Способ измерения резонансной частоты

Изобретение относится к измерительной технике. В частности, оно может быть использовано в радиочастотных резонансных датчиках. Способ измерения заключается в том, что периодически на вход резонатора подают колебания с частотой, изменяющейся дискретно с заданным шагом в прямом и обратном направлении по симметричному закону в диапазоне изменения измеряемой резонансной частоты. При этом формируют случайный сигнал, которым модулируют колебания, подаваемые на вход резонатора, фиксируют в каждом полупериоде этих изменений экстремум АЧХ резонатора и соответствующую этому экстремуму частоту и определяют резонансную частоту как среднее значение зафиксированных частот экстремумов за n-ое количество периодов указанных изменений, которое рассчитывают по формуле

n≥(Δfa)2/8,

где Δf - шаг перестройки частоты колебаний, подаваемых на вход резонатора;

δa - требуемая абсолютная погрешность определения резонансной частоты. При этом модулируют случайным сигналом амплитуду колебаний, подаваемых на вход резонатора. Технический результат - повышение точности измерений. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения резонансной частоты различного типа резонаторов, а также величин, которые функционально связаны с резонансной частотой резонаторов, входящих в состав частотных датчиков и применяемых в различных областях техники и научных исследованиях. В частности, оно может быть использовано в радиочастотных резонансных датчиках влагосодержания нефтепродуктов, концентрации растворов и резонансных уровнемерах различных сред.

Известны различные способы измерения резонансной частоты. Широкое применение получил способ, реализованный в устройстве (SU 1758510 А1, 30.08.1992), которое выполнено на базе экстремального регулятора. В этом устройстве высокочастотный генератор, управляемый напряжением (ГУН), автоматически настраивается на резонансную частоту радиочастотного датчика и отслеживает все ее изменения. При этом частота высокочастотного генератора осциллирует около максимума амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) этого датчика и усредненное значение этой частоты считается резонансной частотой этого датчика.

Указанный способ имеет следующие недостатки:

1) АЧХ резонатора должна быть только с одним максимумом, так как при наличии других, локальных максимумов возможно ложное срабатывание и захват локального максимума вместо основного.

2) Погрешность измерения резонансной частоты существенно зависит как от амплитуды входного сигнала, так и от порога срабатывания компаратора, входящего в состав указанного устройства, а также от стабильности этого порога.

3) При измерении резонансной частоты с использованием перестраиваемых генераторов на выходе резонатора наблюдается динамическая резонансная кривая, максимум которой сдвинут относительно максимума статической резонансной кривой, что приводит к дополнительной погрешности измерения резонансной частоты. Этот сдвиг объясняется наличием переходного процесса в резонаторе при перестройке частоты возбуждения, и величина этого сдвига s определяется по формуле (Харкевич А.А. Спектры и анализ. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы. 1957, стр.143)

s = 8 λ / ( f r 2 d 2 ) , ( 1 )

где λ - скорость изменения частоты генератора;

fr - резонансная частота;

d - затухание резонатора.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ измерения резонансной частоты, описанный в устройстве (RU 2427805 C1, 27.08.2011) и принятый в качестве прототипа. Согласно этому способу с помощью синтезатора частоты, управляемого микропроцессором, в резонаторе (чувствительном элементе радиочастотного датчика) возбуждаются колебания с частотой, изменяющейся дискретно с заданным шагом в диапазоне изменения резонансной частоты этого резонатора. На выходе резонатора амплитуда этих колебаний преобразуется в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и затем эта амплитуда и соответствующая ей частота фиксируются с помощью микропроцессора. После этого микропроцессор определяет максимум напряжения на выходе резонатора и соответствующую этому максимуму частоту, которую принимают равной резонансной частоте.

Недостатком способа-прототипа, реализованного в указанном устройстве, является наличие существенной погрешности измерения резонансной частоты, обусловленной дискретностью перестройки частоты синтезатора, наличием шумов на выходе резонатора и переходными процессами, возникающими в резонаторе при его возбуждении. Погрешность дискретности Δd является систематической и зависит от шага перестройки частоты Δf. Максимальное значение этой погрешности составляет

Δ d = Δ f / 2. ( 2 )

Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала технических средств.

Техническим результатом изобретения является уменьшение погрешности измерения резонансной частоты, обусловленной дискретностью частот возбуждения, наличием шумов и влиянием переходных процессов.

Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый способ измерения резонансной частоты резонатора, характеризующийся тем, что периодически на вход резонатора подают колебания с частотой, изменяющейся дискретно с заданным шагом в диапазоне изменения измеряемой резонансной частоты, фиксируют дискретную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) резонатора и определяют экстремум этой АЧХ и соответствующую этому экстремуму частоту, которую принимают равной резонансной частоте, при этом формируют случайный сигнал, которым модулируют колебания, подаваемые на вход резонатора, дискретно изменяют частоту этих колебаний в прямом и обратном направлении по симметричному закону, фиксируют в каждом полупериоде этих изменений экстремум АЧХ резонатора и соответствующую этому экстремуму частоту и определяют резонансную частоту как среднее значение зафиксированных частот экстремумов за n-ое количество периодов указанных изменений, которое рассчитывают по формуле

n ( Δ f / δ a ) 2 / 8 , ( 3 )

где Δf - шаг перестройки частоты колебаний, подаваемых на вход резонатора;

δa - требуемая абсолютная погрешность определения резонансной частоты. При этом случайным сигналом дополнительно модулируют амплитуду колебаний, подаваемых на вход резонатора, или все дискретные частоты этих колебаний.

Предлагаемое изобретение поясняется следующими рисунками.

Фиг.1 - структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Фиг.2 - графики экспериментальных зависимостей максимальной относительной погрешности измерения резонансной частоты предлагаемым способом от количества усредняемых частот при использовании амплитудной модуляции (AM) случайным сигналом для различных значений отношения сигнал/шум N на выходе резонатора.

Фиг.3 - графики экспериментальных зависимостей максимальной относительной погрешности измерения резонансной частоты предлагаемым способом от количества усредняемых частот при использовании частотной модуляции (ЧМ) случайным сигналом всех возбуждаемых в резонаторе дискретных частот для различных значений отношения сигнал/шум N на выходе резонатора.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что на вход резонатора периодически подается сигнал, частота которого дискретно изменяется в прямом и обратном направлениях в заданном диапазоне fmin÷fmax с шагом Δf, и в каждом полупериоде частотной модуляции фиксируется дискретная АЧХ этого резонатора (например, при помощи микропроцессора). При однократном определении резонансной частоты по экстремуму такой АЧХ возникает систематическая погрешность дискретности Δd, максимальное значение которой определяется по формуле (2) и погрешность s, возникающая вследствие сдвига резонансной частоты, обусловленного влиянием переходных процессов (формула (1)).

Очевидно, что сдвиг резонансной частоты s, возникающий при каждом сканировании АЧХ резонатора, имеет одинаковую величину и разные знаки при условии, что дискретная зависимость частоты колебаний от времени, подаваемых на вход резонатора, является симметричной. Поэтому усреднение зафиксированных частот, соответствующих экстремумам АЧХ в каждом полупериоде этого сканирования, за n-е число периодов сканирования позволяет компенсировать этот сдвиг. Погрешность дискретности Δd в свою очередь можно уменьшить путем уменьшения шага Δf, однако это не всегда целесообразно, поскольку при этом увеличивается время измерения и возрастают требования к объему памяти и производительности микропроцессора, производящего различные операции по формированию сетки частот возбуждающего сигнала и обработке сигнала, поступающего с выхода резонатора на этот микропроцессор. Погрешность Δd можно сделать случайной, если сигнал, подаваемый на вход резонатора, промодулировать по амплитуде случайным сигналом. И тогда, если истинный резонанс не совпадает ни с одной из дискретных частот, возбуждаемых в резонаторе, то в каждом полупериоде сканирования по случайному закону будут фиксироваться экстремумы и соответствующие им частоты, находящиеся на оси частот выше или ниже от этого резонанса. Среднее значение этих частот будет приблизительно совпадать с истинным значением резонансной частоты с погрешностью δa, выражение для которой может быть получено из (3)

δ a = Δ f / ( 2 2 n ) , ( 4 )

где n - количество периодов сканирования, участвующих в усреднении (количество усредняемых частот = 2n).

(Маркин Н.С. Основы теории обработки результатов измерений, М.: Издательство стандартов, 1991, стр.93).

Как видно из (4), путем увеличения n погрешность δa можно сделать сколь угодно малой.

Оптимальный интервал изменения величины случайного модулирующего сигнала Δa при использовании равномерного закона распределения можно определить как изменение АЧХ относительно экстремума при изменении частоты входного сигнала на величину шага Δf. Выражение для Δa может быть выведено из известного уравнения, описывающего АЧХ резонатора A(f), выполненного в виде параллельного LC-контура,

A ( f ) = A m / 1 + Q 2 ( f / f 0 f 0 / f ) 2 , ( 5 )

где Am - максимальное значение АЧХ резонатора при резонансе;

Q - добротность резонатора;

f, f0 - текущая и резонансная частота соответственно.

(Лосев А.К. Линейные радиотехнические цепи. М.: Высшая школа. 1971, стр.230).

Используя разложение выражения (5) в ряд Тейлора относительно переменной f в точке f0, формулу для Δa можно представить в виде

Δ a = 1 / 2 ! A " ( f 0 ) Δ f 2 = 2 A m Δ f 2 Q 2 / f 0 2 , ( 6 )

Удобнее использовать отношение сигнал/шум, оптимальное значение которого Nopt для данного случая исходя из (6) определяется как

N o p t = A m / Δ a = f 0 2 / ( 2 Δ f 2 Q 2 ) . ( 7 )

Можно использовать также в качестве модулирующего случайный сигнал с нормальным законом распределения, и тогда в формулу (6) вместо Δa необходимо подставить величину 3σ (где σ - среднеквадратическое отклонение случайного сигнала). И тогда

σ = 2 A m Δ f 2 Q 2 / ( 3 f 0 2 ) . ( 8 )

Для сокращения времени измерения и экономии вычислительных ресурсов весь диапазон fmin÷fmax обычно сканируется только один раз при запуске процесса измерения. За это первое сканирование находится экстремум АЧХ и соответствующая ему частота fr1. Последующие сканирования в прямом и обратном направлении производятся в узком диапазоне, симметрично расположенном в окрестности частоты fr1. В результате этих сканирований определяются частоты frj, соответствующие экстремумам АЧХ в каждом полупериоде сканирования (за полный период производится сканирование в прямом и обратном направлении), и резонансная частота fr вычисляется затем по формуле

f r = 1 2 n j = 1 2 n f r j . ( 9 )

где n - число полных периодов сканирования.

Уменьшения погрешности дискретности Δd можно также достигнуть, если в каждом полупериоде сканирования изменять по случайному закону все дискретные частоты fi сигнала, подаваемого на вход резонатора. Выражение для этих частот fi тогда можно представить в виде

f i = f 1 + δ f + i Δ f , i = 1 , 2 , , m , ( 10 )

где δf - случайная величина, распределенная по равномерному закону в интервале [0,Δf];

m - количество дискретных частот, возбуждаемых за полупериод сканирования;

f1 - начальная частота.

Как видно из выражения (10), в каждом полупериоде сканирования все частоты fi сдвигаются на случайную величину δf. При этом шаг перестройки частоты Δf остается постоянным. Резонансная частота определяется здесь так же, как и для случая амплитудной модуляции случайным сигналом по формуле (9). Преимуществом использования частотной модуляции случайным сигналом является то, что при этом величина δf не зависит от параметров резонатора, которые зачастую бывают неизвестны.

Предлагаемый способ может быть реализован по схеме устройства, представленной на фиг.1 и состоящей из цифрового сигнального процессора (ЦСП) 1, синтезатора частоты (СЧ) 2, фильтра низких частот (ФНЧ) 3, исследуемого резонатора 4, амплитудного детектора 5 и аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 6.

Указанное устройство работает следующим образом. ЦСП 1 формирует интервалы дискретизации Δt и соответствующие коды для управления частотой СЧ 2 и АЦП 6, а также генерирует случайную числовую последовательность, которой в зависимости от выбранного режима модулируется амплитуда или дискретные частоты сигнала СЧ 2. Эти коды периодически через интервалы Δt подаются на вход СЧ 2 и дискретно изменяют частоту генерируемого им сигнала в прямом и обратном направлении с шагом Δf в заданном диапазоне. Одновременно эти коды запоминаются в ЦСП 1. От ЦСП 1 также поступают коды на управляющий вход АЦП 6 для получения выборок в определенные моменты времени, соответствующие установившемуся режиму в исследуемом резонаторе. Далее сигнал с выхода СЧ 2 поступает на вход ФНЧ 3, который предназначен для подавления гармоник и других составляющих спектра, присутствующих в выходном сигнале СЧ 2. С выхода ФНЧ 3 высокочастотный сигнал поступает на вход исследуемого резонатора 4, и затем на детектор 5, который выделяет напряжение огибающей высокочастотного сигнала, которая повторяет АЧХ исследуемого резонатора. Напряжение огибающей поступает на вход АЦП 6 и в заданные моменты времени преобразуется в цифровой код. От АЦП 6 коды выборок напряжения огибающей поступают на ЦСП 1, где накапливаются вместе с соответствующими кодами частот, генерируемых СЧ. В процессе каждого сканирования ЦСП 1 запоминает дискретную АЧХ резонатора 4, находит экстремум этой АЧХ и соответствующую ему частоту frj и вычисляет среднее значение этих частот fr за n сканирований по формуле (9). При этом каждое сканирование осуществляется сигналом, дополнительно модулированным по амплитуде или частоте случайными числовыми последовательностями.

Эффективность предлагаемого способа была подтверждена экспериментом с созданной в среде Matlab виртуальной моделью резонатора, АЧХ которого приближенно описывается выражением (5). Для резонатора с параметрами f0=14,6 МГц и Q=22 была рассчитана дискретная АЧХ с шагом Δf=1,6 кГц. Эта АЧХ в цифровом виде представляет собой два одномерных массива данных, содержащих значения амплитуд (массив A) и частот (массив F). Каждый из этих массивов имеет размер m (m - количество зафиксированных дискретных частот или соответствующих им значений амплитуды на выходе резонатора 4). Для имитации амплитудной модуляции был программно сгенерирован двумерный массив случайных чисел В размера 2n×m. Эти случайные числа были распределены по равномерному закону и изменялись в интервале [0,Δa]. Массив В суммировался с массивом значений А, и таким образом был получен массив случайных чисел M=A+B. В каждой j-ой строке массива M определялось максимальное значение амплитуды и соответствующая этому значению частота frj и затем вычислялось среднее значение этих частот fr в соответствии с (9). Далее определялась относительная погрешность определения резонансной частоты δ по формуле

δ = | f r f 0 | / f 0 . ( 12 )

Для каждого значения n этот процесс повторялся 20 раз, из полученных реализаций выбиралось максимальное абсолютное значение погрешности δ и строился график зависимости этой максимальной погрешности от количества усредняемых частот для различных значений отношения сигнал/шум N (фиг.2). Из фиг.2 видно, что погрешность δ может быть существенно снижена при увеличении числа усредняемых частот. При этом минимум погрешности δ достигается при значениях N=Nopt=105÷107, которым соответствуют кривые 9÷11. Расчетное значение Nopt для этого случая, рассчитанное по формуле (7), составляет ~105. Как видно из фиг.2, при N<Nopt (N=102, 104 и соответственно кривые 7 и 8) и при N>Nopt (N=108, 109 и соответственно кривые 12, 13) погрешность измерения существенно ухудшается. Следует отметить, что для N≥109 (кривая 13) погрешность δ соответствует формуле (2) и уже не зависит от числа усредняемых частот.

При дополнительной частотной модуляции генерируемых дискретных частот формировался одномерный массив случайных чисел δf размера 2n, равномерно распределенных в интервале [0,Δf]. В каждом полупериоде сканирования все частоты массива F сдвигались на соответствующее значение величины δf. Далее так же, как и для случая амплитудной модуляции находилось максимальное значение амплитуды в каждом полупериоде и соответствующая этому значению частота frj. Частоты frj затем усреднялись, определялась максимальная погрешность δ и также строился график зависимости этой погрешности от количества усредняемых частот для различных значений N на выходе резонатора 4 (фиг.3). На фиг.3 изображены кривые, полученные как для случая частотной модуляции (кривые 14, 17 и 19), так и кривые для случая AM (кривые 15, 16 и 18). Сравнение этих кривых показывает, что при значениях N≤Nopt=105 оба метода дают примерно одинаковые результаты (кривые 14, 15), но при N>Nopt метод ЧМ обеспечивает более высокую точность, чем метод AM (кривые 16-19).

1. Способ измерения резонансной частоты резонатора, характеризующийся тем, что периодически на вход резонатора подают колебания с частотой, изменяющейся дискретно с заданным шагом в диапазоне изменения измеряемой резонансной частоты, фиксируют дискретную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) резонатора и определяют экстремум этой АЧХ и соответствующую этому экстремуму частоту, которую принимают равной резонансной частоте, отличающийся тем, что формируют случайный сигнал, которым модулируют колебания, подаваемые на вход резонатора, дискретно изменяют частоту этих колебаний в прямом и обратном направлении по симметричному закону, фиксируют в каждом полупериоде этих изменений экстремум АЧХ резонатора и соответствующую этому экстремуму частоту и определяют резонансную частоту как среднее значение зафиксированных частот экстремумов за n-е количество периодов указанных изменений, которое рассчитывают по формуле
n≥(Δfa)2/8,
где Δf - шаг перестройки частоты колебаний, подаваемых на вход резонатора;
δa - требуемая абсолютная погрешность определения резонансной частоты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что модулируют случайным сигналом амплитуду колебаний, подаваемых на вход резонатора.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что модулируют случайным сигналом все дискретные частоты колебаний, подаваемых на вход резонатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике измерения диэлектриков методом объемного резонатора при нормальной температуре. Устройство содержит волновод СВЧ, резонатор с цилиндрической частью, ограниченный с одной стороны торцевой стенкой волновода СВЧ, а с другой стороны короткозамыкающим поршнем с возможностью осевого перемещения внутри резонатора, механизм перемещения поршня и блок радиоизмерительного оборудования.

Изобретение относится к технике измерения диэлектриков методом объемного резонатора при нагреве в диапазоне температур до 2000°C. Устройство содержит цилиндрический резонатор, ограниченный с одной стороны торцевой стенкой волновода СВЧ, а с другой стороны подвижным поршнем со штоком, загрузочное окно для установки образца исследуемого материала, измеритель температуры, подвод защитного газа, механизм перемещения поршня со штоком.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения параметров диссипативных CG-двухполюсников - эквивалентов емкостных измерительных преобразователей.

Изобретение относится к области радиотехники и электроники и может быть использовано для измерения электрофизических параметров материалов. Технический результат заключается в повышении разрешающей способности до порядка 1 микрометра, а также повышении чувствительности до уровня, достаточного для определения параметров материалов с диэлектрической проницаемостью в диапазоне 1.5÷400 и проводимостью в диапазоне 2·10-2 Oм-1·м-1÷107 Ом-1·м-1.Заявленное устройство содержит СВЧ-генератор с подключенным к нему прямоугольным волноводом, имеющим измерительное устройство с волноводной резонансной системой в качестве оконечного устройства, причем оконечное устройство содержит емкостную металлическую диафрагму, согласно решению на емкостную металлическую диафрагму наложен плоскопараллельный образец диэлектрика с площадью, равной площади фланца волновода, а на образец диэлектрика наложен зонд в виде металлической проволоки с длиной от 12 до 20 мм и диаметром от 0,1 до 0,5 мм с заостренным концом, изогнутым под прямым углом, отрезок зонда большей длины расположен на диэлектрической пластине перпендикулярно щели в диафрагме, отрезок зонда с заостренным концом меньшей длины перпендикулярен плоскости образца диэлектрика, при этом толщина плоскопараллельного образца диэлектрика t выбрана из условия t ε 〈 〈 λ в , где λв - длина волны основного типа в волноводе, ε - диэлектрическая проницаемость пластины.

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике. Техническим результатом заявляемого устройства является повышение точности измерения.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано в средствах для измерения и контроля неэлектрических величин резистивными датчиками.

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 измерительной технике, в частности к устройствам для измерения активного сопротивления, и может быть использовано для измерения физических величин, контролируемых резистивными датчиками.

Изобретение относится к СВЧ технике, а именно к способам определения коэффициента потерь tgδ диэлектриков методом объемного резонатора. Образец измеряемого диэлектрика помещают в область максимального электрического поля резонатора, возбужденного на моде Е010, измеряют добротность резонатора с образцом и без образца и по результатам измерений судят о значении tgδ диэлектриков.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для контроля качества изоляции, характеризуемого ее пробивным напряжением, и может быть использовано в средствах для диагностики состояния межвитковой изоляции обмотки асинхронного двигателя или трансформатора.

Изобретение относится к электроизмерительной технике, в частности к устройствам для контроля качества изоляции, характеризуемого ее пробивным напряжением, и может быть использовано в средствах для диагностики состояния межвитковой изоляции обмотки асинхронного или синхронного двигателя. Микроконтроллерное устройство диагностики межвитковой изоляции обмотки электродвигателя содержит (фиг.) МК 1, делитель напряжения 2, управляемый источник опорного напряжения 3, первый управляемый ключ 4, индикатор 5, источник постоянного напряжения 6, диагностируемую обмотку электродвигателя 7, второй ключ 8 и образцовую индуктивность 9. Первый вывод источника постоянного напряжения 6 подключен к первым выводам индуктивностей 7 (диагностируемая обмотка электродвигателя) и 9 (образцовая индуктивность), вторые выводы которых подключаются ко второму выводу второго ключа, который может находиться либо в «верхнем» (подключается индуктивность 7), либо в «нижнем» (подключается образцовая индуктивность 9) положении. Первый вывод второго ключа подключен ко вторым выводам первого управляемого ключа и делителя напряжения. Вывод управления первого ключа подключен к МК 1, вход управления источника опорного напряжения 3 подключен в выходу широтно-импульсного модулятора (на фиг. не показан) МК 1, выход источника опорного напряжения 3 подключен к первому входу аналогового компаратора (на фиг. не показан) МК 1, ко второму входу аналогового компаратора МК 1 подключен средний вывод делителя напряжения 2, первый крайний вывод делителя напряжения 2 подключен к первым выводам первого управляемого ключа 4 и источника постоянного напряжения 6, индикатор 5 подключен к выходу соответствующего порта МК 1. Технический результат заключается в повышении точности устройства за счет организации сравнения ЭДС самоиндукции образцовой и диагностируемой обмоток. 1 ил.

Изобретение относится к области измерения характеристик материалов и может быть использовано для определения диэлектрической проницаемости изоляционных композитных и других материалов. Способ основан на измерении комплексного коэффициента отражения электромагнитных волн от отрезка линии передачи, на конце которого устанавливают калибровочные меры и испытуемый образец материала, с последующей обработкой материалов. На входе отрезка линии передачи с волновым сопротивлением Zв параллельно ему подключают резистивный элемент с сопротивлением R=(0,1-0,2)Zв, по результатам калибровочных измерений определяют параметры рассеяния цепи, соединяющей плоскость измерения коэффициента отражения с плоскостью подключения испытуемого участка линии с испытуемым образцом. Обрабатывая массив данных, находят диэлектрическую проницаемость и тангенс угла потерь испытуемого материала. Предложено устройство для осуществления способа. Технический результат заключается в повышении точности определения диэлектрической проницаемости в широком диапазоне частот. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Предложен способ определения диэлектрической проницаемости и толщины твердых образцов на металле. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения толщины и диэлектрической проницаемости материала на металле. Способ предусматривает возбуждение электромагнитного колебания определенной пространственной структуры и измерение резонансных частот при замене одного из торцов резонатора образцом поочередно стороной покрытия и металла, для чего дополнительно на одной из торцевых стенок устанавливают диэлектрик высотой h, диэлектрической проницаемостью εд и диаметром, равным диаметру резонатора, возбуждают пространственное колебание типа H011, измеряют резонансные частоты резонатора f1 и f2 соответственно при установке на открытую противоположную торцевую стенку образца поочередно стороной покрытия и металлической подложки, закрывают открытую торцевую стенку, измеряют резонансные частоты f3 и f4 соответственно при замене другой торцевой стенки, где расположен возмущающий диэлектрик, образцом поочередно стороной покрытия и металлической подложки, по разности частот Δf21=f2-f1 определяют толщину покрытия Δh, а по разности Δf43-Δf21 определяют диэлектрическую проницаемость εn покрытия на металле, где Δf43=f4-f3, при этом, варьируя высоту h и диэлектрическую проницаемость εд возмущающего резонатор диэлектрика, можно изменять чувствительность к диэлектрической проницаемости εn покрытия на металле. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для емкостного измерения физического движения в пациенте, который содержит изменяющиеся во времени статические заряды. Система содержит зонд и электрет или сочетание электрически проводящего элемента и генератора напряжения, выполненного с возможностью обеспечения постоянного во времени статического заряда. Электрет или электрически проводящий элемент могут быть механически и электрически соединены с пациентом так, что они механически перемещаются с пациентом и подвергаются действию содержащегося изменяющегося во времени статического заряда. Зонд расположен удаленно от электрета или сочетания электрически проводящего элемента и генератора напряжения и имеет с ними бесконтактное емкостное соединение, такое, что относительное механическое движение между зондом и электретом или проводящим элементом вызывает изменения в выходном измерительном сигнале зонда. Постоянный во времени электрический статический заряд уменьшает вызванные изменяющимся во времени статическим зарядом искажения в выходном измерительном сигнале. При этом прикрепляют элемент, содержащий постоянный во времени электрический заряд, в месте измерения пациента так, что элемент содержит изменяющиеся во времени статические заряды. Формируют измерительный сигнал посредством емкостного измерения механического движения в пациенте с использованием зонда, который расположен удаленно от элемента, места измерения и объекта, так что зонд выполняет бесконтактное измерение механических движений объекта. Применение изобретений позволит повысить точность емкостного измерения пациента. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области сварочного производства. Представленные устройство и способ могут быть использованы для определения во время процесса сварки индуктивности сварочного кабеля на основе измерения размаха пульсации напряжения на выходных сварочных клеммах при переключении силовых полупроводниковых переключателей. Указанная индуктивность может быть использована, например, для управления параметрами процесса сварки. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 12 ил.

Техническое решение относится к измерительной технике и предназначено для измерения диэлектрической проницаемости и влажности материала. Способ включает в себя измерение напряжения зондирующего сигнала во входной цепи первичного преобразователя, заполняемого контролируемым материалом, причем первичный преобразователь выполнен в виде короткозамкнутого на конце отрезка длинной линии. Измерения напряжения выполняют одновременно в двух точках: непосредственно на входе преобразователя и на резисторе, включенном между генератором и преобразователем. Генератор перестраивают в диапазоне частот дискретными шагами. На каждом шаге вычисляют отношение напряжения на входе первичного преобразователя к напряжению на входе элемента и по минимуму этого отношения определяют частоты гармоник при заполнении первичного преобразователя воздухом и при заполнении его контролируемым материалом. По значениям частот нескольких гармоник вычисляют действительную составляющую показателя преломления материала. Мнимую составляющую показателя преломления вычисляют по величине отношения напряжения на входе первичного преобразователя к напряжению на входе резистора. Далее определяют влажность и другие физические параметры, влияющие на показатель преломления. Технический результат заключается в повышении точности измерений и расширении функциональных возможностей. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Использование: для определения комплексной диэлектрической проницаемости материалов с помощью электромагнитных волн. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит отрезок металлической волноводной линии передачи, плоскопараллельную пластину и дополнительно введены второй отрезок металлической волноводной линии передачи, снабженный фланцами с обоих концов, одинакового внутреннего поперечного сечения с первым отрезком металлической волноводной линии передачи, варакторный диод, внутренняя часть второго отрезка металлической волноводной линии передачи заполнена диэлектриком, плоскопараллельная пластина выполнена из металла и снабжена окном с размерами, равными размерам внутреннего поперечного сечения отрезка металлической волноводной линии передачи, металлические выводы варакторного диода и плоскопараллельная пластина разделены изолятором, плоскопараллельная пластина и фланец одного конца второго отрезка металлической волноводной линии передачи соединены между собой механически, длина второго отрезка металлической волноводной линии передачи кратна половине длины электромагнитной волны во втором отрезке металлической волноводной линии передачи с диэлектриком. Технический результат: обеспечение возможности увеличения точности определения комплексной диэлектрической проницаемости и определения одновременно действительной и мнимой частей комплексной диэлектрической проницаемости. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения физических параметров материала, в том числе и при экстремальных температурах. Способ включает в себя измерение напряжения зондирующего сигнала во входной цепи первичного преобразователя, заполняемого контролируемым материалом, причем первичный преобразователь выполнен в виде отрезка длинной линии. Измерения напряжения выполняют дистанционно, для чего между входом амплитудного детектора и входом первичного преобразователя включают первый дополнительный отрезок линии передачи, в котором создают режим бегущих волн. Подачу зондирующего сигнала с выхода генератора на вход первичного преобразователя производят через включенный между ними второй дополнительный отрезок линии передачи. Генератор перестраивают в диапазоне частот и определяют частоты гармоник при заполнении первичного преобразователя контролируемым материалом и воздухом. По значениям указанных частот определяют влажность, состав и другие физические параметры материала, влияющие на диэлектрическую проницаемость. Технический результат заключается в обеспечении измерений при экстремальных температурах, повышение точности измерения, расширение функциональных возможностей. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и метрологии, а именно к технике измерения электрической емкости на постоянном электрическом токе, измеряемой путем счета электронов. Согласно способу постоянный электрический ток воспроизводят с помощью цепи, выполненной в виде измеряемого конденсатора Сx и генератора линейно изменяющегося напряжения, а значение электрической емкости определяется по времени Δt, за которое разность напряжения между электродами конденсатора достигнет определенного уровня ΔU, количеству электронов, прошедших по цепи воспроизводимого тока за это время (при этом фиксируется каждый электрон, проходящий по цепи воспроизведения тока), и заряду электрона, эти значения подаются на персональный компьютер и им обрабатываются по формуле: Сx=e·f·Δt/ΔU, где: е - элементарный заряд электрона; f - измеряемая частота (число) электронов на выходе измерителя тока; Δt - время, за которое напряжение изменяется на величину ΔU; при этом измерение электрической емкости конденсатора происходит в условиях эксплуатации конденсатора при прохождении через него воспроизводимого постоянного тока. Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения электрической емкости на постоянном электрическом токе (в условиях эксплуатации измеряемого конденсатора) и расширении диапазона измерения емкости в сторону меньших значений, обеспечение возможности непосредственной регистрации заряда с дискретностью электрона. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям погонной емкости одножильного электрического провода в процессе его производства. Способ заключается в создании гармонического электрического поля между участком поверхности изоляции провода и заземленной электропроводящей жилой посредством помещенного в воду трубчатого измерительного преобразователя, через который перемещают контролируемый провод, с измерительным и двумя обеспечивающими однородность электрического поля на его краях дополнительными защитными электродами, измерении при известных амплитуде и частоте приложенного к электродам гармонического напряжения силы тока, протекающего через измерительный электрод, и суммарной силы тока, протекающего через все электроды измерительного преобразователя, и определении значения погонной емкости по формуле: где Ix - сила тока, протекающего через измерительный электрод; I1 - суммарная сила тока, протекающего через все электроды измерительного преобразователя; С0(I1) и k(I1) - экспериментально определенные функции тока I1. Технический результат заключается в повышении точности измерения. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. В частности, оно может быть использовано в радиочастотных резонансных датчиках. Способ измерения заключается в том, что периодически на вход резонатора подают колебания с частотой, изменяющейся дискретно с заданным шагом в прямом и обратном направлении по симметричному закону в диапазоне изменения измеряемой резонансной частоты. При этом формируют случайный сигнал, которым модулируют колебания, подаваемые на вход резонатора, фиксируют в каждом полупериоде этих изменений экстремум АЧХ резонатора и соответствующую этому экстремуму частоту и определяют резонансную частоту как среднее значение зафиксированных частот экстремумов за n-ое количество периодов указанных изменений, которое рассчитывают по формулеn≥28,где Δf - шаг перестройки частоты колебаний, подаваемых на вход резонатора;δa - требуемая абсолютная погрешность определения резонансной частоты. При этом модулируют случайным сигналом амплитуду колебаний, подаваемых на вход резонатора. Технический результат - повышение точности измерений. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх