Измеритель показателя преломления воздуха

 

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ показателя преломления среды резонансным способом и может быть использовано при исследованиях диэлектрических свойств газов. Цель изобретения - упрощение конструкции. Измеритель содержит управляемый кварцевый генератор 1, СВЧ-умножитель 2 частоты, измерительный резонатор 3, концевой выключатель 4 амплитудный детектор 5, интеграторы 6 и 9 компаратор 7, Т-триггер 8, блок 10 управления , блок 11 памяти и блок 12 счета. Упрощение конструкции достигается благодаря введенным последовательно соединенным интегратору 6, компаратору 7, Т-триггеру 8, интегратору 9, которые выполняют функции блока автоматической подстройки частоты генератора 1 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ()9) (! !) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4770180/90 (22) 09.11.89 (46) 30.04.92, Бюл, № 16 (71) Производственное объединение "Монолит" (72) Ю.А,Толкачев, А.В.Поляков, В.Л.Шехтерман и Е.B,Õoëoäíÿê (53) 621.317.343(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1358564, кл. G 01 R 27/26, 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 231236, кл. G 01 R 27/26, 1974. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВОЗДУХА (57) Изобретение относится к технике измерений на СВЧ показателя преломления сре(s!)s G 01 R 27/26, 6 01 N 22/00 ды резонансным способом и может быть использовано при исследованиях диэлектрических свойств газов. Цель изобретения — упрощение конструкции. Измеритель содержит управляемый кварцевый генератор

1, СВЧ-умножитель 2 частоты, измерительный резонатор 3, концевой выключатель 4, амп))итудный детектор 5, интеграторы 6 и 9. компаратор 7, Т-триггер 8, блок 10 управления, блок 1", памяти и блок 12 счета. Упрощение конструкции достигается благодаря введенным последовательно соединенным интегратору 6, компаратору 7, Т-триггеру 8, интегратору 9, которые выполняют функции блока автоматической подстройки частоты генератора 1. 1 ил, 1730599

Изобретение относится к технике физических измерений на СВЧ, а именно к измерению показателя (коэффициента) преломления среды резонансным методом, и может быть использовано при исследованияхдиэлектрических свойств газов, в радиометеорологии, Известны измерители показателя преломления воздуха (радиорефрактометры), в которых резонансная частота измерительного резонатора "копируется" и переносится на источник СВЧ-мощности с помощью системы АПЧ. К таким измерителям относится, например, радиорефрактометр Крейна, который представляет собой два источника СВЧ-мощности на клистронных генераторах, частоты которых подстроены пассивно (методом "затягивания") или активно (с помощью си темы АПЧ) к резонансным частотам двух объемных резонаторов. — вакуумированного и открытого. Выделенная в кристаллическом смесителе разностная частота двух клистронных генераторов несет информацию о показателе преломления воздуха, проходящего через открытый (изме рител ьн ы й) резонатор.

Однако такая структура радиорефрактометра весьма неэкономична, поскольку требует использования большого количества электронного оборудования: двух источников СВЧ-мощности и двух систем (каналов АПЧ, усилителя постоянного тока, источника частоты модуляции), Построение радиорефрактометров по однорезонаторной схеме позволяет существенно упростить структуру данного устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель показателя преломления атмосферы.

Известный измеритель показателя преломления атмосферы, выполненный по однорезонатор ной структуре, переносит изменение частоты измерительного резонатора, несущего информацию о показателе преломления воздуха с помощью системы

АПЧ на частоту УКГ, B блоках цифровой обработки производится цифровая обработка частоты УКГ при проведении калибровки (измерительный резонатор откачан) и при проведении собственно измерений показателя преломления воздуха (измерительный резонатор открыт для доступа воздуха).

Система АПЧ, используемая в данном устройстве и служащая для автоматической подстройки частоты источника СВЧ вЂ” УКГ по частоте объемного СВЧ-резонатора содержит детектор СВЧ, линейку усилителей промежуточной частоты, фазовый детектор, 5

55 усилитель постоянного тока, источник частоты модуляции.

Таким образом, система АПЧ выполненная по данной схеме, требует большого количества электронного оборудования.

При использовании данного измерителя в качестве автономного прибора возрастает актуальность уменьшения потребляемой мощности, что требует применения более надежной и экономной системы подстройки частоты.

Цель изобретения —. упрощение конструкции измерителя показателя преломления.

Благодаря упрощению структуры измерителя показателя преломления воздуха, использованию вместо сложных узлов системы АПЧ элементов цифровой техники повышается надежность всего устройства в целом, уменьшается потребляемая мощность, масса и габариты.

На чертеже представлена структурная схема измерителя показателя преломления воздуха.

Измеритель показателя преломления воздуха содержит последовательно соединенные управляемый кварцевый генератор

1, СВЧ-умножитель 2 частоты, измерительный резонатор 3 с установленным на его торцовой поверхности концевым выключателем 4, амплитудный детектор 5, первый интегратор 6, компаратор 7, Т-триггер 8 и второй интегратор 9, Выход последнего соединен с входом управляемого кварцевого генератора 1, второй вход компаратора 7 соединен также с выходом амплитудного детектора 5, выход управляемого кварцевого генератора 1 соединен с входом блока 10 управления, второй вход которого соединен с выходом концевого выключателя 4, Один из выходов блока 10 управления соединен с входом блока 11 памяти, выход которого соединен с одним из входов блока 12 счета, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 10 управления.

Измеритель показателя преломления воздуха работает следующим образом.

С момента включения питания в схеме автоматически устанавливается периодическое изменение ("качание") частоты УКГ, а следовательно, и СВЧ на выходе источника

СВЧ-мощности.

Изменение частоты УКГ осуществляется следующим образом.

Измерительный объемный резонатор и детектор СВЧ представляют собой СВЧ-дискриминатор, преобразующий частотно-модулированные СВЧ-колебания в

СВЧ-колебания, модулированные по амплитуде и выделяющий частоту "качания" на

1730599 детекторе СВЧ. Сигнал частоты "качания" в таком виде подается непосредственно на один из входов компаратора уровней сигналов. На второй вход компаратора этот сигнал поступает через интегратор 6. В момент совпадения уровней сигналов на обоих входах компаратора на его выходе образуется перепад напряжения, который изменяет состоян ие Т-триггера, Перепад на пряжен ия на выходе Т-триггера интегрируется интегратором 9. Если до момента совпадения уровней сигналов на входах компаратора частота УКГ возрастает, то после совпадения Т-триггер изменяет состояние из единичного в нулевое, Это вызывает линейное убывание напряжения на выходе интегратора 9, а тем самым и частоты УКГ. При уменьшении напряжения на входе компаратора, непосредственно подключенного к выходу детектора СВЧ, уровень

"1" уменьшается до "О". При движении по частотной (резонансной) характеристике объемного реознатора влево и достижении равенства мгновенного значения напряжения на одном входе компаратора и проинтегрированного значения напряжения на другом входе компаратор изменяет выходное напряжение из единичного в нулевое, триггер переходит из нулевого состояния в единичное, интегратор 9 вырабатывает линейно возрастающее напряжение, которое увеличивает частоту УКГ по линейному закону. Далее процесс повторяется.

Таким образом, частота СВЧ-источника изменяется от одной точки, находящейся на наклонной ветви резонансной характеристики объемного резонатора, к другой точке, находящейся симметрично относительно резонансной частоты на другой наклонной. ветви резонансной характеристики. В замкнутом конце, содержащем УКГ, СВЧ-умножитель частоты, измерительный резонатор, детектор СВЧ, первый интегратор, компаратор, триггер, второй интегратор, осуществляется периодическое "качание" СВЧ, симметричное относительно резонансной частоты измерительного объемного резонатора.

Средняя частота частотных автоколебаний источника СВЧ-мощности, соответствующая резонансной частоте измерительного объемного резонатора и несущая информацию о показателе преломления среды, заполняющей внутренную полость измерительного объемного резонатора, переносится на частоту УКГ и далее измеряется блоком счета. Для устранения ошибок осреднения в счетчиках блока памяти и блока счета измерительный интервал для

15 стробирования счетчиков формируется из частоты "качания" путем ее делания, Перед проведением измерений показателя преломления воздуха в измерителе предусмотрено проведение калибровки, Процесс калибровки заключается в установлении соответствия между априорно известным значением показателя преломления среды, заполняющей рабочую полость измерительного объемного резонатора, и числом импульсов, просчитываемых в счетчике блока памяти. В измерителе показателя преломления воздуха в качестве калибровочной среды используется вакуум, показатель преломления которого равен 1, для чего рабочая полость измерительного объемного резонатора закрывается герметичными крышками, и производится откачка резонатора. При откачке резонатора герметичные крышки. снабжен20 ные концевым выключателем, прижимаются к резонатору. В момент достижения вакуума

2 10 мм рт,ст. срабатывает концевой выключатель и частота УКГ, несущая информацию о показателе преломления среды, 25 заполняющей резонатор в откачанном состоянии, поступает в счетчик блока 12 памяти, где она просчитывается в определенном интервале времени и хранится в оперативной памяти.

30 При проведении собственно измерений показателя преломления воздуха частота

УКГ поступает через блок управления в блок счета, который просчитывает эту частоту и производит на сумматоре операцию вычи35 тания цифровых эквивалентов этой частоты и частоты УКГ после проведения калибровки.

Формула изобретения

Измеритель показателя преломления

40 воздуха, содержащий последовательно соединенные управляемый кварцевый генератор, С ВЧ-умножитель частоты, измерительный резонатор с установленным на его торцовой поверхности концевым вы45 ключателем, амплитудный детектор и блок

АПЧ, выход которого соединен с входом управления частотой управляемого кварцевого генератора, последовательно соединенные блок управления, блок памяти и блок счета, 50 причем первый вход блока управления соединен с выходом концевого выключателя, а второй выход — с вторым входом блока счета, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции, блок АПЧ выполнен в виде по55 следовательно соединенных первого интегратора, компаратора, Т-триггера и второго интегратора, выход которого является выходом блока АПЧ, второй вход компаратора и вход первого интегратора соединены с выходом амплитудного детектора.