Сверхвысокочастотный влагомер
Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение точности измерений путем исключения влияния переменной длины волны и толщины материала. СВЧ-влагомер содержит управляемый по частоте СВЧ г-р 1, низкочастотный управляющий г-р 2, развязывающий аттенюатор 3, регулятор .мощности 4, блок выделения отраженного сигнала (БВОС) 5, два СВЧ-детектора 6 и 12, дифференциальный у-ль 7, излучающую и приемную антенны 8 и 10, полупрозрачный отражатель 9, контролируемый материал II, логарифмический преобразователь 13, регулируемый видеоусилитель 14, усредняющий фильтр 15, у-ль огибающей сигнала (УОС) 16, синхронный детектор 17, индикаторный прибор 18 и источник опорного напряжения (ИОН) 19. СВЧ- влагомер обеспечивает измерение влажности диэлектрических материалов, преимущественно тканей, кож, пленок и других рулонных и листовых материалов, с использованием эл.-магн. излучения СВЧ. Цель достигается введением БВОС 5, детектора 6, дифференциального у-ля 7, полупрозрачного отражателя 9, регулируемого видеоусилителя 14, усредняющего фильтра 15, УОС 16 и ИОН 19 1 3. п. ф-лы, 1 ил. (Л ГС 4 сд со О5 ел
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)4 G01 N22 04
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ЫЛБ."Ф
С::
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3771685/24-09 (22) 11.07.84 (46) 23.07.86. Бюл. № 27 (7I ) Киевский технологический институт легкой промышленности (72) А. А. Потапов, Ю. А. Скрипник и В. И. Водотовка (53) 621.317.738 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 438516, кл. G Ol R 27/02, 1974.
Авторское свидетельство СССР № 797346, кл. G 01 N 22/00, 1960. (54) СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ВЛАГОМЕР (57) Изобретение относится к радиотехнике.
Цель изобретения — повышение точности измерений путем исключения влияния переменной длины волны и толщины материала.
СВЧ-влагомер содержит управляемый по частоте СВЧ г-р 1, низкочастотный управляющий г-р 2, развязывающий аттенюатор 3, „„SU,» 1245965 А1 регулятор мощности 4, блок выделения отраженного сигнала (БВОС) 5, два СВЧ-детектора 6 и 12, дифференциальный у-ль 7, излучающую и приемную антенны 8 и 10, полупрозрачный отражатель 9, контролируемый материал 11, логарифмический преобразователь 13, регулируемый видеоусилитель !4,.усредняющий фильтр 15, у-ль огибающей сигнала (УОС) 16, синхронный детектор !7, индикаторный прибор 18 и источник опорного напряжения (ИОН) 19. СВЧвлагомер обеспечивает измерение влажности диэлектрических материалов, преимущественно тканей, кож, пленок и других рулонных и листовых материалов, с использованием эл.-магн. излучения СВЧ. Цель достигается введением БВОС 5, детектора 6, дифференциального у-ля 7, полупрозрачного отражателя 9, регулируемого видеоусилителя 14, усредняющего фильтра 15, УОС 16 и ИОН 19
1 з. п. ф-лы, 1 ил.
1245965
15
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения влажности диэлектрических материалов, преимущественно тканей, кож, пленок и других рулонных и листовых материалов, с использованием электромагнитного излучения сверхвысоких частот (СВЧ) .
Цель изобретения — повышение точности измерений путем исключения влияния переменной длины волны и толщины материала.
На чертеже приведена структурная электрическая схема сверхвысокочастотного влагомера.
Сверхвысокочастотный влагомер содержит управляемый по частоте сверхвысокочастотный генератор 1, низкочастотный управляющий генератор 2, развязывающий аттенюатор 3, регулятор 4 мощности СВЧ колебаний (например, на р)п диоде), блок 5 выделения отраженного сигнала, с использованием направленного ответвителя или ферритового циркулятора, второй сверхвысокочастотный детектор 6, дифференциальный усилитель 7, излучающую антенну 8, полупрозрачный отражатель 9, выполненный, например, в виде системы параллельных проводников, расположенных на расстоянии меньшем Х «/4 и ориентированных под vlлом, отличным от К.л/2 (К = О, +-1, +-2, ...) по отношению к вектору поляризации излучаемой волны, приемную антенну 10, при этом контролируемый материал 11 расположен между антеннами под углом 45 к направлению излучения, первый сверхвысокочастотный детектор 12, логарифмический преобразователь 13, регулируемый видеоусилитель 14, усредняющий фильтр 15, усилитель 16 огибающей сигнала, синхронный детектор 17, индикаторный прибор 18, и источник 19 опорного напряжения.
Сверхвысокочастотный влагомер работает следующим образом.
Сверхвысокочастотный генератор 1 под воздействием прямоугольного напряжения низкой частоты вырабатываемого низкочастотным управляющим генератором 2, генерирует колебания с длинами волн Х и с периодом повторения низкочастотного управляющего генератора 2. СВЧ колебания через развязывающий аттенюатор 3, регулятор 4 мощности, блок 5 выделения отраженного сигнала поступают в излучающую антенну 8 и излучаются. Частично отраженная полупрозрачным отражателем 9 электромагнитная волна, пройдя через блок 5 выделения отраженной волны, детектируется сверхвысокочастотным детектором 6 отраженного сигнала. Продетектированный сигнал U, поступает на первый вход дифференциального усилителя 7, на второй вход которого подается постоянное напряжение
Un) от источника 19 опорного напряжения.
Выходной сигнал дифференциального усили25
55 теля 7, пропорциональный разности (Up)— — U,,) поступает на регулятор 4 мощности, например на pin диоде. Очевидно, выпрямленный сверхвысокочастотным детектором 6 отраженный сигнал определяется величиной
СВЧ мощности, генерируемой сверхвысокочастотным генератором 1, коэффициентом отражения полупрозрачного отражателя, коэффициентами передачи и неравномерностью частотных характеристик излучающей антенны 8, волноводов, блоком 5 выделения отраженного сигнала сверхвысокочастотного детектора 6. В результате регулирования СВЧ мощности исключается влияние неравномерности частотных характеристик СВЧ тракта и уровня генерируемой сверхвысокочастотным генератором 1 мощности на разных частотах. Кроме того, практически исключается неравномерность частотных характеристик приемной антенны 10 и сверхвысокочастотного детектора 12, если они однотипны с излучающей антенной 8 и сверхвысокочастотным детектором 6 соответ ст ве н но.
Чтобы исключить влияние на качество стабилизации уровня излучаемой мощности
СВЧ колебаний сигнала, отраженного влажным материалом, антенны располагаются так, чтобы направление распространения электромагнитных колебаний составляло угол р == 45 с плоскостью, в которой движется влажный материал. При этом отраженная влажным материалом волна не попадает в излучающую антенну 8.
Таким образом, применение полупрозрачного отражателя и специальной ориентации антенны позволяет осуществить стабилизацию СВЧ мощности излучения в широком диапазоне частот.
Приемная антенна 10 воспринимает прошедшую через влажный материал с эффективной толщиной d = dp/cosy электромагнитнук) волну и на нагрузке сверхвысокочастотного детектора 12 при генерации сверхвысокочастотным генератором 1 колебаний с длиной волны 4 выделяется продетектированный сигнал, равный
U<3<) — P, К, „е — o(+7,), (1) а при генерации колебаний с длиной волны
Хг (г)
Ul2 = — PpKi=c (2) где Pn — излучаемая мощность СВЧ колеба.ний;
Ki)-- коэффициент передачи сверхвысокочастотного детектора !2;
Qp — коэффициент затухания сухого материала; у, уг — нормированные коэффициенты затухания, зависящие от количества
:влаги в материале при длине волны
4 и Хг соответственно.
После логарифмического преобразователя 13 и регулируемого видеоусилителя !4
1245965 (6) Составитель Ю. Мамонтов
Техред И. Верес Корректор Л.()брунар
Тираж 778 Поooooooo
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! )3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Редактор Н. Я((ола
Заказ 399 ) /35 амплитуды сигналов Ь 2 UI4" будут иметь значения: т Ж (() () ) 4= K I 4KI3UI 2= K I 4 (1одРо— — с(о (1+у|) d); (2) (2.)
Ul4 = K f4K,l3Ul2 = KI4(logPo — ао(1+У2) 4).
Переменная составляющая сигнала на входе усилителя 16 огибающей равна (1) Q)
Ulo = Ul4 — UI4 = K«nod (7l — (2). (4)
В то же время на выходе усредняющего фильтра 15 выделяется средний уровень сигнала, равный
1), — — (UI4 + UI4) — logPo—
2 о
Сигнал, пропорциональный logPo, может 20 быть скомпенсирован подачей постоянного смещения Uo2 на второй вход регулируемого видеоусилителя 14. Коэффициент передачи регулируемого видеоусилителя 14 можно представить следующим образом
25 (о) 1 2К
1(2+ + (о) где KI4 — постоянная величина.
Таким образом, сигнал, поступающий на индикаторный прибор 18, может быть представлен следующим выражением: (о)
2Kl4(gI — У2)
Х (1 — у2) = К17 К в — 2+,/ +1, — 35 (1 У2
2+7, +у, где K lb — коэффициент передачи усилителя 16 огибающей, 40
К т — коэффициент передачи синхронного детектора
17;
К= К и Kl .К 4-2 — постоянная величина, так как технически можно достичь высокой стабильности усилителя 16 огибающей и синхронного детектора 17.
Как видно из полученного выражения, выходной сигнал влагомера не зависит от толщины d контролируемого материала (плотности, структуры и т. п.) в сухом состоянии характеризуемых величиной ñ(o.
Кроме того, так как величины у и у2 входят
Us x = KIrKIrUI4 — К т Klo KI4 Форд(ула изобретения 1. Сверхвысокочастотный влагомер, содержащий управляемый по частоте сверхвысокочастотный генератор, к выходу которого подключены последовательно соединенные развязывающий аттенюатор и регулятор мощности, излучающую и приемную антенны между которыми расположен контролируемый материал под углом к направлению излучения, последовательно соединенные первый сверхвысокочастотный детектор, вход которого подключен к приемной антенне> и логарифмический преобразователь, синхронный детектор, к выходу которого подключен индикаторный прибор, а также низкочастотный управляющий генератор, соединенный своим выходом с управляющими входами синхронного детектора и сверхвысокочастотного генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, путем исключения влияния переменной длины волны, в него введены полупрозрачный отражатель, расположенный перед излучающей антенной, блок выделения отраженного сигнала, последовательно соединенные второй сверхвысокочастотный детектор и дифференциальный усилитель, источник опорного напряжения, причем блок выделения отраженного сигнала своим входом соединен с выходом регулятора мощности, первым выходом — с излучающей антенной, вторым выходом — с вторым сверхвысокочастотным детектором, к выходу дифференциального усилителя подключен управляющий вход регулятора мощности, при этом второй вход дифференциального усилителя соединен с первым входом источника опорного напряжения. 2. Влагомер по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем исключения влияния толщины материала, в него введены последовательно включенные регулируемый видеоусилитель и усилитель огибающей сигнала, усредняющий фильтр, при этом выход логарифмического преобразователя соединен с первым входом регулируемого видеоусилителя, второй вход с выходом усредняющего фильтра, третий вход — с вторым выходом источника опорного напряжения, выход — с входом усредняющего фильтра, причем выход усилителя огибающей сигнала соединен с сигнальным входом синхронного детектора.
