Способ определения диэлектрической проницаемости материалов

 

Изобретение м.б. использовано для определения влагосодержания материалов по известной зависимости медду диэл. проницаемостью и кол-вом воды в материале. С целью повышения быстродействия один из СВЧ-сигналов задерживают и измеряют разность фаз опорного и измерительного СВЧ-сигналов (ОИС) на частотах f, и f,. Диэл. проницаемость определяют по ф-ле CdV,/(dv, - d(/j ) - ТС /d +. I }S где u(f, If,,-If,; й(г f , 4 , разность фаз ОИС на f без задержки; i/ j - разность фаз ОИС на f-; без задержки; (/J- разность фаз ОИС на f с задержкой на время D ; ( - разность фаз ОИС на f, с задержкой на время 2 ; - задержка ОИС; d - толщина исследуемого материала ; с - ско- .рость света в вакууме. 1 ил. с (/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК а1! 4 С 01 R 27/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTQPCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4077520/24-09 (22) !4.04.86 (46) 23.02.88. Бюл. У 7 (71) Киевский технологический институт легкой промышленности (72) Ю. А. Скрипник, В. Н. Замарашкина, А. А. Потапов и Г. А. Гавриленко (53) 621.317.335.3(088.8) (56) Бондаренко И. К. и др. Автоматизация измерений параметров СВЧ-трактов. - М.: Советское радио, 1969, с. 243-244.

Авторское свидетельство СССР

У 1116371, кл. C. 01 М 32/04, 17 ° 05.83 ° (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение м.б. использовано для определения влагосодержания мате„„Я0„„1376047 A 1 риалов по известной зависимости между диэл. проницаемостью и кол-вом воды в материале. С целью повышения быстро. действия один нз СВЧ-сигналов задерживают и измеряют разность фаз опорного и измерительного СВЧ-сигналов (ОИС) на частотах f, и f,. Диэл. проницаемость определяют по ф-ле Е =

=((а,((q, — д<р и - - с /d. +.1}, где дЧ1= Жу Ч,- !Ч = Ч 4 1 Ч, разность фаз ОИС на f без задержки, — разность фаз ОИС на f беэ задержки; - разность фаэ ОИС на Г с задержкой на время ь, g - разность фаэ ОИС на f с задержкой на время ; 1 - задержка ОИС; и — тол- а щина исследуемого материала ; с - ско™

<О .рость света в вакууме. 1 ил.

1376047

1P Lr <„> „ (l0 (3) Г с

Ф вЂ” + 1) (4)

А 41

E={ 1 2 где а „=

4ф,,= (/, —

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ и может быть использовано для определения влагосодержания материалов по известной зависимо5 сти между диэлектрической проницаемостью и количеством воды в материале.

Цель изобретения — повышение быстродействия.

На чертеже приведено устройство для реализации способа определения диэлектрической проницаемости материалов.

Устройство содержит СВЧ-генератор

1, тройники 2 - 4, волноводные фикси- 15 рованные линии 5 и 6 задержки, пере-. ключатели 7 и 8 СВЧ-сигналов, передающую антенну 9, исследуемый материал

10, приемную антенну 11, фазовый детектор 12, регулируемую линию 13 за- 20 держки, регулируемый аттенюатор 14, аналого-цифровой преобразователь 15, микропроцессорную систему 16, цифроаналоговый преобразователь 17, блок

18 перестройки частоты, триггеры 19 и 20 и цифровой индикатор 21, Способ определения диэлектрической проницаемости материалов заключается в следующем.

СВЧ-сигнал разделяют на опорный и 30 измерительные каналы. Разность фаз опорного и измерительного СВЧ-сигналов опр еляется диэлектрической проницаемостью исследуемого материала

Й 35

q,= u(rF- 1) — =- 2й(ш + rr. ), (1) где ы — начальная частота СВЧ-сигнала;

c1 — толщина исслецуемого матери40 ала у с - скорость света в вакууме;

m — число целых циклов изменения разности фаэ; — дробная часть цикла изменения разности фаэ, Разность фаз в зависимости от диэлектрической проницаемости исследуемого материала изменяется по линейно-периодическому закону, причем каж- 50 дый линейный участок преобразования соответствует изменению разности фаз

СВЧ-сигналов от 0 до 2 и .

Фиксируют разность фаз Ч, опорного-и измерительного СВЧ-сигналов на частоте Г . Затем перестраивают частоту

СВЧ-сигнала на величину лы, которую выбирают из условия

Cl

10 (а — 1) — —, (2) с 10 где d"g - порог чувствительности фазового детектора.

При такой перестройке частоты СВЧсигнала разность фаз изменяется в пределах одного линейного участка характеристики преобразования.

В случае перехода на соседний линейный участок характеристики преобзования необходимо изменить направление изменения частоты относительно наначальной. Фиксируют разность фаз опорного и измерительного СВЧ-сигналов на частоте

Далее вводят задержку опорного или измерительного СВЧ-сигнала, которуго выбирают также из условия изменения фазы в небольших пределах:

Введение задержки СВЧ-сигнала измерительного или опорного канала определяется условием работы на одном участке характеристики преобразования. Фиксируют разность фаз опорного и измерительного СВЧ-сигналов.

Восстанавливают первоначальное значение частоты СВЧ-сигнала и фиксируют разность фаэ СВЧ сигналов

Диэлектрическую проницаемость исследуемого материала определяют по формуле

Устройство работает следующим образом.

Сигнал СВЧ-генератора 1 через ; ечи тройников 2 — 4 делится на четыре канала. В двух из них СВ -1"сигналы задерживаются на фиксированное время линиями 5 и 6 задержки и постугают на первые входы переключателей 7 и

8, на вторые входы которых поступают незадержанные сигналы, Измерительный

СВЧ-сигнал с выхода переклкчателя 7 поступает в антенну 9. СВЧ-сигнал, прошедший через ис ледуемый материап 10, принимаемый антенной 11 и по1376047 ступает на первый вход фазового детектора 12, на второй вход которого поступает опорный СВЧ-сигнал с выхода переключателя 8 через линию 13 задержки и аттенюатор 14. Выходное напряжение фазового детектора 12 с помощью аналого-цифрового преобразователя 15 преобразуется в код, который вводится в микропроцессорную систему 16, где подвергается функциональному преобразованию с целью линеаризации преобразовательной характеристики фазового детектора 12.

С помощью преобразователя 17 формируется напряжение первого уровня, которое воздействует на блок 18 и устанавливает первоначальную частоту щ генератора 1, а с помощью триггеров

19 и 20 — положение переключателей 7 и 8, обеспечивающих прохождение на их выходы незадержанных СВЧ-сигналов.

По команде микропроцессорной системы 16 разность фаз Lf запоминается в оперативной памяти. На выходе преобразователя 17 формируется второй уровень напряжения U q ) U который воздействует на блок 18 и увеличивает частоту СВЧ-генератора 1 на величину йа. Полученная при этом разность фаз 2 сравнивается в микропроцессорной системе 16 с разностью фаз с .. Если то о запоминается. Если 2

, с О, то микропроцессорная система 16 выдает команду, по которой преобразователь 17 формирует третий уровень напряжения U > (U,. Разность фаз q загоминается в оперативной па2 мяти микропроцессорной системы 16.

С приходом очередной команды переключатель 8 переводится во второе положение, при этом опорный СВЧ-сигнал задерживается на величину . Разность фаз и сравнивается с разностью фаз о и запоминается. Если произошло увеличение разности фаз, то по команде микропроцессорной системы 16 переключатель 8 возвращается в первое по ложение, а переключатель 7 триггером

20 переводится во второе положение, при этом измерительный СВЧ-сигнал

50 задерживается на i . .Соответствующая этой задержке разность фаз q запоминается. После этого командой от микропроцессорной системы 16 преобразователь 17 переводится на первый уровень напряжения U„при котором восстанавливается первоначальное

" начение частоты СВЧ-генератора 1 (ы = О). Разность фаэ Ч запоминается в микропроцессорной системе 16.

В программу микропроцессорной системы 16 введен алгоритм выбора знака приращения частоты СВЧ-генератора 1 и положения переключателей 7 и 8 иэ условия работы устройства на одном линейном участке характеристики . преобразования. В память микропроцессорной системы 16 введены в виде кон- стант значения задержки, скорости распространения с и толщины материала

d.. Задержку линии 13 задержки и затухания аттенюатора 14 выбирают такими, чтобы выравнять электрические— длины и затухания канала с исслед. емым материалом и опорного канала.

По зафиксированныи в памяти микропроцессорной системы 16 разностям фаз с,, 4, и константам вычисляют диэлектрическую проницаемость

E.по формуле {4).

Формула изобретения

Способ определения диэлектрической проницаемости материалов„ заключаю- . щийся в измерении разности фаз опорного и измерительного СВЧ-сигналов на-частоте 1,, перестройке частоты до значения f и определении разности фаз опорного и измерительного

СВЧ-сигналов на частоте f2 и в последующем расчете диэлектрической проницаемости, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия, один из СВЧ-сигналов задерживают, измеряют разность фаз опорного и измерительного СВЧ-сигналов на частотах f, и f, а диэлектрическую .проницаемость определяют по формуле где Лу,= tp

, - разность фаз опорного и измерительного СВЧ-сигналов на частоте f, без задержки; . — разность фаз опорного и изме- . рительного СВЧ-сигналов на частоте f; без задержки; - разность фаэ опорного и изиерительного СВЧ-сигналов на

1376047

- задержка опорного или измерительного СВЧ-сигнала; частоте f с задержкой на вревремя л

f < — разность фаз опорного и измерительного СВЧ-сигналов на

5 частоте f с задержкой на время

d — толщина исследуемого материала; с — скорость света в вакууме.

Составитель В, Гончаров

Техред М.Ходанич Корректор Н. Король

Редактор Н. Бобкова

Заказ 784/46

Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113Q35, Москва, Ж-35, Раулская наб., д, 4j5

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