Способ определения диэлектрической проницаемости материала



Способ определения диэлектрической проницаемости материала
Способ определения диэлектрической проницаемости материала

 


Владельцы патента RU 2449300:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Алмаз" (ФГУП "НПП "Алмаз") (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению диэлектрической проницаемости материала опорных стержней для ламп бегущей волны. Техническим результатом является ослабление ограничительного условия «малости возмущения» самого чувствительного к диэлектрическим потерям доминантного ТМ010-вида колебаний измерительного неперестраиваемого резонатора, предназначенного для измерений стержней с приведенным радиусом , где R - радиус пустого резонатора, r1max - максимально допустимый радиус стержня на данной частоте, r - радиус измеряемого стержня. Определение диэлектрической проницаемости опорных стержней для ламп бегущей волны проводят с помощью двух неперестраиваемых резонаторов, настроенных на одну и ту же частоту f0 и расстройку Δf0, и двух калибровочных стержней с «охватывающими» измеряемые стержни приведенными радиусами S1 первого резонатора и S2 второго резонатора.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению диэлектрической проницаемости материала опорных стержней для ламп бегущей волны и других подобных приборов.

Способ основан на использовании двух неперестраиваемых резонаторов с осевыми отверстиями разных размеров для ввода контролируемых стержней, которые позволяют переразложить операторы возмущенных собственных функций и собственных значений исходных замкнутых полых резонаторов с диэлектриком по обращенным операторам частично заполненных измеряемым диэлектриком полуоткрытых измерительных резонаторов, один из которых удовлетворяет условиям теории «малых возмущений», а другой - нет.

Это позволяет правильно определять количество дополнительных резонаторов, требуемых для исключения погрешности определения диэлектрической проницаемости за счет излучения энергии из резонаторов в отверстия по предполагаемому поперечному сечению измеряемого стержня и его предполагаемой диэлектрической проницаемости, а также получить явные интерполяционные формулы, включающие измерения в разных резонаторах.

Известные резонаторные методы неразрушающего контроля диэлектрической проницаемости материалов сводятся к измерению параметров пустого и заполненного (частично заполненного) резонатора, на базе которых и вычисляются диэлектрические свойства контролируемых материалов.

При этом существующие соотношения требуют либо тонких вычислительных процессов, либо применения явных простых формул первого приближения теории «малых возмущений», вызывающих, однако, такие размерные ограничения контролируемых образцов (особенно в коротковолновой части сантиметрового диапазона электромагнитных волн), что метод становится совершенно непригодным для практики.

Так, например, для наиболее простых и явных формул первого приближения Боргниса [1] (в наших обозначениях)

где ε', ε'' - действительная и мнимая части диэлектрической проницаемости ε=ε'-jε'';

- тангенс угла диэлектрических потерь стержня радиусом r1, помещенного в пустой цилиндрический ТМ010-резонатор с резонансной частотой f0 и приведенной расстройкой частоты Δf0/f0, вызвавшего в нем изменение резонансной частоты и приведенной расстройки до значений f11 и Δf11/f11 соответственно,

существует серьезное ограничение, связывающее максимально допустимый радиус r1max стержня на данной частоте (т.е. при данном радиусе пустого резонатора R) с предполагаемым значением ε' диэлектрического материала в виде [2]

где . Здесь с - скорость света, f0 - резонансная частота пустого ТМ010-резонатора правильной цилиндрической формы поперечного сечения с радиусом R.

Это приближенное ограничение, например, для частот выше 10 ГГц и материалов с ε'>6 требует слишком малого радиуса r1max стержней, вплоть до 0,4 мм, что заметно повышает процент сломанных стержней в процессе их измерений.

В формулах (1) и (2):

- изменение приведенной резонансной частоты резонатора при внесении стержня радиусом r1;

- приведенный радиус стержня в резонаторе радиусом R;

- изменение приведенной расстройки пустого резонатора до расстройки .

Для ламп бегущей волны со спиральной замедляющей системой в качестве опорных изолирующих стержней обычно применяют теплопроводный низкопотерный материал в виде стержней протяженной длины (кратной 3-4 высотам измерительного резонатора), свойства которого необходимо оценивать на стержнях радиусом, большим по сечению, чем сечения, рекомендуемые ограничением (3).

Целью данного изобретения является ослабление ограничительного условия «малости возмущения» (3) самого чувствительного к диэлектрическим потерям доминантного ТМ010-вида колебаний измерительного неперестраиваемого резонатора, предназначенного для измерений стержней с приведенным радиусом .

Технический результат достигается с помощью перехода к двум неперестраиваемым резонаторам, настроенным на одну и ту же частоту f0 и расстройку Δf0, и двух калибровочных стержней с «охватывающими» измеряемые стержни приведенными радиусами и причем калибровочный стержень, вводимый в отверстие первого резонатора, имеет приведенный радиус , который удовлетворяет ограничительному условию (3), а калибровочный стержень второго резонатора, у которого приведенный радиус - нет, при этом , причем в качестве основного измерительного резонатора используется второй резонатор.

На основе формул второго приближения обращенного оператора возмущения резонаторов для «охватывающих» приведенных радиусов калибровочных стержней и линейной интерполяции в интервале получаем явные формулы для измерения партии стержней с приведенным радиусом в резонаторе с большими отверстиями под калибровочный стержень , характеризующийся изменением резонансной частоты и приведенной расстройкой .

При этом для стержня с приведенным радиусом S будем иметь и .

В вышеприведенных обозначениях рабочими формулами являются

причем

Источники информации

1. Borgnis F. Die elektrische Grundschwingumg des kreiszylindrischen Zweischichten-Hohlraum. Hochfrequenztechnik und Elektroakustik, 1942, Bd 59, Heft 1, Seiten 22-26.

2. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. - М.: ГИФМЛ, 1963. Стр.102.

Способ определения диэлектрической проницаемости материала, например опорных стержней для лампы бегущей волны, включающий измерения на двух неперестраиваемых частично открытых цилиндрических ТМ010-резонаторах, настроенных на одну и ту же частоту f0 и расстройку Δf0, с двумя калибровочными стержнями, причем стержень, вводимый в отверстие первого резонатора, имеет приведенный радиус

(где - радиус каждого резонатора, здесь с - скорость света, f0 - резонансные частоты пустых резонаторов)
меньший, чем величина
(где ε' - действительная часть диэлектрической проницаемости ε=ε'-j·ε''), причем стержень, вводимый в отверстие второго резонатора, имеет приведенный радиус , больший, чем та же величина , при а в качестве основного измерительного резонатора используется второй резонатор и определение диэлектрической проницаемости измеряемых стержней с приведенными радиусами осуществляется по формулам, справедливым в интервале приведенных радиусов калибровочных стержней .



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехническим измерениям, а именно к измерению диэлектрической проницаемости твердых диэлектрических материалов. .

Изобретение относится к электрическим измерениям неэлектрических величин. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств (концентрации, смеси веществ, влагосодержания, плотности и др.) жидкостей, находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.).

Изобретение относится к области электрических измерений. .

Изобретение относится к оптическим методам исследования тонких слоев на поверхности металлов и полупроводников, а именно к инфракрасной (ИК) спектроскопии диэлектрической проницаемости.

Изобретение относится к области электрических измерений таких параметров жидких электролитов и диэлектриков, как диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь, проводимость на постоянном токе и другие зависящие от них величины.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим измерениям. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для экспериментального определения индуктивности рассеяния фазы обмотки асинхронного двигателя.

Изобретение относится к измерительной технике и, в частности, к технике измерения параметров многоэлементных пассивных двухполюсников. .

Изобретение относится к измерительной технике и служит для измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь жидких сред. .

Изобретение относится к измерениям диэлектрической проницаемости материалов при воздействии внешних факторов, преимущественно к устройствам измерения диэлектрической проницаемости при нагреве

Изобретение относится к технике измерения электрических параметров полупроводниковых приборов и может быть использовано для контроля их качества

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения скорости потока газа или жидкости резистивными подогреваемыми датчиками

Изобретение относится к технической диагностике агрегатов машин, имеющих замкнутую систему смазки, и предназначено для анализа содержания продуктов загрязнения в работающем масле и экспресс-диагностики технического состояния машин

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических величин

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности может быть использовано в спектроскопии диэлектриков для исследования диэлектрических характеристик веществ, знание которых необходимо при дистанционном электромагнитном зондировании, диэлектрическом каротаже, изучении молекулярного строения вещества

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при физических исследованиях механизмов затухания акустических волн в твердых телах и в технике при разработке и производстве акустических ВЧ и СВЧ резонаторов и фильтров

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам измерения эквивалентных параметров CG-двухполюсников
Наверх