Способ определения затухания диэлектрических материалов

 

Изобретение относится к радиоизмерениям. Цель изобретения - обеспечение измерений твердых диэлектриков и повышение точности. Устройство для осуществления способа содержит генератор 1 колебаний, линию 2 передачи, между проводниками которой размещен исследуемый образец материала (ИОМ), и измерительные приборы 3 и 4, подключенные к линии 2 для фиксации напряженностей E<SB POS="POST">1</SB> и E<SB POS="POST">2</SB>. Генератор 1 возбуждает электромагнитные волны в линии 2, у которой пространство между проводниками заполнено ИОМ. В этом случае распределение электрической компоненты поля в направлении продольной оси линии описывается заданным выражением. Искомыми параметрами ИОМ являются диэлектрическая проницаемость и проводимость, которые, в свою очередь, связаны с влажностью материала. Указанные параметры могут быть выражены через постоянные затухания и фазу волны. Эти постоянные определяют путем измерения значений длины волны и напряженности полей, хотя бы в двух сечениях линии 2. Двухпараметровый способ позволяет повысить точность измерения влажности путем более точной корреляции между электрическими характеристиками ИОМ и влажностью. 2 ил.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Si)S С 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTÎPCHÎMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П НТ СССР (21) 4013499/24-09 (22) 14.01.86 (46) 23..05.90. Бюл. t" 19 (71 Ташкентское научно-производственное объединение "Сигнал" (72) В.A. Овчинников (53) 621.317.341(088.8) (56) Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах, М., 1963, с. 147-149.

Вопросы радиоэлектроники, сер.ТПО, вып. 3, 1975, с. 48-53. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАТУХАНИЯ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к радиоизмерениям. Цель изобретения — обе— печение измерений твердых диэлектриков и повышение точности. Устройство для осуществления способа содержит генератор 1 колебаний, линию 2 передачи, между проводниками которой размещен исследуемый образец материала (ИОМ), и измерительные приборы 3 и 4, „,SUÄÄ 1566305 A 1

2 подключенные к линии 2 для фиксации напряженностей Е, и Е . Генератор 1 возбуждает электромагнитные волны в линии 2, у которой пространство между проводниками заполнено ИОМ. В этом случае распределение электрической компоненты поля в направлении продольной оси линии описывается заданным выражением. Искомыми параметрами ИОМ являются диэлектрическая проницаемость и проводимость. которые, в свою очередь, связаны с влажностью материала. Указанные параметры могут быть выражены через постоянные затухания и фазу волны. Эти постоянные определяют путем измерения зна- д чений длины волны и напряженности полей хотя бы в двух сечениях линии 2.

Двухпараметровый способ позволяет no . высить точность измерения Впавности путем более точной корреляции между электрическими характеристиками ИОМ и влажностью. 2 ил.

1566305

Изобретение относится к технике радиоиэмерений и может быть использовано для определения электрических параметров диэлектрических мате5 риалов и, в частности, влажности, например, хлопка-серца при его приемке и переработке, синтетических волокон, сыпучих и других материалов.

Цель изобретения - обеспечение измерений твердых диэлектриков и повышение точности, На фиг. 1 представлено устройство для реализации способа определения затухания диэлектрических материалов; 15 на фиг. 2 — распределение электрического поля вдоль оси линии (х „ и х г— сечения линии, в которых осуществляют измерение значений напряженностей полей;, h — длина волны в направлении 20 оси лИнии).

Устройство для реализации способа содержит генератор 1 колебаний, линию

2 передачи, между проводниками которой размещен образец материала, изме- 25 рительные приборы 3 и 4, подключенные к линии для фиксации напряженностей Е„ и Е, Способ определения затухания диэлектрических материалов осуществля- ЗО ют следующим образом.

Генератор 1 колебаний возбуждает. электромагнитные волны в линии 2, у которой пространство между проводниками заполнено исследуемым материалом. В этом случае распределение электрической компоненты поля в направлении продольной оси линии описывается выражением

E = C(sh Ах cos Вх + ich Ax sin Bx) ®О (1) где С - величина, характеризующая как закон распределения поля по поперечному сечению ли45 нии, так и амплитуду поля на входе линии;

А и В - соответственно постоянные затухания и фазы; х - продольная координата.

Искомыми параметрами материала являются диэлектрическая проницаемость и проводимость, которые в свою очередь связаны с влажностью материала. Указанные параметры могут быть выражены через постоянные затухания

55 и фазу волны. Эти постоянные определяют посредством измерения значений длины волны и напряженности по1 г

1 2 (В (2) (х -х,)

Постоянную затухания определяют через величины полей в сечениях х

1 и хг, которые согласно (1) будут соответственно равны Е = С вЬ(А2Л/2), Е,= С sh(AA/2) .

Отношение последних двух величин не зависит от мощности генератора колебаний

Е, 2сЬ(АЛ/2) .

Отсюда находится постоянная затухания, определяемая выражением

7 " 2Е

2,Е< ж, Для случая, когда в линии распространяется TEM-волна, связь между постоянными А и В,а также диэлектрической и магнитной проницаемостями и проводимостью материала устанавливается уравнениями (4) (5) В2 — A2 = a2E.p °

2ВА =м)р .

При использовании терминов для линий с распределенными параметрами последние уравнения принимают вид

Â2 — Аз = М)2С1- (6) (7) 2ВА = Ю?.д; лей хотя бы в двух сечениях линии.Однако длина волны для каждого иссле-: дуемого образца материала будет различной, что приведет к изменению положения узлов стоячей воды, Для проведения измерения параметров волны в фиксированных точках линии необходимо, чтобы ее узлы приходились на одни и те же заранее выбранные сечения линии, а именно на х и х, причем расстояние между короткозамкнутым концом линии (х, = О) и первым сечением х, равно расстоянию между сечениями: х — x x, — х (фиг. 2). Фиксацию узлов волны достигают такими изменениями частоты колебаний, погонными емкостью и индуктивностью линии, которые приводят к постоянству длины волны для любых исследуемых образцов материалов.

Если предположить, что между концом линии и вторым сечением х укладывается одна длина волны, то фазовая постоянная будет однозначно определяться расстоянием между сечениями х и х

Погонная емкость линии пропорциональна величине диэлектрической проницаемости заполняющего ее материала.

8 отсутствии материала диэлектрическая проницаемость заполняющего вещества такая же, как и воздуха, а при наличии материала она увеличивается в E раз, где E - относительная диэлектрическая проницаемость исследуемого материала, Тогда отношение погонных емкостей линии с материалом и без него будет равно — A2/8>

dC

С о

8ычисление диэлектрической проницаемости и проводимости исследуемых

5 15663 где С, L, g — соответственно погонная емкость, индуктивность и проводимость линии.

Уравнения (6) и (7) применимы к Ф

5 любои модификации линии, когда потери в направляющих проводниках пренебрежимо малы по сравнению с потерями в заполняющем линию диэлектрике. Если сопротивление изоляции линии очень велико (погонная проводимость равна нулю), вычисления параметров заполняющего линию материала проводят следующим образом. 8 отсутствии материала узлы стоячей волны совмещают с фиксированными сечениями. В этом режиме величинам присваивают нулевой индекс

В2 = <др С©1., (8)

При наличии исследуемого материала диэлектрическая проницаемость и проводимость между проводниками линии возрастают и становятся рав+ d C g ° 1To6bl D ART b достичь прежней длины волны, необходимо уменьшить, например, погонную емкость на величину Л С . Тогда уравнения (6) и (7) с учетом (8) примут вид

А /В2 = I + С/С вЂ” с1 С /Со, (9) 30

2В,А = 1 В, (10) где искомыми величинами являются dC и g, Из выражений (9) и (10) следует

dC/Co ДС /С вЂ” А2 /Вг (11)

2 (AC@ А/Во (1 2) материалов при использовании волноводных линий осуществляется аналогич но, как и для любой модификации двух проводной линии, используя при этом формулы зависимости постоянных коэффициентов А и 8 для волноводов.

Применение предложенного способа позволяет определить два электрических параметра диэлектрических материалов, каждый из которых характеризует влажность материала. Следовательно, двухпараметровый способ позволяет повысить точность измерения влажности путем более точной корреляции между электрическими характеристиками исследуемых материалов и влажностью.

Способ позволяет расширить класс исследуемых материалов, имеющих большие диссипативные потери, и измерять влажность материалов в широком диапазоне частот, а также позволяет анализировать образцы, минимальная длина которых может быть равна длине волны вдоль оси линии передачи. формула изобретения

Способ определения затухания диэлектрических материалов, заключающийся в подаче электромагнитного излучения на вход линии передачи, короткозамкнутой на конце и заполненной исследуемым материалом, измерение на1 пряженности поля в первом и втором се чениях Е,, F и определение затухания, отличающийся тем, что, с целью обеспечения измерений твердых диэлектриков и повышения точности, расстояние между первым и вторым сечениями выбирают равным расстоянию между первым сечением и короткозамкнутым концом, изменяют частоту электромагнитного излучения до выполнения условия совпадения длины волны

Л и расстояния от короткозамкнутого конца с вторым сечением, а затухание определяют по формуле

А = - Arch (Е /2Е ), 2 где - длина волны в линии переда" чи, заполненной исследуемым материалом.

Фиг. 2

Составитель Е. Адамова

Техред Л.Олийнык

Корректор О. Кравцова

Редактор В. Данко

Заказ 1220 Тираж 549 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