Устройство для измерения параметров диэлектрика

 

Использование: в контрольно-измерительной технике, для контроля и измерения тангенса угла диэлектрических потерь (tg5) и диэлектрической проницаемости (е)„. Сущность1 устройство содержит диэлектрическую подложку 1 с кольцевым резонатором 2 на одной стороне и щелевыми линиями 3 и 4 на другой, генератор 5 качающейся частоты, детектор, микропроцессор 7, пульт 8 управления , АЦП 9, блок 10 индикации, ЦАП 11, два постоянно запоминающих устройства 12, 13 (ПЗУ) Увеличение точности достигается введением микропроцессора 7 с двумя ПЗУ 12,13 со встроенными программами. Устройство позволяет проводить измерения твердых материалов, жидкой и газообразной фазы. 1 зя ф-лы. 2 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (2f) 4940406/21 (22) 3005.91 (46) 30.11.93 бюп. Na 43-44 (71) Московский институт электронного машиностроения (72) баталов В.Ф„Гвоздев В.И„Михайлов В.М„.

Панкратов В.В„Пожидаев ЕД; Саейко В.С. (73) Гвоздев Василий Иванович (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДИЭЛЕКТРИКА (57) Использование: в контрольно-измерительной технике, дпя контроля и измерения тангенса угла диэлектрических потерь (tg5) и диэлектрической (19) RU (и) 2ÎÎ3992 Cl .(51) 5 G01R27 26 С 01 К27 04

G01N27 22 проницаемости, (е), Сущность: устройство содержит диэлектрическую подложку 1 с кольцевым резонатором Z на одной стороне и щелевыми линиями 3 и 4 на другой, генератор 5 качающейся частоты, детектор, микропроцессор 7, пульт 8 управления, АЦП 9, блок 10 индикации, ЦАП 11, два постоянно запоминающих устройства 12, 13 (ПЗУ).

Увеличение точности достигается введением микропроцессора 7 с двумя ПЗУ 12, 13 со встроенными программами. Устройство позволяет проводить измерения твердых материалов, жидкой и газообразйой фазы. 1 зл. ф-лы, 2 ип.

2003992

3 4

Изобретение относится к контрольно- ра, а выход микропроцессора через второе измерительной технике, в частности к конт- постоянно запоминающее устройство соеролю и измерению тангенса угла потерь и динен с входом ЦАП. диэлектрической проницаемости элементов На фиг.1 приведена схема устройства функциональнь х узлов. для Измерения параметров диэлектрика; на

Известноустройстводляизмерения пара- фиг.2- сверхвысокочастотная часть устройметров материалов, содержащее диэлектриче- ства. скую подложку с кольцевым резонатором на Устройство для измерения параметров одной. стороне, а на другой щелевые линии, " диэлектрика {фиг.1 содержит диэлектричесоосноидиаметральнорасположенныекколь- 10 скую подложку 1 с кольцевым резонатором цевому резонатору, причем к одной щелевой 2 на одной стороне и щелевыми линиями 3 линии подключен генератор качающейся час- . и 4 на другой. К щелевой линии 4 подключен тоты, а кдругой-детектор, . - генератор 5 качающейся частоты, а к щелеОднако известное устройство не обес- вой линии 3 —. детектор 6. Входы микропропечивает повышенные точности измерений "5 цессора 7 соединены с пультом 8 и эргономических показателей измерения, управления и через АЦП S c выходом детекобладает большим весом и габаритами из-.: тора 6, а выходы микропроцессора 7соедиза использования стандартной измеритель-, нены с блоком 10 индикации и через цАП 11 ной апларатуры и не имеет :возможйдСти :, с входом генератора 5 качающейся частоты. измерения коэффициента потерь в диалект- 20 -.B.ìèêðîïðoöåññîð 7 на входе со стороны риках. АЦП 9 и выходе со стороны ЦАП 11 включеЦель изобретения — раСширение функ- ны постоянно запоминающие устройства 12 циональных возможностей путем измере.- и 13 со встроенными программами. . ния коэффициента потерь, повышения В устройстве для измерения параметточности измерения, упрощение калибров- 25 ров диэлектрика {фиг.2) выход генератора 5 ки и исключение случайных ошибок измере- качающейся частоты, расположенный на ния. верхней стороне введенной диэлектричеЦель достигается тем, что в устройство: ской подложки 14, параллельно включен в для измерения параметров диэлектрика, со- щелевую линию 4, которая на четвертьволдержащее диэлектрическую подложку, на од- 30 новой длине от места включения закороченой стороне которой размещен кольцевой . на. В щелевую линию 3 параллельно резонатор,анадругой-двещелевйелинии, . включен детектор 6 через емкость 15, за расположенные соосно и диаметрально отно- .: местом включения которого щелевая линия сительно кольцевого резонатора,. причем к 3 на четвертьволновой длине заканчиваетая первой щелевой линии подключен выход ге- 35 согласованной нагрузкой 16. Измеряемый нератора качающейся частоты; а к второй- диэлектрик 17 вносится на поверхность ревход детектора, введены вторая диэлектри- зонатора 2. ческая подложка, микропроцессор, пульт с управления, блок индикации и аналого-циф- . Устройство для измерения параметров ровой и цифро-.аналоговый преобразовате- 40 диэлектрика работает следующим обрали {АЦП и ЦАП), при. этом входы .зом. микропроцессора соединены с пультом уп- . Сигнал с генератора 5 качающейся часторавления, а выходы микропроцессора - с тыпроходитчерезрезонатор2ификсируется блоком индикации и через ЦАП с входом на детекторе 6 в виде резонансной кривой. генератора качающейся частоты, который 45 При внесениидиэлектрика 17 в область резорасположен на верхней стороне второй ди- натора 2 наблюдается смещение резонансной электрической подложки, первая щелевая частоты. Диэлектрическая проницаемость излиния закорочена, а вторая заканчивается меряемого материала определяется смещенисогласованнойнагрузкой,причемвыходге- ем центральной частоты. а потери— нератора качающейся частоты подключен к 50 измерением полосы частотной характеристипервойщелевойлинииначетвертьволновой ки по уровню 0,7. Измерения проводятся в длине от места закоротки, а во вторую щв- следующем порядке. При включении приболевуюлинию натой жедлинеотсогласован- ра производится начальная инициализация ной нагрузки включена цепь, состоящая из микропроцессора 7, при этом на входе ЦАП последовательно соединенных детектора и 55 11 устанавливается нулевое напряжение, а конденсатора, а также введены два посто- .на блоке 10 индикации индицируются нули, янно запоминающих устройства со встроен- и микропроцессор 7 переходит в режим опными программами, при этом выход АЦП росапульта8управления.Принажатиикнопчерезпервоепостояннозапоминающееуст- ки "калибровка" на пульте управления ройство соединен с входом микропроцесса- микропроцессор 7 переходит на программу

K03 992 ех = (еК+ 1)(fp/В ) — еК, tg д = В л f/fo, (56) Авторское свидетельство СССР

Q 842514, кл. G 01 R 27/00, 1981, 30

® о р м у л а и з о б р е т е н и я Э5: качающейся частоты, который расположен

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕДИД Hà веРхнеh стоРоне втоРои а е еКТР е

ПАРАМЕТРОВ ДИ3ЛЕКТРИКА, содержа- ской подложки, первая щелевая линия защее первую диэлектрическую под ожку на КОРочена а втоРаЯ заканЧиваетсЯ соглаодной стороне которой размещен кольце- сованной нагрузкой, причем выход генера40 To pa щелевые линии, расположенные соосно и первой щелевой линии на четвертьволнодиаметрально относительно кольцевого вой длине от места закоротки, а во вторую резонатора, причем к первой щелевой ли- щелевую линию на той же длине от соглании подключен выход генератора качаю-, сованной нагрузки включена цепь, состоя46 .щая из последовательно соединенных детектора. Отличающееся тем, что, с целью ДетектоРа и конДенсатоРа. расширения функциональных возможно- 2; Устройство по п.1, отличающееся стей путем измерения, коэффициента по. . тем, что, с целью упрощения калибровки и ерь, повышения точности измерения, в @. исключения случайных ошибок измерения, него введены вторая диэлектрическая под- в него введены два постоянно запоминаюложка, микропроцессор, пульт управления.. щих устройства с встроенными программалок индикации, аналого-.цифровои и циф ми, при этом выход аналого-цифрового ров налоговый преобразователи, при этом пРеобРазователЯ чеРез и еРвое и остОЯ н но входы микропроцессора соединены с пуль- 5g . запоминающее устройство, соединен с вхотом управления и через аналого-цифровой . дом микропроцессора, а выход микропропреобразователь - с выходом детектора, а ЦессоРа чеРез . втоРое постОЯнно вых ды микропроцессора - с блоком инди- запоминаюЩее УстРойство соеДинен с вхокации и через цифроаналоговый преобра- дом циФроаналогового преобразователя. зователь - с входом генератора

"калибровка", работающую следующим образом. На вход ЦАП 11 подается код в диапазоне от нуля до конечного значения, напрймер до 1024, с единичным шагом. При этом на каждом шаге при помощи АЦП 9 происходит измерение напряжения, снимаемого с детектора 6. Таким образом. в микропроцессоре 7 запоминается зависимость выходного напряжения от частоты генератора 5. качающейся частоты. Максимальная точка и две точки по уровню 0,7 частотной кривой фиксируются и используются для дальнейших измерений.

Для проведения измерений диэлектрической проницаемости и потерь на резонатор помещается образец измеряемого материала и после этого на пульте 8 управления с помощью соответствующих кнопок набирается величина толщины образца, после чего нажимается кнопка "измерение".

Процесс измерения происходит аналогично процессу "калибровка", но с дополнительной фиксацией четвертой точки, соответствующей нулевому уровню резонансной кривой.

Далее микропроцессор 7 производит расчет потерь (tg д) и диэлектрической проницаемости (е), Результат измерения tg д и е отображается на блоке 10 индикации.

Микропроцессор 7 производит расчет диэлектриеской проницаеости (е x) и потерь (tg д) по следующим формулам:

5 где К = (M + 1)/(M-1), M - Л + T2cVm, fo u f — центральные частоты кольцевого резонатора и резонатора с измеряемым диэлектриком; Af полоса частотной характеристики по уровню 0,7; d и в — толщина

10 подложки с диэлектрической проницаемостью е и ширина проводника кольцевого резонатора;  — калибровочный коэффици ент;

Увеличение точности измерения до16 стигается благодаря микропроцессору 7, а подключенные к нему постоянно запоминающие устройства 12 и 13 со встроенными программами по заданному алгоритму позволяют на каждом этапе измерения прово20 дить калибровку и исключать случайные ошибки измерения. Снижение массогабаритных параметров достигнуто путем комбинированного включения генератора качающейся частоты и детектора в щелевую

26 линию. Устройство позволяет проводить измерения кроме твердых материалов, жидкой и газообразной фазы.

2003992

Подписное

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

Редактор Т. Юрчикова

Заказ 3324

Составитель В. Баталов

Техред М.Моргентал Корректор М, Демчик

Тираж

НПО "Поиск" Роспатента

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