Устройство для измерения параметров материалов

 

Изобретение относится к технике СВЧ-измерений и обеспечивает расширение функциональных возможностей путем обеспечения контроля шероховатости пластичной бетонной поверхности в процессе ее обработки. Привод 12 осуществляет перемещение исследуемого материала (ИМ) 13 в направлении, перпендикулярном нормали к его поверхности . При движении ИМ 13 облучается антенной 2, на которую поступают электромагнитные колебания СВЧ- генератора 1, прошедшие через основное плечо направленного ответвителя 6 и первое и второе плечи циркулятора 7. Зеркально отраженная от поверхности ИМ 13 волна попадает на антенну 3, которая установлена под таким же углом к нормали ИМ 13, что и антенна 2. Диффузно рассеянная энергия принимается антенной 2. Соотношение мощностей сигналов, принятых антеннами 2 и 3, служит мерой шероховатости отражающей поверхности. Смеситель 8 выделяет сигнал биений двух сигналов: просачивающегося из первого плеча циркулятора 7 во второе плечо и принятого антенной 2. Смеситель 4 выделяет сигнал биений двух сигналов: опорного, поступающего из вспомогательного плеча направленного ответвителя 6, и принятого антенной 3.Сигналы со смесителей 4 и 8 через соот-. ветствующие детекторы 10 и 11 поступают на блок 9 сравнения. Выходной сигнал блока 9 сравнения регистрируется индикатором 5. 1 ил. (О ел 1чЭ ю оо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (q) 4 ь 01 N 22/02

®CFCn;=..-.,;,- .. == ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

)3

»»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3722543/24-09 (22) 03.04.84 (46) 30.04.86. Бюл. ¹ 16 (71) Ленинградский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-строительный институт (72) А.В.Болотный, В.Н.Виклов и Я.И.Капулкин (53) 621.317.39 (088.8) (56) Патент США № 3771880, кл. G 01 N 21/48, 1973.

Викторов В.А. и др. Высокочастотные методы измерения неэлектрических величин. М.: Наука, 1978, с.101 †1. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к технике

СВЧ-измерений и обеспечивает расширение функциональных возможностей путем обеспечения контроля шероховатости пластичной бетонной поверхности в процессе ее обработки. Привод 12 осуществляет перемещение исследуемого материала (ИМ) 13 в направлении, перпендикулярном нормали к его поверхности. При движении ИМ 13 облуÄÄSUÄÄ 1228000 А 1 l чается антенной 2, на которую поступают электромагнитные колебания СВЧгенератора 1, прошедшие через основное плечо направленного ответвителя

6 и первое и второе плечи циркулятора 7. Зеркально отраженная от поверхности HM 13 волна попадает на антен .ну 3, которая установлена под таким же углом к нормали ИМ 13, что и антенна 2. Диффузно рассеянная энергия принимается антенной 2. Соотношение мощностей сигналов, принятых антеннами 2 и 3, служит мерой шероховатости отражающей поверхности. Смеситель 8 выделяет сигнал биений двух сигналов: просачивающегося из первого плеча циркулятора 7 во второе плечо и принятого антенной 2. Смеситель 4 выделяет сигнал биений двух сигналов: опорного, поступающего из вспомогательного плеча направленного ответвителя 6, и принятого антенной 3.Сигналы со смесителей 4 и 8 через соответствующие детекторы 10 и 11 поступают на блок 9 сравнения. Выходной сигнал блока 9 сравнения регистрируется индикатором 5. 1 ил.

Изобретение относится к технике

СВЧ-измерений и может использоваться н строительном производстве для измерения шероховатости поверхности пластичных бетонных смесей.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения контроля шероховатости пластичной бетонной поверхности н процессе ее обработки.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства,цля измерения параметров материалов.

Устройство для измерения параметров материалов содержит СВЧ-генератор 1, первую и вторую антенны 2 и

3, первый смеситель 4, индикатор 5 направленный ответвитель 6, циркулятар 7, второй смеситель 8, блок 9 сравнения, первый и второй детекторы 10 и 11, привод l2 для перемеще. ния исследуемого материала 13 в направлении, перпендикулярном нормали к ега поверхности.

Устройство для измерения параметров материалов работает следующим образом.

СВЧ-генератор 1 генерирует электромагнитные колебания, которые поступают на направленный ответвитель б. Основная часть энергии источника

СВЧ-генератора 1 поступает через направленный ответвитель 6 первое плечо циркулятора 7. Из первого плеча основная часть энергии СВЧ-колебаний поступает во второе плечо циркулятара .7, а небольшая часть энергии эа счет конечной развязки первого и третьего, плеч циркулятора 7 поступает в третье плечо. Из второго плеча энергия СВЧ-колебаний поступает н первую антенну 2 (приемопередающую), которая облучает поверхность исследуемого материала 13 (пластичного бетонного изделия),движущегося со скоростью,ч, создаваемой приводом 12. Известно, что шероховатость поверхности является одним из основных факторов, определяющих соотношение зеркально отраженной и диффузна рассеянной энергии СВЧ-колебаний. Зеркально отраженная от поверхности исследуемого материала 13 волна попадает но вторую антенну 3.

Диффузно рассеянная энергия принимается первой антенной 2. При фиксированной длине волны и определенных углах падения и отражения соотношение мощностей сигналов, принятых

228000 2 первой антенной 2 и второй антенной

3, служит мерой шероховатости отражающей поверхности. Смесителем 8 выделяется сигнал дапплеронской частоты, представляющий собой биение двух

5 сигналов: просачивающегося из первого плеча но второе плечо циркулятора 7 (гетеродинирующий сигнал) и принятого первой антенной 2 диффузно рассеянного сигнала, поступающего из второго плеча в третье плечо циркулятора 7. Смесителем 4 выделяется сигнал дапплеровской частоты, представляющий собой биение двух сигналов, 15 опорного, поступающего из вспомогательного плеча направленного ответвителя б по волноводу, и зеркалЬно отраженного ат поверхности исследуемого материала 13, принятого второй ан,тенной. 3. Выходные сигналы смесите2О лей 4 и 8, поступающие на первый и второй детекторы l0 и 11, имеют допплеронское смешение частоты па отношению к сигналу, облучающему поверхность через первую антенну 2. Это смещение частоты возникает в связи с перемещением поверхности со скоростью

v приводом 12.

Догплеровское смещение частоты выходных сигналов смесителей 4 и 8 позволяет разделить сигналы, отраженные от поверхности, от сигналов„ непосредственно попадающих из первой антенны 2 на входы смесителей 4 и 8, так как если скорость перемещения поЗ5 нерхности v = О, то сигналы íà выходе смесителей 4 и 8 отсутствуют. Таким образом, поступающие на блок 9 сравнения входные сигналы содержат информацию о соотношениях мощностей зеркально отраженной и диффузно рассеянной волн, так как выходные сигналы детекторов 10 и 11 пропорциональны соответственно амплитудам диффузна рассеянной и зеркально отра45 женной волн. Выходной сигнал блока 9 регистрируется индикатором 5.

Для обеспечения работоспособности предлагаемого устройства необходимо выбрать параметры установки передающей и приемной антенн (угол наклона, высоту выставки, рабочую длину волны, поляризацию). При этом определяющим н оценке класса шероховатости поверхности пластичных бетонных смесей является отношение длины радиоволны к высоте неровности h. Аналитически, с точки зрения процесса отражения радиоволн от плоской границы раздела двух сред, степень шероховатости поверхности определяется критерием Релея (1) макс где 8„ „ — угол наклона луча к поверхности, h — высота неровностей. . Для работы предлагаемого устройства необходимо выбирать параметры установки: угол наклона приемопередающей антенны 8» угол наклона второй антенны 3 вр, и длину волны а а р таким образом, чтобы минимальные высоты анализируемых неровностей поверхности удовлетворяли неравенству (2) па к

Если высота неровностей на всей поверхности или на участке при отражении удовлетворяет условию (2), то отражение в зависимости от характера неровностей будет диффузным или полурассеянным. Диффузным отражением называют Случай отражения, при котором плотность мощности отраженной волны П в верхнем полупространстве зависит от угла отражения по знаку Ламберта q 0 где П вЂ” плотность мощности, отраженная в перпендикулярном направлении.

Диаграмма рассеяния Р в пространстве представляет собой сферу.

Известно, что при полурассеянном отражении мощность, отраженная в обратном направлении под углом Hпад (мощность диффузно рассеянной волны) уменьшается при уменьшении h/я, .а мощность зеркально отраженной волны под углом 9 ад = 9pip (зеркально отраженная волна) увеличивается с уменьшением h/s.

Следовательно, для повышения точности анализа класса шероховатости с уменьшением высоты неровностей поверхности необходимо уменьшить отношение % /з п о пад .

Однако увеличение угла падения

Р„ад приводит к уменьшению доппле.ровского сдвига частоты отраженного неровностями сигнала и поэтому неравенство (2) достигают уменьшением

228000 4

Случайные шероховатые поверхности из пластичных бетонных смесей, получаемые в процессе заглаживания,имеют нормальное распределение высот точек поверхности, поскольку образование неровностей поверхности является результатом совместного и аддитивного действия большого числа факторов.

При рассеянии поля случайной шеро. ховатой поверхности угловое распределение интенсивности рассеяния поля представляется функцией I(R,V), называемой индикатриссой рассеяния, где R — волновой вектор подающего

15 поля — волновой вектор рассеянноУ го поля.

В случае рассеяния поля на пластичной бетонной смеси эту поверхность можно считать идеально отражаю20 щей (коэффициент отражения 1 = 1)

У поскольку эта, поверхность проводящая и в связи со значительной влажностью имеет большую диэлектрическую проницаемость. . Соотношение интенсивности диффузно рассеянной волны (интенсивности обратного рассеяния Х =4 †(y ) и зеркально отраженной волны Х (при постоянных углах облучения и наблюЗО дения и Х, длине волны А, при неизменных расстояниях передатчика и приемника от поверхности) характеризует шероховатость поверхности и позволяет отнести ее к одному из классов шероховатостей. Интервал корре35 ляции шероховатостей поверхности пластичной бетонной смеси определяется размерами выступающих на поверхность наполнителей смеси (щебенка, гравий, песок и т.д.) и, как правч40 ло, при массовом производстве изделий размеры наполнителей постоянны или мало меняются. Поэтому соотношения интенсивностей двух вышеназванных волн определяются параметром б а

45 среднеквадратическим отклонением высот точек поверхности от среднего уровня, что и позволяет внести оперативный контроль качества поверхности изделий и автоматизировать процесс заглаживания.

Формула изобретения

Устронство для измерения парамет55 ров материалов, содержащее СВЧ-генератор, первую и вторую антенны, первый смеситель, индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью

% 1228000 Ь расширения функциональных воэможнос- торого через второй детектор соединен тей путем обеспечения контроля шеро- с вторым входом блока сравнения, выховатости пластичной бетонной поверх- ход которого подключен к входу индиности в процессе ее обработки,, вве- катора, а выход вспомогательного пледены направленный ответвитель,, цир- 5 ча направленного ответвителя соедикулятор и последовательно соединен- нен с первым входом второго смеситеные второй смеситель, первый детек- ля, к второму входу которого подсоетор и блок сравнения и второй детек- динена вторая антенна, при этом пертор, при этом основное плечо направ- вая и вторая антенны установлены под ленного ответвителя включено между tg îäèíàêîâûìè углами к нормали к повыходом СВЧ-генератора и первым пле- верхности исследуемого материала, а чом циркулятора, к второму плечу ко- также введен привод для перемещения торого подсоединена первая антенна, исследуемого материала в направлетретье плечо циркулятора соединено нии, перпендикулярном нормали к его с входом первого смесителя, выход ко- 1 поверхности.

Составитель Р. Кузнецова

Редактор В.Ковтун Техред И.Попович Корректор С.Черни

Заказ 2282/44 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4