Устройство для измерения влажности диэлектрических материалов

 

УСТРОЙСТВО .ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАШОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, делитель мощности и первый детектор,генератор импульсов, выход которого подключен к модулирующему входу СВЧ-генератора и входу блока пересчета, второй детектор и антенну, перед которой размещена измерительная ячейка, отличаю-, щ е е с я тем, что, с целью повываения точности и достоверности измере-. НИИ, к выходу второго детектора последовательно подключены усшштельо гран носите ль, линия задержки и блок совпадения, второй вход которого соединен с выходом первого детектора, а также введены металлический отражатель , установленный за измеритель ной ячейкой, и направленный ответвитель , вход основного плеча которого соединен с антенной, выход - с вторым выходом делителя мощности, а к выхо ду вспомогательного плеча подключен вход второго детектора, при этом генератор импульсов выполнен регулкруемьм по частоте следования импульсов , а его управляняций вход соединен с выходом блока совпадения. .юг

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) G 01 N 22/04

1; йг::: .::-::1, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3537532/24-09 (22) 12.01.83 (46) 07.07.85. Бюл. У 25 (72) 10.А. Братанов, И.В. Богданов и Н.В. Ляпин (71) Ташкентское научно-производственное объединение "Сигнал" (5 3) 621 ° 317. 738(088. 8) (56) Патент ФРГ М 1238243, кл. 42 3 9/51, 1969.

Кац Л.И., Пуртов В.В. Измерение диэлектрической проницаемости жидкости импульсным волноводным методом.

"Приборы и техника эксперимента", В 1, 1973, с. 153-156 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВЛАЖНОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее. последовательно соединенные СВЧ-генератор, делитель мощности и первый детектор, генераторимпульсов,. выход которого подключен к модулирующему входу СВЧ-генератора и входу

„„Я0„„11 5953 А блока пересчета, второй детектор и антенну, перед которой размещена измерительная ячейка, о т,л и ч а ю -.; щ е е с я тем, что, с целью псвыпения точности и достоверности измере-. ний, к выходу второго детектора последовательно подключены усилительограничитель, линия задержки и блок совпадения, второй вход которого соединен с выходом первого детектора, а также введены металлический отражатель, установленный sa измерительной ячейкой, и направленный ответвитель, вход основного плеча которого соединен с антенной, выход — с вторым выходом делителя мощности, а к выходу вспомогательного плеча подключен вход второго детектора, при этом генератор импульсов выподнен регулируемьм по частоте следования импульсов, а его управляющий вход соединен с выходом блока совпадения.

1165953

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля влажности хлопкасырца, а также сыпучих, твердых.и жидких материалов. 5

Цель изобретения — повышение точ« ности и достоверности измерений.

На чертеже приведена структурная электрическая схема .устройства для измерения влажности диэлектрических материалов.

Устройство для измерения влажности диэлектрических материалов содержит СВЧ-генератор 1, аттенюатор 2, делитель 3 мощности, направленный от-15 ветвитель 4, антенну 5, измерительную ячейку 6, металлический, экран 7, пер. вый и второй детекторы 8, 9, усилитель-ограничитель 10,линию 11 задержки,блок 12 совпадения, генератор 13 20 импульсов, блок пересЧета (на чертеже не показан).

Устройство для измерения влажности диэлектрических материалов работает следующим образом.. 25

После включения устройства в сеть первоначально устанавливают интерI вал t (или частоту f = ) следования импульсов генератора 13 импульсов из условия 30

Ти 2(h +h,К .. „ 1 где. T„. — время распространения прямого и отРаженного импульсов 35 от момента излучения до входа блока 12 совпадения;

„ - максимально возможная относительная диэлектрическая проницаемость исследуемого 40 материала;

th) — время задержки линии 11 задеркки.

Причем.длительность зондирующих жшульсов выбирается из условия; 45

" «(p g- p y) (hO + h+V" б) где h - толщина исследуемого материС ала (образца); 50

h — -расстояние от плоскости излу. чения (приема) антенны до поверхности исследуемого материала; с ygp- относительная диэлектричес- 55 кая проницаемость сухого материала

С - скорость света.

Связь влажности. исследуемого материала со временем распространения в нем СВЧ-импульса обусловлена тем, что диэлектрическая проницаемость исследуемого материала Eq„ определяется диэлектрической проницаемостью сухого исследуемого материала Я ц и диэлектрической проницаемостью воды ЕЬ

Для большинства диэлектрических материалов Ец » Е щ„, поэтому чем больше влажность исследуемого материала, тем больше его диэлектрическая .проницаемость„ Время .еаспространения электромагнитного поля в среде связано с диэлектрической прони". цаемостью формулой:

h где h — толщина материала;

С вЂ” скорость света; — диэлектрическая проницаемость материала.

Из формулы видно, что влажность исследуемого материала пропорциональна времени распространения в нем

СВЧ-импульса.

Импульсы с выхода генератора 13 б импульсов подают на модулирующий вход СВЧ-генератора 1 (например, нажатием кнопки "Пуск" ). Одновременно с его выхода через аттенюатор

2 СВЧ-импульсы поступают в приемнопередающую антенну 5.

Основная часть энергии СВЧ-импульсов излучается в направлении исследуемого диэлектрического материала, помещенного в измерительную ячейку

Ь,. а некоторая (калиброванная) часть ее поступает через делитель 3 мощности, например направленный ответвитель, на первый детектор 8, где

СВЧ-импульсы детектируются и поступают на первый вход блока 12 совпадения.

Излученная часть энергии СВЧ-импульса распределяется следующим образомг часть е отражается от исследуемого материала, часть в нем поглощается, а остальная часть отражается от металлического экрана 7.

Отразившаяся часть энергии СВЧ-импульса со сдвигом во времени относительно момента излучения, равньм (о "c г — 1 — —.ЯE поступает в антен с с1 им)7! ну 5, откуда через направленный

1165953

Составитель Ю. Мамонтов

Редактор С.Патрушева Техред Т.Иаточка Корректор B. Гирняк

Заказ 4302/36 Тираж 897 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ответвитель 4 поступает яа второй детектор 9, где детектируется и подается на вход усилителя-ограничителя 10. С выхода последнего через линию .11 задержки импульсы поступают на второй вход блока 12 совпадения.

Усилитель-ограничитель 10 выделя- ет полезный сигнал, ограничивает амплитуду импульса, отраженного от поверхности исследуемого материала и усиливает амплитуду импульса, отраженного от металлического экрана 7.

Линия 1 1 задержки выполняет две функции: исключает наложение мощностей отраженного от металлического экрана 7 и полезного импульсов с последукицим излучением импульсов в плоскости приема (передачи антенны

5) и йсключает ложное срабатывание блока 12 совпадения от помехи, проса" чивающейся в момент излучения импульса в направленный ответвнтель 4.Время задержки линии задержки выбирают (1,5 — г) Г„.

Блок 12 совпадения регистрирует только импульсы, отразившиеся от ме

4 . таллического экрана 7, время распространения которых в исследуемом мате. риале характеризует его интегральную влажность.

Для этого уменьшают (вручную или автоматически) интервал следования импульсов tц генератора 13 импульсов до момента одновременного прихода импульсов с выхода детектора 8 и с

10 выхода линии 11 задержки на блок,12 совпадения (момент равенства й, =Т, ) .

В этот момент с выхода блока 12 совпадения на управляемый вход ге15 нератора 13 импульсов поступает сигнал, по которому прекращают регулировку частоты (интервала)следования импульсов (в случае ручной регулировки поступающий сигнал указывает на необходимоСть ее прекращения). После чего импульсы с генератора 13 импульсов подают на блок -. пересчета, где частота (интервал)

25 следования импульсов преобразуется в показания интегральной влажности . ,исследуемого материала.