Файл: Бушминский, И. П. Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства учеб. пособие.pdf

Глава 4

КОНТРОЛЬ И ИСПЫТАНИЯ ВОЛНОВОДНЫХ УСТРОЙСТВ

§4.1. КОНТРОЛЬ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ

ИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Контроль геометрических размеров волноводных устройств ведется как в процессе производства, так и во время выпуска. Результаты контроля используются для корректирования и стабилизации технологического процесса изготовления с тем, чтобы обеспечить требу­ емые электрические параметры, зависящие от геомет­ рических размеров волноводного устройства.

Контроль этих размеров состоит в следующем: а) контроль геометрических параметров канала волновода; б) контроль положения контактной поверхности волноводного фланца относительно оси волновода; в) конт­ роль взаимного расположения фланцев волноводного устройства; г) контроль габаритов волноводного устрой­ ства.

Для контроля г е о м е т р и ч е с к и х размеров волноводных устройств используются: а) калибры; б) индук­ ционные датчики; в) воздушные калибры; г) индикатор­ ные нутромеры; д) автоколлиматоры; е) шаблоны и макеты.

Наиболее распространен контроль геометрических размеров с использованием проходных и непроходных калибров. Однако он не дает сведений о действительной геометрии канала волновода, а убеждает лишь в том, что его размеры лежат в определенных пределах. Кроме того, его применение затруднительно при контроле вол­ новодов большой протяженности.

Рассмотрим способ контроля прямоугольных волно­ водов с использованием индуктивного датчика (рис. 4.1),

209

который состоит из корпуса 1, катушки индуктивности 2, каркаса 3, подвижного сердечника 4 и пружины 5.

При перемещении датчика по волноводу и изменении контролируемого размера сердечник 4 вдвигается в ка­ тушку или выдвигается из нее. Результирующее измене­ ние индуктивности можно легко зафиксировать. Этот способ дает более точные сведения о состоянии канала волновода, но контролирует относительно узкую об­ ласть, обычно в середине стенок волновода.

5 3

Применение воздушных калибров (рис. 4.2) обеспе­ чивает высокую точность измерений, с их помощью мож­ но контролировать волноводы большой протяженности. Этот способ основан на изменении давления воздуха в шланге 10 при изменении зазора между калибром 11 с выходными соплами и стенками канала волновода 13. Изменение давления воздуха контролируется точным ин­ дикатором 6, проградуированным в единицах длины. Чувствительным элементом манометра является диафраг­ ма 7, реагирующая на разность давления в подводящем канале и исходного (калиброванного) давления.

Этим способом легко достигается точность измере­ ний порядка 0,001 мм в диапазоне +0,075 мм.

На рис. 4.3 показан общий вид калибров. Действи­ тельными «калибровочными» точками, в которых воздух под давлением вводится в волновод, являются неболь­ шие отверстия на поверхности калиброванных пробок.

210

Для крупных круглых головок разработано специаль­ ное рычажное устройство (рис. 4.4), позволяющее рас­ ширить измеряемый диапазон до 0,25 мм. Рычажное устройство работает таким образом, что щупы Х-образ- ного рычага соприкасаются с поверхностью, а калибр измеряет давление воздуха на противоположных концах рычагов. Конструкция щупов допускает их перемещение в довольно широких пределах.

Рис. 4.4. Рычажное устройство для расширения диапазона измерений воздушных калибров

Все калибры для проверки размеров прямоугольных волноводов работают по принципу непосредственного измерения давления воздуха. Однако они отличаются от круглых головок тем, что одновременно измеряют не­ сколько размеров. Это означает, что в каждой прямо­ угольной головке три-четыре независимые измеритель­ ные системы. Для прямоугольных калибров необходимо иметь три или четыре отдельных шланга с индикато­ рами. Круглые головки могут быть повернуты в любой точке на всем протяжении волновода для проверки его геометрии в различных сечениях.

Рассмотренные способы используются для контроля прямоугольных волноводов с размерами канала не ме­ нее 11X5,5 мм. При этом ограничивающим фактором является сложность датчиков и возрастающая погреш­ ность измерений.

Для контроля каналов волноводов меньшего попе­ речного сечения (до миллиметрового диапазона) исполь-

212

зуются различные индикаторные нутромеры, с помощью которых можно измерять каналы диаметром до 3 мм на длине 400 мм и контролировать изогнутые секции при радиусе гибки до 20 мм. Общий вид нутромера по­ казан на рис. 4.5. Перед введением датчика в полость волновода индикатор / устанавливают в нужном поло­ жении при ослаблении цанги 4, запрессованной одним

Рис. 4.5. Нутромер для контроля размеров полости волноводов мил­ лиметрового диапазона

концом в корпус 3. Затем нажатием арретира 2 стер­ жень 5, связанный с измерительным штифтом индикато­ ра, перемещается вправо и выводится из соприкоснове­ ния с одним из плеч рычага 7, благодаря чему подвиж­ ный штифт 8 свободно утапливается в корпусе датчика. После введения измерительного датчика в волновод ар­ ретир 2 освобождается и подвижный штифт 8 упирает­ ся в стенку волновода, фиксируя его размер в данном сечении. Результаты измерения считываются с индика­ тора 1. Прибор арретируется при каждом перемещении датчика. При использовании индикатора с ценой деле­

213

щуюся при перемещении датчика. Прибор устанавлива­ ется на специальном штативе, на котором крепится из­ меряемый волновод.

Автоколлимационные способы контроля взаимного расположения элементов волноводного устройства осно­ ваны на возможности точного (до десятых долей секун­ ды) измерения углов с помощью автоколлиматоров.

Контроль параллельности фланцев волноводов с га­ баритами порядка 200— 300 мм удобно проводить на приспособлении, со­ стоящем из плиты 1 со стойкой 2, на которой за­ креплен автоколлиматор 3 (рис. 4.6). На плиту уста­ навливается зеркало 4, а автоколлиматор выстав­ ляется перпендикулярно отражающей поверхности зеркала и закрепляется в этом положении. Затем на место накладного зер­ кала устанавливается контролируемое волноводное устройство, на фланце которого укрепле­

но накладное зеркало 4, Измеряется неперпендикулярность зеркала к оси автоколлиматора, которая равна контролируемой непараллельное™ фланцев.

Непараллельное™ фланцев контролируется сразу в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. В этом случае точность контроля определяется точностью изме­ рения угла автоколлиматором (среднее квадратическое отклонение этой погрешности обозначим о?), и точно­ стью установки накладного зеркала и волновода на при­ способлении. Она зависит от расстояния между опорами накладного зеркала, неплоскостности плиты 1 и флан­ цев. Полагая, что поверхности плиты и фланцев имеют минимальную неплоскостность, и отбрасывая погреш­ ности установки, найдем суммарную погрешность as контроля параллельности фланцев:

as= a(p]/ 2.

214

При контроле параллельности фланцев волноводов, имеющих длину от 300—400 и более миллиметров, на фланцы волновода укрепляются накладные зеркала 1 и 2 (рис. 4.7, а). Контролируемый волновод 3 укрепляется на плоской опоре 4 (размеры опоры и схему закрепле­ ния надо выбрать так, чтобы не возникали деформа­ ции волновода, которые могут исказить результат конт­ роля). Автоколлиматор 5 выставляется перпендикуляр­ но зеркалу 1 и закрепляется в этом положении. Затем зеркало удаляется и по автоколлиматору измеряется неперпендикулярность зеркала 2 оси, этим определяется искомая непараллельность фланцев.

4-

Т^7 7 7 7 7 ^7 >

Рис. 4.7. Приспособление для контроля парал­ лельности контактных поверхностей фланцев для волноводов:

Если линейный размер канала волновода меньше 25—30 мм, то накладные зеркала целесообразно выпол­ нять так, чтобы отражающая поверхность располагалась вне опор (рис. 4.7, б). Точность контроля по сравнению с предыдущим случаем (рис. 4.7) зависит и от точности изготовления накладных зеркал, отражающая поверх­ ность которых должна быть параллельна плоскости ка­ сательной к опорам зеркала. Если принять, что погреш­ ность изготовления накладного зеркала имеет макси­ мальное значение А, то предельная ошибка контроля

Атах —2д 3 0 jj^ 2д 4-4,53^.

215

Точность контроля можно повысить, если использо­ вать аттестованные накладные зеркала и в результат контроля вводить соответствующие поправки.

Рис. 4.8. Приспособления для контроля перпенди­ кулярности контактных поверхностей фланцев секций малой протяженности

Контроль перпендикулярности фланцев небольших волноводов можно проводить на приспособлении для контроля параллельности (рис. 4.8). Для этого автокол­ лиматор 1 с помощью эталонного зеркального уголь-

Рис. 4.9. Приспособление для контроля перпен­ дикулярности контактных поверхностей флан­ цев секций большой протяженности

ника 2 выставляется параллельно рабочей поверхности приспособления. Затем на место угольника устанавлива­ ется контролируемый волновод 3, на фланце которого укреплено накладное зеркало 4. Искомая величина не-

216

перпендикулярности фланцев равна измеренной неперпендикулярности зеркала 4 оси автоколлиматора.

Контроль перпендикулярности фланцев длинных вол­ новодов можно вести, как показано на рис. 4.9. Волно­ вод 1 с укрепленными на фланцах накладными зеркала­ ми 2 и 3 крепится на опоре 6. Автоколлиматор 4 вы­ ставляется перпендикулярно зеркалу 2. Затем зеркало 2 снимается, в месте изгиба волновода помещается пептапризма 5, с по­

торами 1 я 2 (рис. 4.10), которые с помощью угловой ме­ ры 3 (или теодолита, точного поворотного стола с зерка­ лом, оптической делительной головки или другого •угло­ мерного прибора) выставляются под углом 90°. Затем вместо угловой меры 3 устанавливается волновод 4 с ук­ репленными на фланцах накладными зеркалами 5 и 6. Волновод выставляется так, чтобы зеркало 5 было пер­ пендикулярно оси автоколлиматора 1. В этом положении волновода по автоколлиматору 2 измеряется перпендику­ лярность зеркала 6 оси автоколлиматора, которая явля­ ется искомой неперпендикулярностью фланцев.

Точность контроля перпендикулярности фланцев по схеме рис. 4.8, кроме погрешностей, вносимых автокол­ лиматором, зависит и от точности изготовления пента­ призмы.

Для контроля любого плоского угла между фланца­ ми волновода малых размеров можно воспользоваться приспособлением (см. 4.6) с той лишь разницей, что ав­ токоллиматор 3 с помощью набора угловых мер вы­

217