подключения РД к ОУ.

3.5.4. Несимметричное подключение РД к ОУ с имеющим максимум в центре распределением тока.

3.5.5. Возможные реализации симметричного параллельного. подключения ОУиРЧЭ к УМПТ.

3.6. Анализ влияния волнового сопротивления Ж связанных. линий передачи модели КВС на частоту РД.

3.7. Основные результаты главы 3.

4.5. Выводы по главе 4

Из анализа параллельного подключения- ОУ и РЧЭ; к многосекционному УПМТ: с последовательным включением конденсаторов между его секциями, получены следующие выводы:

1) При параллельном; подключении» ОУ и РЧЭ к многосекционному УПМТ." имеются}две частоты, трансформации, на которых УПМТ проявляет свойства инвертора сопротивлений.

2) Область., частот, внутри которой мала зависимость частоты РД от угла поворота вала, располагается вокруг большей из этих частот.

3) Уменьшение коэффициентов магнитной, и емкостной связей«; позволяет значительно? снизить; зависимость частоты РД от угла поворота вращающегося сочленения. Этот вывод о влиянии коэффициента магнитной связи отличается от выводов, Iюлученных для параллельного подключения ОУ и РЧЭ к односекционному УЦМТ,

4) Отношение выходного сопротивления ОУ к постоянной инвертора УПМТ на частоте/грь при котором существует данная, область, зависит от числа секций УПМТ и коэффициента магнитной связи. Чем большее число секций имеют кольца УПМТ, тем. сильнее становится зависимость отношения выходного; сопротивления1 ОУ к постоянной инвертора УПМТ от коэффициента магнитной связи, при котором вокруг частоты, образования инвертора сопротивлений из УПМТ образуется область слабой зависимости частоты РД от угла поворота вала.

4.6. Рекомендации

1) Увеличение числа секций УПМТ позволяет сохранить слабую зависимость частоты РД от угла поворота вала даже при использовании их с валами большого диаметра, уменьшая при этом параметрические искажения передаваемого сигнала.

2) При наличии зависимостей частоты от угла поворота вала, которые сложно избежать, они могут быть существенно (как минимум пропорционально) уменьшены за счёт разделения колец на равное число одинаковых секций, соединенных друг с другом конденсаторами. Ёмкости конденсаторов выбираются по предложенным в данной главе соотношениям.

3)В отличие от односекционных УПМТ многосекционные УПМТ не обеспечивают сколь угодно слабых зависимостей частоты РД от угла поворота вала на частотах образования из УПМТ трансформаторов или инверторов сопротивлений.

4) Параллельное1 подключение ОУ и РЧЭ к УПМТ наиболее удобно при настройке РД в режим слабой зависимости частоты РД от угла поворота вала, расположенного в частотной области характеристик УПМТ вокруг частоты образования трансформатора. При этом необходимо обеспечить оптимальное отношение между выходным сопротивлением ОУ и постоянной инвертора, образованного из УПМТ, по приведенным в главе зависимостям.

4) Желательно выбирать кольца УПМТ с меньшим волновым сопротивлением, меньшей постоянной распространения волны и малыми электрическими потерями как в проводнике, так и в заполняющем среду диэлектрике.

Глава 5. Экспериментальные исследования

В главе приводится сравнение результатов счета, произведенного по модели вращающегося сочленения»на связанных линиях передачи;без потерь, с результатами проведенных измерений для несимметричного подключения резонансного датчика в сочетании с параллельным подключением ОУ и РЧЭ к УШМТ. Несимметричное подключение РД к ОУ минимизирует число элементов, расположенных между ними, повышая надежность и достоверность получаемых результатов;

5Л. Исследуемый резонансный датчик

5:1; Принципиальная электрическая схема резонансного датчикам

Для эксперимента^ выбирается резонансный- датчик,, состоящий из односекционного УНМТ с параллельно подключёнными кг нему ©У и РЧЭ. Принципиальная-электрическая схема подключения показана;на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Принципиальная электрическая схема подключения РД

Выбор несимметричного подключения связан с необходимостью максимального уменьшения» числа неучтённых .элементов* между УПМТ с подключенными, к нему РЧЭ и ОУ. В качестве ОУ используется векторный анализатор цепей, выходное сопротивление которого равняется 50 Ом.

Параллельное подключение ОУ и РЧЭ к УПМТ обеспечивает малую зависимость частоты резонансного датчика от угла поворота вала, если отношение характеристического сопротивления УПМТ к выходному сопротивлению ОУ равняется. Zoy/Zyп=l,45! Область малой зависимости от угла поворота вращающегося вала достигается также при других отношениях между сопротивлениями:

A<{Z0ylZyu)<lJ (5.1)

Пусть выходное сопротивление ОУ равняется 50 Ом; тогда интервал значений постоянной инвертора, образованного из УПМТ. равняется

29 Ом < Zyn <36 Ом. (5.2)

Постоянная« инвертора; полученного из УПМТ, приближенно определяется (3.46). Его также можно переписать в виде:

-К2 гуп =^/2.^.Л%(00)18(90/2). ^ м ,, (5.3) км ' . где 0о - электрическая длина каждой из• связанных линий КВС на резонансной частоте Уо.

Используя (5.2) и (5.3), всегда можно найти: комбинации параметров {Щ 9о, км}, прш которых образуется область малой: зависимости? частоты РД от угла поворотаУТГМТ пришараллельном подключении к нему ОУ и РЧЭ.

5.1.2. Экспериментальный образец вращающегося сочленения

ЩЬ предложенным в главе 3- рекомендациям к: конструкции? КВС был создан экспериментальный образец КВС. Его эскиз вместе с подключенными к нему анализатором? цепей ш резонатором на ПАВ показан, на рис. 5.2. Каждое из колец вращающегося' сочленения выполнено в виде широких медных тонких пластин, расположенных на диэлектрике толщиной о£=1,5мм (двухсторонний стеклотекстолит) и е = 4,8. Взаимодействующие проводящие поверхности колец сочленения имеют радиальный разрыв в месте подключения к ним: нагрузок. Внешний диаметр кольца; вращающегося: сочленения равняется Дшешн" 61,5 мм, его внутренний- диаметр — Ашугр= 29,3 мм, • ширина колец — м> = 16 мм. Вращающееся сочленение располагается вокруг проводящего вала диаметром- Дзал" 2 см-. Плоскость взаимодействия колец перпендикулярна оси вала: Оси вращения КВС и вала совпадают. Вращающееся сочленение не: имеет внешней экранирующей стенки, защищающей от излучения во внешнюю среду. Вал и держатели колец вращающегося сочленения выполнены из хорошо проводящего материала. Экранирующие слои проводника с внешних сторон колец вращающегося сочленения соединяются с держателями токопроводящим составом. Держатели колец выполнены из проводника.

Подключение ОУ и РЧЭ к КВС осуществляется в центре колец вращающегося сочленения в месте их разрыва, как это показано на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Кольцевое вращающееся сочленение с подключенными к нему резонатором на ПАВ и анализатором цепей

Измерение параметров характеристик статора и ротора КВС производится раздельно. На рис. 5.3 показаны измеренные зависимости вещественной и мнимой частей входного сопротивления статора (кривая 1) и ротора (кривая 2) вращающегося сочленения.

800 600 400 200 0

Че(гвх),Ом

1

1

• ■ а

1 ■ к

I ¿V ■ я

1 п /і \ 1- 4 — * \

1 1/ \

Л ■ - - Ц * • т^вх),Ом

400 200 о -200 -400 т

100 200 300 400 500 600 МГц

100 200 300 400 500 600

I МГц а) б)

Рис. 5.3. Зависимости вещественной (а) и мнимой частей входного сопротивления БКВС магнитного типа от частоты: 1 — статор, 2 — ротор

Параметры ротора определяются при балансном« включении к анализатору цепей, статора — при несимметричном подключении. Из зависимостей, показанных на рис.5.3, следует, что:

- резонансная частота статора равняется 264МГц (кривая 1);

- резонансная частота ротора равняется 528МГц (кривая 2).

Таким образом, частоты, на которых статор и ротор являются четверть волновыми резонаторами, расположены так, что резонансная частота ротора в два раза больше резонансной частоты статора.

Балансное подключение колец УПМТ позволяет уменьшить эффективный электрический размер колец КВС почти в два раза.

1т(гвх),Ом

190 194 198 202 206 210 214 МГц

Рис. 5.4. Зависимость от частоты мнимой части входного сопротивления статора вращающегося сочленения: 1 — статор в воздухе; 2 — статор на валу

На, рис. 5.4 показаны частотные зависимости мнимой части входного сопротивления статора КВС. В табл. 5.1 сведены параметры входного сопротивления; рассчитанные для этих.двух случаев размещения статора КВС.

Заключение

В данной работе проведено теоретическое и экспериментальное исследование характеристик односекционных УПМТ и теоретическое исследование характеристик многосекционных УПМТ, работающих в составе беспроводных резонансных датчиков, расположенных на крутящихся валах. Сделан обзор литературы по коаксиальным и кольцевым вращающимся сочленениям, рассмотрены их основные достоинства и недостатки.

Рассмотрено много разнообразных кольцевых вращающихся сочленений, из которых выбраны для более подробного исследования односекционные и многосекционные кольцевые вращающиеся сочленения с доминирующей магнитной связью. Главное достоинство КВС с магнитной связью по сравнению с другими вращающимися сочленениями состоит в экспериментально полученных слабых зависимостях электрических параметров сочленений от угла поворота вала и их малой чувствительности к непараллельному и несоосному расположению их колец.

Несмотря- на большое количество работ, посвященных кольцевым вращающимся сочленениям магнитного типа, многие вопросы оставались открытыми. Эти вопросы были решены в данной работе, а именно:

- определены способы подключения к КВС ОУ и РЧЭ и выбор соотношений параметров элементов, необходимых для получения режима слабой зависимости частоты РД от угла поворота вала;

- через рассмотрение модели связанных линий передачи введены новые понятия такие, как, например, длина волны во вращающемся сочленении при определении его эффективных электрических размеров.

- показано отсутствие однозначного перехода от модели КВС с доминирующей связью на связанных линиях передачи, необходимой для моделирования зависимостей частоты РД от угла поворота вала, к его модели на сосредоточенных элементах. 1

154

- определены различия в характеристиках между полностью

1 ■' ■ ■ , симметричным подключением ОУ и РЧЭ к УПМТ и комбинацией симметричного подключения РЧЭ и несимметричного подключения ОУ.

Приближенные оценки показывают, что для рассматриваемых применений- влияние эффекта Доплера на частоту, резонансного' датчика; составляет примерно 10"7, что на начало исследования было как минимум на порядок меньше её параметрической зависимости от угла поворота1 вала.

Выработанные в работе: рекомендации5 по конструкции; УПМТ и по подключению к нему ОУ и. РЧЭ позволили? снизить относительную зависимость частоты резонансного датчика от угла поворота вращающегося сочленения*; до уровня погрешности; определения частоты РД. Наименьшее значение измеренной относительной? зависимости частоты; РД от угла п поворота вала составило ( 6 ±3 ) • 10" при использовании в качестве РЧЭ резонатора! наг ПАВ с: добротностью; 3500 и характеристическим; сопротивлением 323 кОм: Оно более чем в два раза меньше значений, полученных другими исследователями. Приводятся рекомендации: по дальнейшему ослаблению: зависимости- частоты РД от угла поворота; вала. Рекомендованные УПМТ не требуют идеального.изготовления и тщательной защиты от воздействий окружающешсреды., ;

В результате проведенных исследованийі повышена точность и надежность резонансных датчиков на ПАВ, предназначенных для. проведения измерений на.крутящіїхся валах и осях механштов.

1. Л.Б. Фролов Измерение крутящего момента.— М.: Энергия — 1967.

2. Kalinin V., Beckley J. Wireless: Interrogation of SAW Strain Sensors for Automotive Applications Using TMS320C28x Controller. II TI Developer Conference;—Dallas.—2006.

3. H. Елисеев Перспективные ПАВ датчики Transense/Honey Well: II Mi:. Электроника: Наука Технология Бизнес.—1/2008.:—С. 40-45.

4. Пат. № 5585571 США Method and apparatus for measuring strains1996.

5. U. Wolff,' F. Schmidt^ G; Scholl;,A£: Magory Radio1Accessible SA W sensors for non-contact measurement! of torque: and temperature.!I Proc. IEEE Ultrason. Symposium. — 1996. — P. 359-362.

6. J: Beckley, V. Kalinin, M; Bee; K. Voliansky Noncontact torque sensors based on SAW resonators. II 2002" IEEE: International Frequency Control: Symp.-— 2002.—pp. 202-213;

7. W.Buff,F. Plath, O. Schmeckebier, M.1 Rusko, T. Vandahl, H. Luck,.F. Moller and D. C. Malocha Remote sensorsystem using passive SA Wsensors.l 1X994 IEEE Ultrason. Symp.— 1994. — P: 585-588.

8. W. Buff SAW sensors for direct:,and remote measurements. II 2002 IEEE Ultrason. Symp.— 2002:— pp. 420-428. ;

9. A. Eonsdale Dynamic rotary torque measurement using surface acoustic waves. // IEEE Sensors. — vol. 18. — 2001. — P. 51-55.

10. L. Reindl, G. Scholl; T. Ostertag, H. Scherr, U. Wolff, F. Schmidt Theory and Application of Passive SAW Radio Transponders as Sensors. // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. — vol.45.—No: 5.— 1998. —P. 1281- 1292.

11. W. Buff,'. S; Klett, M. Rusko, J. Ehrenpfordt, M.Gorol Passive Remote Sensing for Temperature and Pressure Using SAW Resonator Devices. // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and. Frequency Control -— Vol.45(5). —1998. —P. 1388-1392.

12. V.Kalinin Modelling of a wireless SAW system for multiple parameter measurement. II2001 IEEE Ultrason.Symp.—2001.— P. 1790-1793.

13. Sergey Y. Yurish and Maria Teresa S.R. Gomes Smart sensors and MEMS. // NATO Science Series II: Mathematics, Physics and Chemistry — Vol.181. — Springer. —2004.

14. Пат. № 4637265 США Sensor apparatus. — 1987.

15. Пат. № 4933580 США Magnetostrictive torque sensor. — 1990.

16. Пат. № 4724710 США Electromagnetic torque sensor for a rotary shaft. — 1988:

17. Пат. № 6341426 США Rotation angle sensor and torque sensor. — 2002.

18. Пат. № 4823617 США Torque sensor. — 1989.

19. Пат. № 4989460 США Magnetostriction type torque sensor with temperature dependent error compensation. — 1991.

20. Пат. № 5321985 CIIIA Magnetostriction type torque sensor. — 1994.

21. Пат. № 4631796 США Torque sensor and methods for manufacturing the same. —1986.

22. Пат. № 5442956 CIIIA Torque sensor for a power assist steering system. — 1995.s

23. Пат. № 4627298 CIIIA Torque sensor of noncontact type. — 1986.

24. Пат. № 4697460 CIIIA Device for measuring torque of a rotary mechanism. — 1987.

25. Пат. № 4697459 CIIIA Torque measuring apparatus. — 1987.

26. Пат. № 5542304 CIIIA Magnetostrictive torque sensor, magnetostrictive torque measuring apparatus, and condition-monitoring apparatus for a cutting tool using the same. — 1996.

27. Пат. № 5247839 CIIIA Torsion angle detection apparatus and torque sensor. — 1993.

28. Пат. № 6285024 CIIIA Combined torque and angular position sensor. — 2001.

29. Yamada at al. Non-contact stress measuring by magnetic anisotropy sensor Magnetics research society.И MAG-86-139. —1986.—P. 19-27.

30. Пат. № 5850045 США Magnetostrictive stress sensor and apparatus applying the same. — 1998.

31. Пат. № 4285236США Rotary torque and RPM indicator for oil well drilling rings. —1981.

32. Пат. № 5711730 США Torque monitoring apparatus. '— 1998.

33. Пат. № 6800843 B2 США Displacement and torque sensor. — 2004.

34. Пат. № 7784364 В2 США Optical sensor for measurement of static and-dynamic torque. — 2010.

35. Пат. № 5144846 США Minimal structure magnetostrictive stress and torque sensor. —1992.

36. W.J. Fleming Magnetostrictive torque5 sensor-derivation of transducer model.ll SAE Paper #890482. — Feb. 1989.

37. Пат. № 4979399 США Signal dividing magnetostrictive torque sensor. — 1990.

38. Пат. № 3538762 США Phase displacement torque measuring system'with, shaft misalignments compensation torque. — 1968.40: Пат. № 7795779 B2 США SAW torque and temperature sensor. — 2010.

39. Пат. № 4750371 США- Torque sensor for detecting a shaft torque and an electric machine in whicbthe torque sensor is mounted. — 1988.

40. Пат. № 5754425 США Digital control method and apparatus for rotary member supported by magnetic bearing. — 19981

41. Пат. № 6581480 B1 США Magnetising arrangements for torque/force sensor. — 2003.

42. Пат. № 6880254 B2 США Torque detector. — 2005.

43. Пат. № 4676331 США Torque detecting apparatus for electrical power steering system. — 1987.

44. Пат. № 6260422 B1 США Torque sensor and rotation restrictor for stator. — 2001.

45. Пат. № 5351027 США Magnetic sensor. — 1994.

46. Пат. № 3797305 США Self calibrating strain gage torquemeter. — 1974.

47. Пат. № 5675886 США Method of manufacturing a magnetostrictive alloy torque sensor. — 1997.

48. Пат. № 5301559 США Torque detecting system. — 1994.

49. Пат. № 4875379 США Apparatus for measuring the torque of an operating shaft. —1989.

50. Пат. № 4785675 США Method and device for detecting torque. — 1988.

51. Пат. № 5386733 США Sensor and method for measuring* torque and/or axial stresses. —1995.

52. Пат. № 4555955 США Combination loading transducer. — 1985.

53. Пат. № 6510750 США Steering wheel torque and position sensor. —2003.

54. Пат. № 6427307 США Low-hysteresis coupling method for angular-position and torque sensor. — 2002.

55. Пат. № 4767925 США Optical type relative rotation measurement apparatus. —1988.

56. Пат. № 76771'14 B2 США Torque sensor for electric power steering system.'. — 2010

57. Пат. № 5723794 США Photoelastic neutral torque sensor. — 1998.

58. L.Reindl, A.Pohl, G.Scholl, R.Weigel SAW-based radio sensor systems.II ШЕЕ Sensor Journal. —No. 1 — vol. 1.—2001. — P. 69-77.

59. Пат. № 7307517 B2 США Wireless torque sensor. — 2007.

60. Пат. № 6838958 B2 США Rotary signal coupler. — 2005.159

61. Пат. № 7343804 В2 США Wireless acoustic wave sensor system for use in vehicle applications. — 2008.

62. Заявка на международный пат. № WO 91/13832 Method and apparatus for measuring strain. — 1991.

63. Пат. № 2429118 А Великобритания Rotary signab coupler having inductive , and capacitive elements in series. — 2007.

64. Пат. № 2413710B Великобритания Split-ring coupler incorporating dual resonant1 sensor. — 2007.

65. Пат. № 6864759 B2 США Rotary signal coupler. — 2005.

66. Пат. № 7515021 B2 США Split-ring coupler incorporating-dual resonant sensor. — 2009:

67. Штейнберг О.М., Жгун С.А., Баринов* А.Э., Лобов Г.Д. Исследование свойств» круглого коаксиального бесконтактного вращающегося устройства передачи- ВЧ сигналов. II Труды 5-ой МКЭЭЭ-2003. — М.:МЭИ: — 4.1.—2003. — С.304-307.

68. Штейнберг О.М., Жгун С.А., Баринов А.Э. Анализ бесконтактного вращающегося устройства передачи высокочастотных сигналов. II Девятая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов.— М: МЭИ.— Т. 1.— 2003.— С. 9-10.

69. Штейнберг О.М., Жгун С.А., Лобов Г.Д. Анализ подключения к бесконтактному коаксиальному высокочастотному вращающемуся сочленению резонатора на ПАВ. II Труды 5-ой МКЭЭЭ-2004. — М.:МЭИ — 4.1. — 2004 — С. 179-181.

70. Штейнберг О.М., Жгун С.А. Резонансная частота коаксиального вращающегося сочленения.!! Одиннадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. — М: МЭИ.— Т.1.— 2005.— С. 13.

71. Штейнберг О.М., Жгун С.А., Лобов Г.Д. Минимизация влияния вращения на измерение частоты резонатора в цепи бесконтактного вращающегося сочленения.!! Труды XI-ой МКЭЭЭ-2006. — М.: МЭИ.— Ч.1.—2006. —С. 163-164.

72. Пат. №4939400 США Transmission apparatus having split-coil type coaxial coupler. — 1990.

73. Пат. № 2760127 США Capacitor commutator. — 1956.

74. Пат. № 4233580 США Rotating coupler for transmitting high frequency energy— 1980.

75. Пат. № 3199055 США Microwave rotary joint. — 1965.

76. Пат. № 2975382 США Microwave rotary joint. — 1961.

77. W.E. Fromm et al. A new microwave rotary ring joint. II IRE National Convention—part. 1—vol.6.—1958—P.78-82.

78. Пат. №4516097 США Apparatus and-method for coupling R.F. energy through a mechanically rotatable joint. — 1985.

79. Пат. №5668514 США-Signal transmission device. — 1997.

80. Пат. № 4988963 США. High frequency coaxial line coupling device. — 1991.

81. Пат. № 6175461' B1 США Rotary head'block with rotary transformer having separate channels for power signal and'playback signal. — 2001.

82. Заявка на пат. № US 2001/0043421 Al США Rotary magnetic head apparatus having reproduction signal wiring power-supply wiring and recording signal wiring- sections in a rotor and a stator arranged in a predetermined manner.т—2001.

83. Заявка* на пат. № US 2001/0009482 Al США Rotary magnetic heads apparatus. — 2001.

84. Заявка на пат. № US 2003/0026027 Al США Signal transmission apparatus and signaLreproduction apparatus using a rotary transformer. — 2003.

85. Заявка на пат № US 2009/0295523 Al США.Rotating transformer. — 2009.

86. Пат. № 3417219 США Rotating transformer structure. — 1968.

87. Пат. №3439556 США Rotary transformer for transmitting electrical signals. — 1969.

88. Пат. № 3492618 США Split rotary electric transformer.—1968.

89. Пат. № 3522520 США Alternator with rotary transformer, for self-excitation.—1967.

90. Пат. № 3531748 США Rotary transformer construction.—1968.

91. Пат. № 3531749 США Rotary structure.—1969.

92. Пат. № 3611230 США Rotary transformer structure. — 1971.

93. Пат. № 3911486 США Gommutating rotary transformer. — 1975.

94. Пат. № 3974017 США« Method». of assembling a flat plate type rotary transformer. — 1976.

95. Пат. № 4096535 США». Rotary transformer with unique physical and electrical characteristics. — 1978i

96. Пат; № 4364098' США Multiple-channel rotary transformer circuit in a magnetic recording and/or apparatus. — 1982.

97. Пат: № 4639805 США Combination of reproducing heads and a rotary transformer device. — 1987.

98. Пат. № 4814917 США Rotary magnetic head device. — 1989:

99. Пат. № 4827360' США Rotary transformer witht winding to cancel crosstalk. — 1989.

100. Пат. № 4835645 США Rotary magnetic head assembly.— 19891

101. Пат. №4875110 США Rotary head apparatus, withmotor magnet'and yoke surrounding motor stator coil. — 1989. t133*. Пат. № 4920461 США Broadband magnetic tape recording with compensation for bandwidth changes related to data rate. — 1990.

102. Пат. № 4924329 США Rotary drum apparatus for a* magnetic recording and reproducing device. — 1990.

103. Пат. № 4926273 США1 Apparatus andt method for recording and reproducing informatiomsignals. —1990.

104. Пат. №5010432 США Rotary head drum apparatus< comprising resilient electrical connectors. — 1991.

105. Пат. № 5113298 США Rotary head drum apparatus with resiliently mounted ground plane. — 1992.

106. Пат. № 5126906 США Rotary magnetic head device with rotary transformer having high coupling coefficient. — 1992.

107. Пат. № 5270881 США Rotary transformer winding arrangement in a magnetic tape cassette apparatus having a rotary head assembly. — 1993.

108. Пат. № 5278715 США Scanning device for magnetic tape with special deposition of rotary transformers for recording and playback magnetic heads. — 1994.

109. Пат. № 5325248 США Rotary head assembly. — 1994.

110. Пат. № 5347256 США Rotary transformer. — 1994.

111. Пат. № 5359312 США Rotary transformer assembly for rotary head drum device. —1994.

112. Пат. № 5432658 США Rotary-magnetic-dynamic track following device. —1995.

113. Пат. № 5434720 США Magnetic recording and reproduction apparatus with plural heads. — 1995.

114. Пат. № 5455729 США Multi-channel rotating transformer. — 1995

115. Пат. № 5532887 США Magnetic recording and reproduction apparatus. —1996.

116. Пат. № 5587859 США Recording and/or reproducing apparatus having rotary transformer. — 1996.

117. Пат. № 5608370 США Rotary • transformer and method for fabricating the1 same. — 1997.

118. Пат. № 5608771 США Contactless power transfer system for a rotational load.— 1997.

119. Пат. № 5636863 США Vehicle steering control system. — 1997.

120. Пат. № 5715112 США Apparatus for adjusting a gap between transformers in tape recorder. — 1998.

121. Пат. № 5724215 США Rotary transformer arrangement for a magnetic tape system drum. — 1998.

122. Пат. № 5764443 США Rotary transformer with flexible printed circuit boards. — 1998.

123. Пат. № 5781382 США Rotary head drum for a VCR having an improved connection structure between a VCR head and a rotary transformer. — 1998.

124. Пат. № 5784217 США Magnetic recording and reproduction apparatus with selectively-enabled rotary heads. — 1998.

125. Пат. № 5812348 США Rotary transformer of a head drum assembly for a video cassette. — 1998.

126. Пат. № 5906392 США Vehicle steering column control system. — 1999.

127. Пат. № 6016959 США Card drive apparatus and card. — 2000.

128. Пат. № 6017312 США Multi-channel rotary transformer. — 2000.

129. Пат. № 6175461 В1 США . Rotary head block with rotary transformer having separate channels for power signal and payback signal. — 2001.

130. Пат. № 6243240 B1 США Non-contact type transmission device and rotary magnetic head unit having the non-contact type transmission device. — 2001.

131. Пат. № 6429992 B1 США Non-contact type transmission device and rotary magnetic head unit having the non-contact type transmission device and a bias current control section. — 2002.

132. Пат. № 6512437 B2 США Isolation transformer. — 2003.

133. Пат. № 6542322 B2 США Rotary head apparatus with high rate of data transfer.— 2003.

134. Пат. № 7102857 B2 США Rotary head drum apparatus capable of positively receiving a splashing adhesive. — 2006.

135. Пат. № 4730224 США Rotary coupler. — 1988.

136. Пат. № 5192923 США Rotary coupler. — 1993.

137. Пат. № 5892411 США Data transmission device. — 1999.

138. V. Kalinin Rotary couplers for contactless torque sensors based on SAW resonators.H EFTF-IFCS 2009. — 2009.

139. Пат. № 7782159 B2 США Large diameter RF rotary coupler used with a passive RF sensor. — 2010.

140. Пат. № 6018279 США Radio frequency coupler. — 2000.

141. А. Матсумото Фильтры и цепи СВЧ.— М.: Связь — 1976.

142. С.И. Баскаков Радиотехнические цепи с распределенными параметрами М.: Высшая школа.-— 1980.

143. АЛ. Фельдштейн, JI.P. Явич Синтез: четырёхполюсников и восьмиполюсников паСВЧ.— М.: Связь. — 1971.176; С.И: Бахарев, В.И. Вольманидр.Ся^авочнш- по расчету и конструированиюСВЧполосковыхустройств. — М.: Радио и связь. — 1982.

144. Radio communication handbook. Edition five:!I Radio Society of Great Britain (RSGB).—1976.—P. 12.41 и P.13.5. '1801 N. Marchandé Tmnsmissionrjîihe: Conversion Transformers ЛElectronics — Vol.17.—Dec. 19441—P.142-146.

145. A.M. Pavio, A. Kikel A monolithic or hybrid broadband compensated balun.il IEEE Int. Microwave Symp. Dig. — 1990 —P.483-486.

146. M.C. Tsai A new compact widè-bahdWalum II IEEE Microwave Millimeter-wave monolithic circuits Symp. Dig.—1993.—P.123-125.

147. K. Nishikawa, I. Toyoda, and? T. Tokumitsu1 Compact and broadband three-dimensional MMIC balun. ll IEEE Trans. MTT.— V.47—Jan. 1999 — C. 96-98.

148. CM. Tang, J.W. Sheen, and C.Y. Chang Chip-type LTCCMLC baluns using the stepped impedance method. II IEEE Trans. MTT.—vol. 49 — Dec.2001-— P. 2342-2349. ' ;

149. K.S. Ang, I.D. Robertson Analysis and Design; of Impedance-Transforming Planar Marchand Baluns. И IEEE Trans. MTT.—v. 49— Feb. 2001—P.402-406.

150. R. Mongia, I. Bahl, and P. Bhartia KF and Microwave Coupled-Line Circuits.ll Norwood, MA: Artech House. —1998.— P. 109-114.

151. K.S. Ang, Y.C. Leong, and C.H. Lee Multisection Impedance-Transforming Coupled-Line Baluns. I I IEEE Trans. MTT. — vol.51— Feb. 2003 — P.536-541.

152. Г.В. Зевеке и др. Основы теории цепей. — М.: Энергия.— 1975.

153. В.П. Попов Основы теории цепей,— М.: Высшая школа.— 1985.

154. Н.М. Изюмов, Д.П. Линде Основы радиотехники.— М.-Л.: Госэнерго-издат.— 1959.

155. С.И. Баскаков Лекции по теории цепей.— М.: МЭИ.— 1991.

156. В.А. Котельников Основы радиотехники.— М.: 20-я тип. «Союзпо-лиграфпрома» Главплиграфиздата при Совете Министров СССР. — 1950.

157. А.С. Логгинов и др. Основы радиофизики.— М.: УРСС.— 1996.

158. Д.Л. Маттей и др. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи.— Т.1.— М.: Связь.—1971.

159. Д.Л. Маттей и др. Фильтры СВЧ, согласующие цепи и цепи связи.— Т.2.— М.: Связь.—1972.

160. Guillemin Е. A. Synthesis of passive networks.— New York: John Willey and Sons.— 1957.

161. Г. Темеш, С. Митра Современная теория фильтров и их проектирование. — М.: Мир.— 1977.

162. S.B. Cohn Direct-coupled-resonator filters./! Proc. IRE MTT. — V.45— 1957.—P.187-195.

163. S.B. Cohn Parallel-coupled transmission-line-resonator filters.!! IRE Trans. MTT.— 1958.—P. 223-231.