Устройство для измерения влажности

 

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит СВЧ-генератор 1, тройники 2, 5, измерительную ячейку 3, два регулируемых аттенюатора 4, 6, СВЧ детектор 9, блок 11 управления. Для достижения цели введены фазовый манипулятор 7, регулировочный аттенюатор 8, преобразователь 10 напряжение-код. Аттенюатор 8 состоит из четырех аттенюаторных секций, включенных последовательно. При настройке аттенюатора 8 аттенюаторные секции настраивают так, чтобы каждая из них вносила затухание, равное соответственно 8, 4, 2 и 1 дБ. Манипулятор 7 работает в ключевом режиме, обеспечивая фазовый сдвиг либо 0, либо φ/2. В зависимости от комбинации сигналов на управляющем входе аттенюатора 8 он может вносить затухание от 0 до 15 дБ с дискретностью 1 дБ. Весь цикл измерения осуществляется за пять тактов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИ ЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„;SU„„14781

А1 (51)4 G 01 N 22/04 р., - ; ц 1

|I . . I г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

f10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4233957/24-09 (22) 23.04.87 (46) 07.05.89. Бюл. ¹ 17 (72) С.Н.Буров, В.II.Кобелев и А. Т. Комлев (53) 621 ° 317. 39. 533. 275 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1149149, кл. С 01 N 22/04, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1191795, кл. G 01 N 22/04, 1984. (54) УСТРОЙСТВО Д1!Я ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ (57) Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения— повышение точности, Устр-во содержит

СВЧ-генератор 1, тройники 2,5, измерительную ячейку 3, два регулируемых аттенюатора 4,6, СВЧ"детектор 9, блок

11 управления. Для достижения цели введены фазовый манипулятор 7, регулировочный аттенюатор 8, преобразователь 10 напряжение — код. Аттенюатор

8 состоит из четырех аттенюаторных секций, включенных последовательно.

При настройке аттенюатора 8 аттенюаторные секции настраивают так, чтобы каждая из них вносила затухание, равное соответственно 8,4,2 и 1 дБ. Ианипулятор 7 работает в ключевом режиме, обеспечивая фазовый сдвиг либо О, либо ((((/2. В зависимости от комбинации сигналов на управляющем входе аттенюатора 8 он может вносить затухание от g

0 до 15 дБ с дискретностью 1 дБ.

Весь цикл измерения осуществляется за пять тактов. 1 з ° и. ф-лы, 2 ил.

1478107

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ и может быть использовано для измерения диэлектрических параметров материалов.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг, 1 приведена электрическая функциональная схема устройства для измерения влажности; на фиг ° 2 l0 электрическая функциональная схема одной из аттенюаторных секций.

Устройство для измерения влажности (фиг. 1) содержит СВЧ-генератор 1, первый тройник 2, измерительную ячей- 15 ку 3, первый регулируемый аттенюатор

4, второй тройник 5, второй регулируемый аттенюатор 6, фазовый манипулятор 7, третий регулируемый аттенюатор 8, СВЧ-детектор 9, преобразова- 20 тель 10 напряжение — код, блок 11 управления. Одна из аттенюаторных секций третьего регулируемого аттенюатора (фиг. 2) состоит из СВЧ-вентиля 12, тройника 13, р-i — n-аттенюатора 14, подвижного короткозамыкателя 15.

Третий регулируемый аттенюатор 8 состоит, например, из четырех аттенюаторных секций, включенных последовательно., При настройке аттенюатора 8 первую, вторую, третью и четвертую аттенюаторные .секции настраивают так, чтобы каждая из них вносила затуха- . ние, равное соответственно 8, 4, 2 и 1 дБ. Аттенюаторы 4 и 6 работают в ключевом режиме (открыт — закрыт).

Фазовый манипулятор 7 также работает .в ключевом режиме, обеспечивая фазовый сдвиг либо О, либо 7 /2.

Устройство работает следующим об- 40 разом.

Сигнал с выхода СВЧ-генератора 1 поступает на тройник 2 и делится в нем на два: измерительный и опорный.

Измерительный сигнал взаимодействует 45 с исследуемым материалом в измерительной ячейке 3 и поступает на вход аттенюатора 4. С выхода аттенюатора 4 сигнал поступает в тройник 5, где суммируется с опорным сигналом, прошедшим через фазовый манипулятор 7 и аттенюатор 6.

Суммарный сигнал с выхода тройника 5 поступает на вход аттенюатора, Q которым регулируется мощность сигнала, поступающего на СВЧ-детектор 9, продетектированный сигнал преобразу.ется в код преобразователем 10 и поступает на вход блока 11 управления. а

Управляемый дискретный аттенюатор имеет четыре управляющих входа по числу аттенюаторных секций. На каждый управляющий вход подается управляю щий сигнал "0" или "1 " с выходов блока управления. Если аттенюатор 8 состоит из четырех аттенюаторных секций, то в зависимости от комбинации сигналов на его управляющем входе он может вносить затухание от О до 15 дБ с дискретностью 1 дБ.

Весь цикл измерения осуществляется за пять тактов.

В первом такте блок управления подает. сигнал "1" на управляющий вход аттенюатора 4, запирая его, "О" на управляющий вход аттенюатора 6 и

"0" на управляющий вход фазового манипулятора 7, т.е. измерительный канал запирается, опорный открывается, а сдвиг фаз, вносимый фазовым манипулятором 7, равен нулю. В этом случае код блока 11 управления на первом, втором и третьем выходах p=100. На аттенюатор 8 в первом такте подается управляющий код g=0111 т.е. затухание, вносимое им, равно 8 дБ, что соответствует середине диапазона аттенюатора 8. В этом состоянии устройст"sa код, поступающий с выхода преобразователя 10 в блок управления, запоминается в блоке 11 управления.

Во втором такте на первых трех выходах блока 11 управления устанавливается код р=10 1, при этом в опор / ный канал вносится сдвиг li/2. Поскольку фазовый манипулятор не идеален, то при этом меняется и амплитуда прошедшего через него опорного сигнала °

Значение этой амплитуды измеряется с помощью аттенюатора 8 следующим образом. Аттенюатором 8 подбираются два ближайших значения затухания, при которых соответствующие отклонения напряжений СВЧ-детектора 9 от опорного (измеренного в первом такте при

p=100(минимальны, затем эти отклонения измеряются, а значение амплитуды сигнала вычисляется по формуле

BUD-401

А=А оп н, î (q м.1 0,-10 " —,ьи,- 10 где А — искомая амплитуда;

A оп — амплитуда опорного сигнала;

dU2 02 По а

1.0 0>

1478107

10 ления.

П,, — напряжение СВЧ-детектора 9, соответствующее второму значению затухания аттенюатора 8;

U, — напряжение детектора 9, соответствующее первому значению затухания аттенюатора 8;

U — опорное напряжение СВЧ-детектора 9;

N, — первое значение затухания аттенюатора 8;

Nг — второе значение затухания аттенюатора 8;

N — опорное значение затухания аттенюатора 8.

В данном случае N,=8 дБ, А „=А „,.

Аналогично измеряются и амплитуды сигналов для управляющих кодов р=011;

000; 010. 20

Для измеренных значений амплитуд н — ° 10 го ог, н

Аооо =кроо +A „- д +2А ноо 2A, "соз(pu>v Ч.n) i 25 где А ц — амплитуда сигнала на входе измерительного канала; 30

N — затухание, вносимое исследуемым материалом;

А =А — амплитуда сигнала на выходе измерительного канала;

Ао„=А, — суммарная амплитуда опорного

35 и измерительного сигналов при сдвиге фаз в опорном канале 4 ч =0;

А =А — амплитуда сигнала на выходе

too 4 опорного канала при сдвиге 40 г фаз в опорном канале 4v-0 суммарная амплитуда опорно-. го и измерительного каналов при сдвиге фаз в опорном канале о4 = о/2; 45.А,д, =А — амплитуда сигнала на выходе опорного канала при сдвиге фаз в опорном канале z = Я2;

Ц„,„— сдвиг фаз в измерительном канале;

Ц,„ — сдвиг фаз в опорном канале.

Из приведенных соотношений нетрудно получить формулы обработки данных

N=N„-201g--;

Ar

55 (1)г(2)г (Ан А< А А4 = tg

A ()г ()г о 2 5

А+ А4 где N „ — константа, зависящая от параметров СВЧ-тракта (1 н

Ан

А„и А — амплитуды сигналов на входе измерительного канала и на выходе опорного канала соотВетстВенно>

Ч вЂ” разность фаз измерительного и опорного каналов (Ч= Ч „,„- Ч,„).

Значение влажности вычисляется по значениям N и ц путем использования зависимости W=W(N,q), рассчитанной по результатам предварительных измерений при градуировке устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения влажности, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, первый тройник, измерительную ячейку, первый регулируемый аттенюатор, второй тройник и СВЧ-детектор, второй регулируемый аттенюатор, выход которого соединен с вторым входом второго тройника и блок управления, первый и второй выходы которого связаны с управляющими входами соответственно первого и второго управляемых аттенюаторов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, введены фазовый манипулятор, включенный между вторым выходом первого тройника и вторым регулируемым аттенюатором, третий регулируемый аттенюатор, включенный между выходом второго тройника и входом СВЧ-детектора, преобразователь напряжение — код, вход которого соединен с выходом СВЧ-детектора, а выход — с входом блока управления, причем управляющие входы фазового манипулятора и третьего регулируемого аттенюатора соединены соответственно с третьим и четвертым дополнительными выходами блока управ2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что третий регулируемый аттенюатор выполнен в виде и последовательно включенных атте-! нюаторных секций, каждая из которых состоит из последовательно соединенных СВЧ-вентиля, вход которого является входом третьего регулируемого аттенюатора тройника, р — i — n-атСоставитель В. Гончаров

Техред Л. Олийнык Корректор О. Кравцова

Редактор С.Пекарь

Заказ 2356/43 Тираж 790 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Ужгород, ул. Гагарина, 101

5 1478107 6 тенюатора и подвижного короткозамыка- атора, а второй выход тройника п-й теля, причем управляющий вход р — i — аттенюаторной секции является выхои-аттенюатора является управляющим дом третьего регулируемого аттенюавходом третьего регулируемого аттеню- тора.