Способ определения диэлектрической проницаемости материалов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технике измерения составляющих диэлектрической проницаемости в цилиндрическом резонаторе при возбуждении симметричной волны EOI и несимметричной Ни, согласно изобретению измеряют резонансные 4астоты симметричного и дуплетного колебаний. Снимают зависимость коэффициента прохождения от угла поворота образца по отношению к вектору напряженности волны EOL По результатам измерения резонансных частот рассчитывают значения тензора диэлектрической проницаемости, а главные оси поперечной анизотропии определяют по положению плоскости поляризации волны Ни при максимальных значениях амплитуд отдельных составляющих дуплетного колебания . Резонатор, используемый для измерений , разделен на две гальванически связанные части с возможностью вращения друг относительно друга. 2 с.п. ф-лы, 2 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (21) 4798527/25 (22) 02.03.90 (46) 30..06.92. Бюл. ЬЬ 24 (71) Московский радиотехнический институт

АН СССР (72) Ю.А. Колосов (53) 543.25(088.8) (56) Афсар М.Н„Берг Дж. P., Кларк P.Н.

Измерение характеристик материалов/Под ред. Чантри Дж. У, — Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике. 1986, М 1, с. 206-211.

Авторское свидетельство СССР

N. 1255904, кл. G 01 N 22/00, 1985, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения продольной и поперечной анизотропии диэлектрических материалов в сантиметровом и миллиметровом диапазоHGx длин Волн.

Известен резонансный способ измерения диэлектрических материалов с помощью малых тел, помещенных в резонатор, заключающийся в измерении резонансной частоты колебания Ео<о.

Однако известным способом невозможно измерить поперечную анизотропию материала. При этом известное устройство характеризуется невысокой точностью измерения и невозможностью измерения величины и положения главных осей анизотропии материала.... Ж„„1744655 А1 (я)л G 01 R 27/26; G 01 N 27/00 (57) Изобретение относится к технике измерения составляющих диэлектрической проницаемости в цилиндрическом резонаторе при возбуждении симметричной волны Ео1 и несимметричной Н11, согласно изобретению измеряют резонансные частоты симметричного и дуплетного колебаний, Снимают зависимость коэффициента прохождения от угла поворота образца по отношению к вектору напряженности волны Ео<.

По результатам измерения резонансных частот рассчитывают значения тензора диэлектрической проницаемости, а главные оси поперечной анизотропии определяют по положению плоскости поляризации волны

Н11 при максимальных значениях амплитуд отдельных составляющих дуплетного колебания, Резонатор, используемый для измерений, разделен на две гальванически связанные части с возможностью вращения друг относительно друга, 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения диэлектрической проницаемости материалов, в том числе и анизотропных, заключающийся в том, что диэлектрический образец облучают электромагнитной волной с линейной поляризацией в свободном пространстве, этим измеряют коэффициент прохождения волны, снимают зависимость коэффициента прохождения от угла поворота образца по отношению к вектору напряженности возбуждаемой электромагнитной волны и рассчитывают значения поперечной анизотропии диэлектрической проницаемости, Недостатками способа является высокая трудоемкость, малая точность и чувствительность, а также невозможность

1744655 измерения продольной составляющей анизотропии диэлектрической проницаемости, Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерения поперечной анизотропии и обеспечение 5 возможности измерения продольной составляющей тензора диэлектрической проницаемости.

На фиг.1 и 2 приведено устройство, реализующее способ измерения диэлектриче- 10 ской проницаемости,две проекции.

Способ реализуется следующим образом.Пластину из диэлектрического материала помещают в резонатор ортогонально его 15 продольной оси. В резонаторе возбуждают симметричную волну Ер1 и несимметричную волну Н«и измеряют резонансные частоты симметричного колебания f1 и дуплетного колебания f2 и 1з. Измеряют зависимость 20 амплитуд дуплетного колебания при изменении угла поворота пластины относительно плоскости поляризации волны Н«, Фиксируют значения углов, и ри которых дости ra ются ма кси мал ьн ые ам пл итуды от- 25 дельных составляющих дуплетного колебания и рассчитывают величины диэлектрических п роницаемостей е х, я у, я z по результатам измерения резонансных частот колебаний из следующей 30 системы уравнений

)3(Ь(/ 1 )((.РМ7от о)(я(Гот 1 М(<Го Zr) tg(ro d)=o; (и) ,К),(7,Д) У(Г„d) а(М) (7,Д)((Г„()) t.h(g«Z,)=o;,Z) ех+г уо1 Г71, а=, m=1,2, 2 О1 7« где z1, гз — расстояния от пластины до торцов резонатора, см; .

d — толщина пластины, см;

Гот =1 — — т-(к1 — ) — постоях+ 31

2 z янная распространения волны Ео1;

Г = Ых Ky) -(х-Ey)2 (О,5-1/(й ж„ -1))-Кг — постоянные распространения волны

Н«для первой m=1 и второй m=2 поляризаций; у m = xt —, у i i = «хт1 — и постоянные затухания волн Ео1 и Н«в вол- 50 новоде без диэлектрика;

2л1i к = — — волновые числа свободноС го пространства;

g o1, 7 « — поперечные волновые числа 55 волн Ео1и Н«;

f — измеренные частоты, Гц;

С вЂ” скорость света, смlс;

R — радиус волновода, см.

Главные оси поперечной анизотропии определяют по положению плоскости поляризации волны Н«при максимальных значениях амплитуд отдельных составляющих дуплетного колебания.

Резонатор разделен на две гальванически связанные с возможностью вращения относительно друг друга части 1 и 5, в одной из которых (1) расположена измеряемая пластина 2, в другой — петли 6 и 7 связи, сдвинутые по азимуту относительно друг друга на 180О.

При измерении колебания Ео1о плоскости возбуждающей 6 и измерительной 7 петель связи выставляют параллельно оси резонатора, Сигнал с генератора качающейся частоты подают на возбуждающую петлю, а с измерительной петли через детекторную секцию сигнал подают на экран регистратора, С помощью резонансного волномера измеряют частоту резонанса

f1. При измерении колебания Н111 петли связи поворачивают на угол 90О, так чтобы они лежали в плоскости, ортогональной оси резонатора, Если измеряемая пластина имеет поперечную анизотропию е „ F. y, то колебания с различной поляризацией Нх

-cosp-первая поляризация и Hz sinpвторая поляризация, имеют различные резонансные частоты, Колебание Н«1 в этом случае имеетдуплетный характер, и на экране регистратора при произвольной ориентации главных поперечных осей тензора диэлектрической проницаемости относительно оси, проходящей через петли связи, наблюдается амплитудно-частотная характеристика с произвольным соотношением амплитуд дуплетного резонанса. При повороте секции 1 относительно секции 5, соотношение амплитуд дуплетного колебания меняется, и когда главная ось с наибольшей величиной диэлектрической проницаемости совпадает с осью, проходящей через петли связи, то характеристика на экране регистратора имеет наибольшую амплитуду на частоте fz. Измеряют частоту длинноволнового резонанса fz и на указателе 4 угла поворота фиксируют положение оси х, Затем, поворачивая секцию 1, находят ее положение, при котором максимальна амплитуда коротковолнового оезонанса на частоте fa. Измеряют частоту f и фиксируют положение оси у, По измеренным частотам колебаний Н«1 fz, fg и известным размерам резонатора и пластины, решая систему уравнений (2), находят неизвестные величины е х и е у затем, решая уравнение (1), по известной частоте колебания Ео1о и вычисленным значениям е х и я у находим

1744655

10 натор ортогонально его продольной оси, где

40

50

Определение компонент тензора диэлектрической проницаемости и положение главных осей в поперечном направлении можно проводить в устройстве, представляющем собой два отрезка волновода, гальван ически связан н ые между собой с возможностью вращения относительно друг друга. В одном отрезке- расположена измеряемая пластина, а в другом возбуждающая и измерительная петли связи. Для того, чтобы открытые концы волновода не влияли на колебания в диэлектрическом резонаторе, длина каждого из отрезков волновода должна быть больше или равна двум его диаметрам, Значения компонент тензора диэлектрической проницаемости по измеренным резонансным частотам колебания волны Ео и дуплетного колебания волны Н определяются из системы уравнений: 2(ь — ь) " к р(m = + г (л т)

2 г, " ю

Ь(г„ д=,, Ф щ= 121 (г„) - r„ которая следует из (1) и (2), если расстояние до стенок резонатора z< и лз устремить к бесконечности, Определение компонент тензора диэлектрической проницаемости можно также проводить, возбуждая волны Еор и Н1р, в этом случае при вычислении значений е яy, t z вуравнениях(1) и(2) необходимо заменить поперечные волновые числа . уо1 и у11 íà у р и К1р соответственно.

Формула изобретения

1. Способ определения диэлектрической проницаемости материалов, заключающийся в том, что облучают диэлектрический образец электромагнитной волной, измеряют коэффициент прохождения волны, определяют зависимость коэффициента прохождения от угла поворота образца по отношению к вектору напряженности возбуждаемой электромагнитной

30 волны и рассчитывают значения поперечной анизотропии диэлектрической проницаемости, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения поперечной анизотропии и обеспечении возможности одновременного определения продольной составляющей тензора диэлектрической проницаемости, образец в виде пластины помещают в резокроме симметричной волны Ео> дополнительно возбуждают несимметричную волну

Н 1 и измеряют резонансные частоты симметричного колебания f< и дуплетного колебания fz, fa, а при вращении образца фиксируют значения углов, при которых достигаются максимальные амплитуды отдельных составляющих дуплетного колебания рассчитывают величины диэлектрических проницаемоатей в продольном z и поперечном х, у направлениях я х, е у, е по результатам измерения резонансных частот, а главные оси х, у поперечной анизотропии определяют по положению плоскости поляризации волны

Н при максимальных значениях амплитуд отдельных составляющих дуплетного колебания.

2. Устройство для определения диэлектрической проницаемости материалов, содержащее цилиндрический резонатор с устройством закрепления пластины, устройство возбуждения колебаний, резонансный волномер и регистратор, о тл и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения поперечной анизотропии и обеспечении возможности одновременного определения продольной составляющей тензора диэлектрической проницаемости, резонатор разделен на две гальванически связанные с возможностью вращения одна относительно другой части, в одной из которых расположена измеряемая пластина, в другой— петли связи, сдвинутые по азимуту одна относительно другой на 180 С.

Составитель Ю.Коршунов

Редактор Л.Пчолинская Техред М.Моргентал Корректор Е.Островская

Заказ 2196 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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