Устройство для измерения параметров анизотропных материалов

 

Изобретение может быть использовано при структурометрии, дефектоскопии и контроле физико-механических х-к изделий. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устр-во содержит СВЧ-г-р 1, пять направленных делителей мощности (НДМ) 2, 5, 6, 8 и 10, модулятор 3 одной.боковой полосы , волноводную скрутку 4 на 90 , передающую антенну 7,. три фазовращателя 9, 17 и 18, два тройника 11 и 19, два СВЧ-детектора 12 и 20, измеритель 13 частоты, образец 14, две приемные антенны 15 и 16 линейной поляризации и фазовый детектор (ФД) 21. Сигнал СВЧ-г-ра 1 с круговой частотой CL направляется в два канала: изм ерительный и опорный. В измерительном канале находится модулятор 3, сдвигающий частоту на величину модулирующей частбты 52., которая изменяется в процессе измерения. Измep lB частоту SI , соответствующую нулевому напряжению на выходе ФД 21, и зная частоту сл , можно определить количественную меру анизотропии в виде отношения показателей преломления для двух перпендикулярно поляризованных плоских электромагнитных волн. Цель достигается введением модулятора 3 с цепью перестройки модулирующей частоты S- , состоящей из НДМ 8 и 10, фазовращателя 9, тройника 11, СВЧ- детектора 12 и ФД 21. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 01 R 27

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3766437/24-09 (22) 09.07.84 (46) 07.01.87. Бюл. ¹ 1 (7i) Институт прикладной физики

АН БССР (72) В.А.Конев, В.А.Михнев и С.В.Савич (53) 621.317.335.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 907423, кл. G 01 N 22/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 441525, кл. С 01 R 27/26, 1974. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение может быть использовано при структурометрии, дефектоскопии и контроле физико-механических х-к изделий. Цель изобретения — повышение точности измерения. Устр-во содержит СВЧ-r-p 1, пять направленных делителей мощности (НДМ) 2, 5, 6, 8 и 10 модулятор 3 одной.боковой полосы, волноводную скрутку 4 на 90 передающую антенну 7,. три фазовраща„.Я0 „,1282О22 А 1 теля 9, 17 и 18, два тройника 11 и

19, два СВЧ-детектора 12 и 20, измеритель 13 частоты, образец 14, две приемные антенны 15 и 16 линейной поляризации и фазовый детектор (ФД) 21.

Сигнал СВЧ-г-ра 1 с круговой частотой и7 направляется в два канала: измерительный и опорный. В измерительном канале находится модулятор 3, сдвигающий частоту на величину модулирующей частоты Я., которая изменяется в процессе измерения. Измерив частоту 32, соответствующую нулевому напряжению на выходе ФД 21, и зная частоту >, можно определить количественную меру анизотропии в виде от- Щ ношения показателей преломления для двух перпендикулярно поляризованных плоских электромагнитных волн. Цель достигается введением модулятора 3 с цепью перестройки модулирующей ча- стоты, состоящей из НДМ 8 и 10, фазовращателя 9, тройника 11, СВЧдетектора 12 и ФД 21, 1 ил.

1282022

Изобретение относится к технике

СВЧ измерений физических характеристик материалов, в частности анизотропии диэлектрической проницаемости, и может быть использовано при структурометрии деЛектоскопии, контроле физико-механических характеристик изделий.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На чертеже изображена структурная электрическая схема устройства для измерения параметров анизотропных материалов.

Устройство для измерения парамет.—

;ров анизотропных материалов состоит

: из СВЧ-генератора 1, соединенного с направленным делителем 2 мощности.

Первый выход направленного делителя

2 мощности через модулятор 3 одной боковой полосы, нолноводную скрутку о

4 на 90 и направленный делитель 5 мощности, а второй выход через направленный делитель 6 мощности подключены к передающей антенне 7.

Выход модулятора 3 одной боковой полосы и второй выход направленного делителя 2 мощности подключены также соответственно через направленный делитель 8 мощности, третий фазовращатель 9 и через направленный делитель 10 мощности к противоположным плечам второго тройника 11, в третье плечо которого включен второй СВЧдетектор 12, выход которого подсоединен к измерителю 13 частоты. Передающая антенна 7 излучает электромагнитные колебания с двумя ортогональ, ными направлениями поляризации в сто" рону образца 14, которые после прохождения через образец 14 принимаются приемными антеннами 15 и 16 линейной поляризации и перпендикулярными плоскостями ориентации. Выходы приемных антенн 15 и 16 подключены соответственно через первый и второй фазовращатели 17 и 18 к противоположным плечам первого тройника 19, в третьем плече которого находится первый СВЧдетектор 20. Выходы первого и второго

СВЧ-детекторов 20 и 21 подключенык; входам фазового детектора 21, выход которого соединен с управляющим входом модулятора 3 одной боковой полосы.

Устройство для измерения параметров анизотропии материалов работает следующим образом.

O Р = — <Дп

1 с 1У

llew = --(+ й) П

Й

2 с gt (1) где il, и п, — коэфЛициенты преломления

45 по направлениям поляризации нолн с частотами колебаний. соответственно и v32, d — толщина образца 14, с — скорость света н вакууме.

Таким образом сигналы, принятые приемными антеннами 15 и 16, изменяются во времени по законам:

Е (t) = Е cos(vent + „+ );

E„(t) = Е cosl(2+A) t + P +a Р 7

Сигнал СВЧ генератора 1 с круговой частотой cd направляется направленным делителем 2 в два канала: измерительный и опорный. В измерительном канале находится модулятор 3, сдвигающий частоту СВЧ генератора 1 на величину

Я, которая изменяется в процессе измерения..

Волноводная скрутка 4 введена . с

® целью поворота плоскости поляризации электромагнитной волны, распространяющейся в измерительном канале, на угол 90 .

Сигналы измерительного и опорного каналов через направленные делители

5 и 6 поступают в передающую антенну

7,-излучаются ею, проходят через образец 14 и принимаются соответственно приемными антеннами 15 и 16 линейной поляризации.

Для простоты,цальнейших рассуждений считают равными амплитуды всех рассматриваемых сигналов.

Образец 14 облучается двумя плоскими электромагнитными волнами, поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях с временными изменениями амплитуд векторов электрического

30 поля, удовлетворяющими выражениям:

Е, (t) = Е cos(u)t + М„);

E (t) = Е cos ((A+a)t +У Э, где Ч, и М вЂ” начальные фазы колебаний волн.

При прохождении сигналов Е,it) и

Е2(t) через образец 14 их фазы изменяются соответственно на величины и, и ланд, которые можно определить по формулам:

128?022

Эти сигналы через фазовращатели 17 и

18 поступают в противоположные плечи тройника 19, в третьем плече которого находится СВЧ-детектор 20.

Таким образом, на СВЧ детектор 20 подаются два сигнала

Š(t) — Šcos(dt + y, +V, + 1);

Е6 С F. cos((м)+ Я) t + %2+ 4+Ü Р 7у, где М, и Уз — изменения начальных фаз 10 сигналов Е,(t) и Е (), внесенные уз соответственно фазовращателями 18 и 17.

С выхода СВЧ-детектора 20 снимается сигнал с разностной частотой Я, изменяющейся по закону."

Е (t) = Е cos(SLt + (Ч + Р ) — (92+1 ) +

+ 1 4

Аналогично в противоположные плечи 20 тройника 11 соответственно через направленный делитель 8 и фазовращатель

9, а также через направленный делитель 10 подаются сигналы:

E8(t) = E cos(Ca + 3 t + );

Еэ(С) = Е.cos(< t + 4 ) (1 ., и СВЧ детектор 12, включенный в тре— ! тье плечо тройника 11, выделяет сигнал с разностной частотой SL..,,изменяющейся по закону:

Е„,(t) = Е cos(>t + Ч вЂ” ) .

Колебания Е (t) и F. (t) поступают íà 35 7 1О входы фазового детектора 21, на выходе которого присутствует напряжение, изменяющееся в зависимости от разности начальных фаз этих колебаний по закону: 40

О с(1 й) (е 4 (q,— — q ) +аe, -ам).

Это напряжение и является управляющим для системы перестройки модулирующей 45 частоты Я модулятора 3. Перестройка частоты производится до тех пор, пока не ныполнится условие U = О, что соответствует выполнению равенства

50 Р„+ <, 7 - Г, +,7 - (е, +, 1+ ЖПерестройкой фазовращателей 9, 17 и

18 добиваются выполнения равенства:

3u, +,a-tV, + V,7- t,+Ó=О(3) для любого возможного значения частоты Q...

Для этого при отсутствии образца

14 и S? = О, следствием чего является выполнение условия Л 1,= 4 g, фазовращателями 17 и 18 устанавливают такие начальные фазы колебаний н измерительном и опорном каналах, при которых напряжение на выходе фазового детектора 21 равно нулю, при этом выполняется равенство (3), Однако вследствие неидентичности участков "а " и " " СВЧ-трактов (чертеж) равенство: (3) не выполняется при перестройке частоты.

Для устранения этого недостатка в устройство вводится третий фазонращатель 9, который обеспечивает равенство электрических длин участков Ы " и "аВ " СВЧ-трактов при любом возможном значении частоты Я .

При измерении количеств энной меры анизотропии проводится изменение частоты модуляции до тех пор, пока напряжение на выходе фазового детектора

21 не снизится до нуля, Как видно из выражений (2) и (3), это произойдет лишь в случае удовлетворения условия

Как следует иэ выражения (1), этоыу соответствует выпоивевие равенства:

-dn„. = -(+ )п или - -= — —. (4)

d d и M+SL с 1 с 2 П2 )

Измерив частотуХ, соответствующую

1 нулевому напряжению на выходе фазово1

;го детектора 21, измерителе 13 и зная частоту 1 СВЧ-излучения, можно определить количественную меру анизотропии в виде отношения показателей преломления для двух перпендикулярно поляризованнык плоских электромагнитных волн.

Как видно из (4), точность измерения не зависит от толщины образцов d а частота ) СВЧ-излучения входит н выражение для определения количественной меры анизотропии в виде отношения.

Частоты v3 и и можно измерить с очень нысокой степенью точности, следствием чего является очень малая погрешность при измерении количественной меры анизотропии.

Минимальное отношение показателей преломления, которое можно измерить при помощи данного устройства при фиксированной толщине образца 14 d, определяется ошибками системы перестройки модулирующей частоты, а 1282022 .

Составитель F,.Ñêîðîõoäoâ

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Редактор Н.Марголина

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

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

Заказ 7260/42

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 также шумовыми свойствами СВЧ-детекторов 12 и 20 и фазового детектора 21.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров анизотропных материалов, содержащее передающую антенну, к входу которой подключены выходы первого и вто" рого направленных делителей мощности, две приемные антенны линейной поляри- 10 зации с перпендикулярными плоскостями ориентации для приема ортогональнополяризованных волн, СВЧ-генератор, соединенный с входом третьего направленного делителя мощности, при этом выходы приемных антенн линейной поляризации соответственно через первый и второй фазовращатели соединены с вхо- .. дами первого тройника, выход которого подключен к первому СВЧ-детектору, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, к первому выходу третьего направленного делителя мощности последовательно подключены четвертый направленный делитель мощности, второй тройник, второй СВЧ-детектор, фазовыи детектор, модулятор одной боковой полосы, пятый направленный делитель мощности и третий фазовращатель, выход которого соединен с вторым входом второго тройника, при этом второй выход четвертого направленного делителя мощности подключен к входу второго направленного делителя мощности; выход первого СВЧ-детектора соединен с вторым входом фазового детектора, к вылоду второго СВЧ-детектора подключен введенный измеритель частоты, а второй выход пятого направленного де.лителя мощности соединен через вве денную волноводную скрутку на 90

,с входом первого направленного делителя мощности.