Способ измерения диэлектрической проницаемости материалов и устройство для его осуществления



Способ измерения диэлектрической проницаемости материалов и устройство для его осуществления
Способ измерения диэлектрической проницаемости материалов и устройство для его осуществления
Способ измерения диэлектрической проницаемости материалов и устройство для его осуществления
Способ измерения диэлектрической проницаемости материалов и устройство для его осуществления
Способ измерения диэлектрической проницаемости материалов и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2548064:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева", НГТУ (RU)
Закрытое акционерное общество "Нижегородский инновационный центр радиоизмерительной аппаратуры" (ЗАО "НИЦ РИА") (RU)

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.

 

Изобретение относится к области измерения характеристик материалов и может быть использовано для определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь изоляционных, композитных и других материалов.

Известен способ определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь материалов, основанный на измерении модулей и фаз коэффициентов отражения и передачи электромагнитных волн, отраженной и прошедшей через образец, помещенный в волновод или коаксиальную линию. Фазы коэффициентов содержат информацию о диэлектрической проницаемости, а модули - о тангенсе угла диэлектрических потерь [см. Брант А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. - М.: Физматгиз, 1963. - Стр.192].

Недостатком данного способа является низкая точность определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь измерения из-за сравнительно малой чувствительности фазы коэффициентов отражения и передачи к величине диэлектрической проницаемости, а их модулей к тангенсу потерь.

Известен способ определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь материалов, основанный на измерении резонансной частоты и добротности резонатора с помещенным в него образцом материала заданной формы. Информация о диэлектрической проницаемости содержится в резонансной частоте, а о тангенсе угла диэлектрических потерь - в добротности резонатора [см. Брант А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. - М.: Физматгиз, 1963. - Стр.120].

Способ обладает высокой точностью измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, однако позволяет получать информацию только на одной частоте в пределах поддиапозонов: 4-7…15-20, определяемой геометрией и диэлектрической проницаемостью образцов. Проводить измерения в низкочастотной части СВЧ-диапазона не представляется возможным из-за ограниченных размеров стандартных образцов пластин изоляционных материалов, широко применяемых в интегральных схемах и в производстве электронных компонентов.

В качестве прототипа принят способ измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь материалов и устройство для его осуществления, который по своей сути близок к предлагаемому (см. публикацию «Основы измерения диэлектрических свойств материалов. Заметки по применению» компании Agilent Technologies, стр.20-22). Способ заключается в проведении процедуры калибровки векторного анализатора цепей путем подключения калибровочных мер и в измерении комплексного коэффициента отражения и передачи электромагнитных волн отрезка линии передачи заданной длины, в который устанавливают испытуемый образец определенной длины, с последующей обработкой результатов. Устройство для реализации способа содержит отрезок линии передачи с возможностью установки в него испытуемого образца, измерительное устройство и калибровочные меры. Способ и устройство обеспечивают работу с волноводной секцией длиной 140 мм в диапазоне частот от 8,2 до 12,4 ГГц с образцами из плексигласа (как пример) длиной 25 и 31 мм, погрешность измерений ±0,1 или (3-5%).

Однако точность измерений и диапазон частот могут быть еще выше, а используемое оборудование существенно дешевле при совершенствовании способа и устройства для его реализации.

Предлагаемым изобретением решается задача расширения технологических возможностей способа и устройства для его осуществления.

Технический результат заявляемого изобретения - повышение точности определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь испытуемых материалов в широком диапазоне частот при уменьшении стоимости используемого оборудования.

Этот технический результат достигается тем, что в способе измерения диэлектрической проницаемости материалов, заключающемся в измерении комплексного коэффициента отражения электромагнитных волн от отрезка линии передачи, на конце которого устанавливают калибровочные меры и участок линии с испытуемым образцом, с последующей обработкой результатов, 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 волновые параметры рассеяния цепи, соединяющей плоскость измерения комплексного коэффициента отражения с плоскостью подключения участка линии с испытуемым образцом, при этом диэлектрическую проницаемость и тангенс угла потерь испытуемого материала определяют путем обработки массива данных для модуля коэффициента отражения, имеющего вид гребенчатой функции частоты электромагнитных волн и его аналитического выражения через волновые параметры рассеяния и комплексный коэффициент отражения от участка линии с испытуемым образцом, причем длину отрезка линии передачи выбирают больше половины длины волны на нижней частоте диапазона, в котором выполняют измерения;

в устройстве для измерения диэлектрической проницаемости материалов, содержащем отрезок линии передачи с возможностью установки на его конце участка линии с испытуемым образцом и калибровочных мер, на входе отрезка линии передачи параллельно ему подключен резистивный элемент, к которому через переход или разъем подключено измерительное устройство;

при выполнении отрезка линии передачи в виде волновода в качестве резистивного элемента использована резистивная пленка или емкостная диафрагма с резистором, установленная между фланцами коаксиально-волноводного перехода и волновода;

при выполнении отрезка линии передачи в виде коаксиальной или полосковой линии в качестве резистивного элемента использован резистор, установленный между центральным или полосковым проводником и экраном, подключенный через разъем или коаксиально-полосковый переход к измерительному устройству;

в качестве измерительного устройства использован векторный рефлектометр.

Подключение резистивного элемента к отрезку линии передачи длиной более половины длины волны на нижней частоте диапазона позволяет осуществить способ измерения диэлектрической проницаемости ε, сочетающий высокую точность с широким диапазоном частот. Подобно резонансному методу, высокая точность определения ε обеспечивается за счет точного измерения частот, соответствующих вершинам «зубьев» гребенчатой функции. Острота «зубьев» и их количество в выбранном широком диапазоне частот определяются длиной отрезка линии и участка линии с испытуемым образцом, а также отношением волнового сопротивления Zв к сопротивлению R резистора, включенного в линию передачи.

Определяют волновые параметры рассеяния цепи, соединяющей плоскость измерения комплексного коэффициента отражения с плоскостью подключения участка линии с испытуемым образцом, чтобы получить аналитическое выражение для модуля коэффициента отражения, имеющего вид гребенчатой функции.

Длину отрезка линии передачи выбирают больше половины длины волны на нижней частоте диапазона, в котором выполняют измерения, т.к. иначе модуль коэффициента отражения будет содержать малое количество «зубьев» гребенчатой функции и погрешность определения диэлектрической проницаемости возрастет.

Способ реализуется с помощью устройства, блок-схема которого приведена на фиг.1, на фиг.2 приведен график модуля комплексного коэффициента отражения, на фиг.3 - 3D модель устройства, использованного в примере реализации способа, на фиг.4 - установка чип-резистора в коаксиальную линию в примере реализации способа, на фиг.5 - графическая иллюстрация определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь на частоте 9,9959 ГГц в примере реализации способа.

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь материалов содержит отрезок 1 линии передачи с возможностью установки на его конце участка линии с испытуемым образцом 2 и калибровочных мер 3, измерительное устройство 4. На другом конце отрезка 1 линии передачи параллельно ему подключен резистивный элемент 5, к которому через переход или разъем 6 подключено измерительное устройство 4.

При выполнении отрезка 1 линии передачи в виде волновода в качестве резистивного элемента 5 может быть использована резистивная пленка или емкостная диафрагма с резистором, установленная между фланцами коаксиально-волноводного перехода 6 и волновода.

При выполнении отрезка 1 линии передачи в виде коаксиальной или полосковой линии в качестве резистивного элемента 5 использован резистор с сопротивлением R=(0,1-0,2)Zв, где Zв - волновое сопротивление линии передачи, установленный между центральным или полосковым проводником и экраном, подключенный через разъем или коаксиально-полосковый переход к измерительному устройству.

В качестве измерительного устройства 4 целесообразно использовать векторный рефлектометр CABAN R54 или CABAN R140, которые существенно дешевле, чем обычно используемый векторный анализатор цепей.

Способ реализуется следующим образом. К отрезку 1 линии передачи с резистивным элементом 5 через переход 6 подключают измерительное устройство 4 (векторный рефлектометр). На другом конце отрезка 1 линии передачи устанавливают и калибровочные меры 3, а затем участок линии с испытуемым образцом 2.

Сущность предлагаемого способа измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь материалов на СВЧ заключается в измерении в стандартном 50 Ом коаксиальном канале в широком диапазоне частот комплексного коэффициента отражения электромагнитных волн от параллельного соединения резистивного элемента R с отрезком линии передачи, на конце которой устанавливают три и более калибровочных мер 3 с известными коэффициентами отражения, а затем участок линии с испытуемым образцом. По результатам калибровочных измерений волновых параметров рассеяния (S-параметров) цепи, соединяющей плоскость измерения коэффициентов отражения с плоскостью подключения участка линии с испытуемым образцом, находят значения диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла потерь tgδ испытуемого материала на отдельных точках частотного диапазона с помощью волновых параметров рассеяния (S-параметров) и специальной обработки массива данных для модуля коэффициента отражения, имеющего вид гребенчатой функции частоты, при этом длину L отрезка 1 линии передачи выбирают больше половины длины волн на нижней частоте диапазона, а сопротивление резистора величиной R=(0,1-0,2)Zв (Zв - волновое сопротивление отрезка 1 линии передачи), к отрезку 1 линии передачи подключают стандартный набор калибровочных мер 3: коаксиальных (короткое замыкание, холостой ход, согласованная нагрузка или четыре короткозамкнутые линии разной длины), волноводных (короткое замыкание, четвертьволновой отрезок, согласованная нагрузка или четыре короткозамкнутые волноводные секции разной длины), а в случае полосковой линии - три и более образцов с заданными геометрическими размерами, диэлектрической проницаемостью и тангенсом угла потерь. По результатам измерения векторным рефлектометром комплексных коэффициентов отражения Гi в плоскости измерений определяют на всех частотах fk диапазона волновые параметры рассеяния (S-параметры) цепи, соединяющей стандартный 50-омный канал с участком линии с испытуемым образцом 2 из системы уравнений:

Г i ( f k ) = S 11 ( f k ) + S 12 S 21 ( f k ) G i ( f k ) 1 S 22 ( f k ) G i ( f k ) , i = 1, I ¯ , k = 1, K ¯

здесь S12S21(fk) - произведение прямого и обратного коэффициентов передачи, а S11(fk) и S22(fk) - соответственно входной и выходной коэффициенты отражения цепи, Gi(fk) - комплексные коэффициенты отражения от калибровочных мер 3. Затем подключают участок линии с испытуемым образцом 2 материала с известными геометрическими размерами и измеряют рефлектометром комплексный коэффициент отражения Г.

Диэлектрическую проницаемость и тангенс угла потерь испытуемого материала определяют с помощью специальной обработки массива данных для модуля коэффициента отражения Г, имеющего вид гребенчатой функции частоты (фиг.2) и его аналитического представления, выраженного через S-параметры и комплексный коэффициент отражения G(fk) от участка линии с образцом:

| Г ( f k , ε , t g δ ) | = | S 11 ( f k ) + S 12 S 21 ( f k ) | G | ( f k , t g δ ) exp [ arg G ( f k , ε ) ] 1 S 22 ( f k ) | G | ( f k , t g δ ) exp [ arg G ( f k , ε ) ] |    (1)

Основание «гребенки» определяется модулем коэффициента отражения S11(fk) цепи, соединяющей векторный рефлектометр с участком линии и образцом (плавная линии на фиг.2). Положение «зубьев» «гребенки» определяется электрической длиной отрезка линии передачи и участка линии с испытуемым образцом, следовательно, диэлектрической проницаемостью и геометрическими размерами образца, а острота «зубьев» - как длиной, так и волновым сопротивлением линии передачи. Высота зубьев определяется модулем коэффициента отражения от участка линии передачи, который, в свою очередь, определяется тангенсом угла потерь образца испытуемого материала.

Существенно, что значения диэлектрической проницаемости εk и тангенса угла потерь tgδk материала в широком диапазоне частот определяют по координатам [fk, Гk] вершин гребенчатой функции модуля коэффициента отражения.

Ниже приведен пример осуществления способа. На фиг.3 показана 3D модель устройства. В качестве калибровочных мер использован подвижный короткозамыкатель. При калибровке перемещение короткозамыкателя осуществляется с помощью микрометрического винта. При измерении образцов (изоляционных пластин из окиси алюминия - поликора размерами 60×48×1 мм) короткозамыкатель находится в крайнем положении. Пример установки чип-резистора в коаксиальную линию передачи показан на фиг.4. Участок линии с испытуемым образцом вставляется в зазор между крышкой устройства и основанием вплотную к короткозамыкателю.

Для оценки погрешности измерений предлагаемым способом использовалась модель устройства на основе прямоугольного волновода 23×10 мм, как и в прототипе, коаксиально-волноводный переход, емкостная диафрагма с резистором и отрезком волновода длиной 200 мм. Половина длины волны на нижней частоте (8 ГГц) диапазона составляла 112 мм. Емкостная диафрагма моделировалась с емкостью 0,16 пФ, а резистор-сопротивлением R=58,4 Ом, отношение R/Zв=0,13 находилось в пределах 0,1-0,2. В качестве участка линии с испытуемым образцом длиной 31 мм (как в прототипе) использовалась модель волновода длиной 100 мм с воздушным диэлектриком и модель длиной 31 мм с диэлектриком с - образцом.

Калибровка устройства выполнялась с помощью моделей четырех короткозамкнутых волноводных секций длиной 30, 18,5 11,43 и 7,05 мм.

При подключении модели каждой короткозамкнутой волноводной секции к модели перехода с отрезком волновода и резистором определялась величина комплексного коэффициента отражения Гi в плоскости измерений.

S-параметры цепи, соединяющей плоскость измерения коэффициента отражения в стандартном 50-омном коаксиальном тракте с плоскостью подключения участка линии (волноводной секции) с испытуемым образцом, определялись из системы уравнений (1). Чтобы оценить погрешность предлагаемого способа длины короткозамыкателей в программе определения S-параметров задавались с погрешностью 0,1 мм.

Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь определялись обработкой массива данных для модуля коэффициента отражения от модели устройства, имеющего вид гребенчатой функции частоты электромагнитных волн и аналитического выражения через волновые параметры рассеяния и комплексный коэффициент отражения от участка линии с испытуемым образцом.

Иллюстрация определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь на частоте 9,9959 ГГц показана на графике фиг.5 и в таблице. Вторая и четвертая колонки таблицы соответствуют истинным значениям, третья и пятая - результатам измерений. В примере смоделирован предлагаемый способ. Диэлектрическая проницаемость образца - линейная функция частоты. Поэтому вторая колонка это модель истинного значения диэлектрической проницаемости на частотах, соответствующих зубьям гребенчатой функции. Тангенс угла потерь для простоты во всем диапазоне частот полагался постоянной величиной 0,005 - четвертая колонка. 3 и 5 колонки это результат обработки, состоящий в определении диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь на вершине зубьев с помощью аналитического выражения гребенчатой функции.

Как следует из таблицы, максимальная погрешность определения диэлектрической проницаемости составила величину ±0,011, среднеквадратическая погрешность σ=0,0074 (0,32%).

Полученная оценка погрешности укладывается в нормативы согласно ГОСТ P 8.623-2006. Относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь твердых диэлектриков. Методики выполнения измерений в диапазоне сверхвысоких частот.

Анализ аналогов показывает, что предлагаемое решение соответствует критерию «новизна», совокупность существенных признаков, обеспечивающая положительный результат, указывает на соответствие критерию «изобретательский уровень», а лабораторные испытания подтверждают промышленную применимость.

Таблица
Частота, ГГц ε обр ε изм tgδ обр tgδ изм
8.203 2.389 2.394 0.005 0.0053
8.482 2.374 2.372 0.005 0.0049
8.76 2.36 2.362 0.005 0.0049
9.037 2.345 2.342 0.005 0.0048
9.333 2.329 2.327 0.005 0.0052
9.654 2.312 2.32 0.005 0.005
9.996 2.294 2.285 0.005 0.0048
10.353 2.275 2.28 0.005 0.0052
10.718 2.256 2.27 0.005 0.0048
11.091 2.236 2.225 0.005 0.005
11.462 2.217 2.225 0.005 0.0052
11.826 2.197 2.205 0.005 0.0046

1. Способ измерения диэлектрической проницаемости материалов, заключающийся в измерении комплексного коэффициента отражения электромагнитных волн от отрезка линии передачи, на конце которого устанавливают калибровочные меры и участок линии с испытуемым образцом, с последующей обработкой результатов, отличающийся тем, что 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 волновые параметры рассеяния цепи, соединяющей плоскость измерения комплексного коэффициента отражения с плоскостью подключения участка линии с испытуемым образцом, при этом диэлектрическую проницаемость и тангенс угла потерь испытуемого материала определяют путем обработки массива данных для модуля коэффициента отражения, имеющего вид гребенчатой функции частоты электромагнитных волн и его аналитического выражения через волновые параметры рассеяния и комплексный коэффициент отражения от участка линии с испытуемым образцом, причем длину отрезка линии передачи выбирают больше половины длины волны на нижней частоте диапазона, в котором выполняют измерения.

2. Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов, содержащее отрезок линии передачи с возможностью установки на его конце участка линии с испытуемым образцом и калибровочных мер, измерительное устройство, отличающееся тем, что на входе отрезка линии передачи параллельно ему подключен резистивный элемент, к которому через переход подключено измерительное устройство.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что при выполнении отрезка линии передачи в виде волновода в качестве резистивного элемента использована резистивная пленка или емкостная диафрагма с резистором, установленная между фланцами коаксиально-волноводного перехода и волновода.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что при выполнении отрезка линии передачи в виде коаксиальной или полосковой линии в качестве резистивного элемента использован резистор, установленный между центральным или полосковым проводником и экраном, подключенный через коаксиальный разъем в случае коаксиальной линии или коаксиально-полосковый переход в случае полосковой линии к измерительному устройству.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве измерительного устройства использован векторный рефлектометр.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к измерительной технике. В частности, оно может быть использовано в радиочастотных резонансных датчиках.

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.
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 измерению потенциала земли. Способ измерения электрического потенциала земли, включающий этапы: размещения измерительной пластины в непосредственной близости от земли, но с обеспечением электрохимического разделения указанной пластины и земли при помощи барьера, причем измерительная пластина имеет оперативную емкостную связь с землей; измерения электрического потенциала земли при помощи измерительной пластины; подачи первого сигнала, представляющего потенциал, измеренный измерительной пластиной, на усилитель, содержащий по меньшей мере один каскад; и сравнения потенциала, измеренного измерительной пластиной, с опорным напряжением. Технический результат заключается в возможности измерения потенциала земли без осуществления электрохимических процессов. 5 н. и 52 з.п. ф-лы, 1 табл., 12 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения диэлектрической проницаемости и влажности материалов при помощи устройства влагомер-диэлькометр, которое содержит электронный блок, измерительную ячейку и первичный преобразователь, представляющий собой отрезок длинной линии, образованный металлическим прутком и металлическим основанием, при этом измерительная ячейка конструктивно совмещена с первичным преобразователем и содержит детектор, подключенный непосредственно к входу первичного преобразователя. Предложено пять вариантов выполнения первичного преобразователя. Вариант 1 - металлическое основание выполнено в виде прямоугольной рамки, вариант 2 - металлическое основание выполнено в виде полого цилиндра с продольными щелями. Первичные преобразователи указанных вариантов устанавливаются на стержень для контроля материалов в резервуаре. Для контроля проб устройство снабжено кассетой. Вариант 3 выполнен на основе кюветы с дополнительной пластиной-крышкой. В варианте 4 преобразователь выполнен в виде трубы для измерения материалов в потоке под давлением. В варианте 5 устройства внутренний проводник первичного преобразователя совмещен конструктивно с его корпусом, что позволяет встраивать первичный преобразователь в стенку трубы буровой колонны или в стенку камеры бетоносмесительного устройства. Повышение точности измерения диэлектрической проницаемости и влажности материала непосредственно в резервуарах на разных уровнях, в трубопроводах под давлением, а также в условиях жестких механических воздействий является техническим результатом изобретения. 5 н. и 18 з.п. ф-лы, 17 ил.
Наверх