Устройство для измерения параметровдиэлектриков

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 0706.79 (23) 2777070/18-09 с присоединением заявки ¹ рцм. к.

G 01 R 27/26

Я 01 И 22/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150381. Бюллетень N9 10

Дата опубликования описания 180381 (53) УДК б21. 317..39 (088.8) (72) Автор изобретения

И. С. Рубаха

Минскйй филиал Всесоюзного научно-исслЕдовательского " и проектно-конструкторского института по автоматизации предприятий промышленности строительнЫх материалов

j (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ДИЭЛЕКТРИКОВ

Изобретение относится к технике радиоиэмерений и может. испольэовать ся в системах, позволяющих определять диэлектрические характеристики е. и е различных твердых и жидких .

1 и веществ по измеренным затуханию и фазовому сдвигу в диапазоне СВЧ.

Известно устройство для измерения параметров диэлектриков, содержащее сверхвысокочастотный СВЧ генератор, соединенный с первым плечом первого

T-моста, ко второму плечу которого подключены последовательно соединенные первый вентиль и передающая и приемная антенны, между которыми 15 располагают исследуемый материал, последовательно соединен ные измери-. тельный аттбнюатор, измерительный фазовращатель, второй вентиль, второй T-мост, детектор и первый уси- 20 литель, причем к другому плечу второго Т-моста подключена приемная антенна 11.

Однако известное устройство имеет низкую точность измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров диэлектриков, содержащее 30

СВЧ-генератор, соединенный с первым плечом первого Т-моста, ко второму плечу которого подключены последовательно соединенные первый вентиль и передающая приемная антенны, между которыми располагают исследуемый материал, последовательно соединенные измерительный аттенюатор, измерительный фазовращатель, второй вентиль, второй Т-мост, детектор и первый усилитель, причем к другому плечу второго Т-моста подключена приемная антенна, введены последовательно соединенные датчик температуры исследуемого материала, второй усилитель и волноводный фильтр с электромагнитом, последовательно соединенные источник опорного напряжения, компаратор фазоаого сдвига, первый блок совпадения, первый цифроаналоговый преобразователь и индикатор фазового сдвига, последовательно соединенные компаратор затухания, второй блок совпадения, второй цифроаналоговый преобразователь и индикатор затухания, последовательно соединенные генератор накачки, делитель частоты на и и делитель частоты на 2 третий и четвертый усилители, первый и второй

3К-триггеры, предустановочный 15

813318 триггер, при этом волноводный фильтр с электромагнитом включен между третьим плечом первого Т-моста и входом измерительного аттенюатора, другой выход источника опорного напряжения соединен со входом компаратора затухания, выход первого усилителя соединен с другими входами компараторов фазового сдвига и затухания, выходы первогG и второго цифроаналоговых преобразователей подключены соответственно через третий и четвертый усилители к другим входам измерительного аттенюатора и измерительного фазовращателя, причем к выходу делителя частоты на и . подключен счетный вход первого 3К -триггера, 15 выходы которого подключены к 3-и К входам второго 3К -триггера, выходы которого подключены к другим входам первого и второго блоков совпадения, выход генератора накачки подключен к счетному входу второго .7К -триггера, выход "1" предустановочного Р5 -триггера подключен к другим входам первого и второго 3К триггеров, а выход "0" — ко входам установка в "0" первого и второго цифроаналоговых преобразователей, ко входам сброса которых подключен выход делителя частоты на 2.

На чертеже представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения параметров диэлектриков содержит СВЧ-гене- ратор 1, первый 2 и второй 3 Т-мосты каждый из которых имеет первое

4, второе 5,третье 6 и четвертое 7 плечи, приемную антенну 8, волноводный фильтр 9 с электромагнитом 10, первый 11 и второй 12 вентили, детектор 13, первый 14, второй 15, третий <0

16 и четвертый 17 усилители, компаратор 18 затухания, компаратор 19 фазового сдвига, источник 20 опорного напряжения, первый 21 и второй 22 блоки совпадения первый 23 и второй

24 Э К-триггеры, генератор 25 накачки, делитель .26 частоты на и, делитель 27 частоты на 2 первый 28 и второй 29 цифроаналоговйе преобразователи(ЦАП),две согласованные нагрузки 30 и 31, индикатор 32 затухания, индикатор 33 фазового сдвига,предустановочный R S -триггер 34, передающую антенну 35, датчик 36 температуры исследуемого материала, измерительный аттенюатор 37, измерительный фазо- 5 вращатель 38.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства прудустановочный к5 -триггер 34 устанавли- 40 вает принудительно первый 23 и второй 24 3 K-триггеры в состояние "1", а первый 28 и второй 29 IjAII a значит и индикаторы 32 и 33, — в состояни "0". 65 модулированные колебания СВЧ, вырабатываемые СВЧ-генератором 1, подаются на первый двойной Т.-мост

2 и развеТвляются на два канала:измерительный с первым вентилем 11, передающей 35 и приемной 8 антеннами и опорный с волноводным фильтром 9, измерительным аттенюатором 37, измерительным фазовращателем 38 и вторым вентилем 12. В месте схождения оба канала подсоединены ко второму

Т-мосту 3, нагрузкой которого служит детектор 13 колебаний СВЧ и первый усилитель 14.

Независимо от наличия или отсутствия материала между антеннами 35 и 8 в измерительном канале устройство периодически настраивается в режиме баланса, при котором затухание и фазовый сдвиг опорного и измерительного каналов одинаковы.

Настройка производится следующим образом

Продетектированный детектором 13 и усиленный первым усилителем 14 сигнал модуляции поступает на компаратор 18 затухания и компаратор

19 фазового сдвига и сравнивается с заданными уровнями источника 20 опорного напряжения. Сигналы разбаланса компараторов 18 и 19 подаются на оба блока 22 и 21 совпадения.

Последовательность импульсов с генератора 25 накачки поступает на счетный вход второго 3К- триггера 24, который перераспределяет их либо на второй блок 22 совпадения (канал изме рения затухания)„ либс на первый блок 21 совпадения (канал измерения сдвига фаз)в зависимости от предустановленного состояния первого 3К триггера 23, которое задается либо при первоначальном включении устройства предустановочным R5 -триггером 34, либо сигналами переброса с выхода первого 3К -триггера 23, запускаемого генератором 25 накачки через делитель 26 частоты на и в процессе работы устройства. Выбор значения о зависит от частоты генератора 25 накачки и от требуемой точности измерения и регулировки затухания и фазового сдвига.

Блоки 22 и 21 совпадения в зависимости от наличия последовательности импульсов на выходах второго 3Ктриггера 24 при разрешающем сигнале с выходов компараторов 18 и 19 пропускают последовательность импульсов на счетные входы IIAII 28 или 29.

В ЦАП 28 (29)происходит подсчет импульсов, а также преобразование импульсной последовательности в сигнал типа "ступенька" и интегрирование этого сигнала. С выхода ЦАП 28 (29) сигнал через усилитель 16,17 мощности управляет измерительным аттенюатором 37, либо измеритель— ным фазовращателем 38 до настройки

813318 устройства в режим баланса. Со вторых выходов ЦАП 28 и 29 сигналы под счета поступают на индикатор 32 затухания и индикатор 33 фазового сдвига. Периодически импульсом сброса от генератора 25 накачки с частотой 2п ЦАП 28 и 29 устанавливаются в состояние "0", а затем происходит повторная балансировка устройства. Таким образом, при отсутствии образца и при нулевом затухании и фазовом сдвиге в измерительном канале происходит балансировка устройства в исходное состояние.

При наличии материала в измерительном канале между антеннами 35 и 8 происходит балансировка устройства в процессе-измерения, затухания и фазового сдвига. датчик 36 измеряет температуру исследуемого материала в измерительном канале и через второй усилитель

15 изменяет величину тока в обмотке электромагнита 10 волноводного фильтра 9 таким образом, что магнитное поле волноводного фильтра 9, меняя магнитную проницаемость феррита ы корректирует величину затухания. в опорном канале в соответствии с изменением температуры исследуемого материала.

Предлагаемое устройство позволяет реализовать простыми техническими средствами контур автоматического управления измерительными аттенюатором и фазовращателем и, кроме того, ввести поправку на температуру материала в тракт СВЧ, что дает возможность повысить надежность и точность измерения. формула изобретения

Устройство для измерении парамет-. ров диэлектриков, содержащее сверхвысокочастотный генератор, соединенный с первым плечом первого Т-моста, ко второму плечу которого подключены последовательно соединенные первый вентиль и передающая и приемная антенны, между которыми располагают исследуемый материал, последовательно соединенные измерительный аттенюатор, измерительный фаэовращатель, второй вентиль, второй Т-мост, детектор и первый усилитель, причем к другому плечу второго Т-моста подключена приемная антенна, о т л и повышения точности измерения, введены последовательно соединенные датчик температуры исследуемого материала, второй усилитель и волноводный фильтр с электромагнитом, последовательно соединенные источник опорного напряжения, компаратор фазового сдвига, первый блок совпадения, первый цифроаналоговый преобразователь и индикатор фазового сдвига, последовательно соединенные компаратор затухания, второй блок совпадения, второй цифроаналоговый преобразователь и индикатор затухания, последовательно соединенные генератор на15 качки, делитель частоты на и и де26

45 ч а ю щ е е с я .тем, что, с целью литель частоты на 2, третий и четвертый усилители, первый и второй

ЗК -триггеры, предустановочный

Bs -триггер, при этом волноводный фильтр с электромагнитом включен между третьим плечом первого Т-моста и входом измерительного аттенюатора, другой выход источника опорного напряжения соединен со входом компаратора затухания, выход первого усилителя соединен с другими входами компараторов фазовОго сдвиra и затухания, выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей подключены соответственно через третий и четвертый усилители к другим входам измерительного аттенюатора и измерительного фазовращателя, причем к выходу делителя частоты на и подключен счетный вход первого

Д -триггера, выходы которого подключены к 3 - и К -входам второго триггера, выходы которого подключены к другим входам первого и ьторого блоков совпадения, выход генератора накачки подключен к счетному входу второго 3 К -триггера, выход

1 предустановочного R5 -триггера подключен к другим входам первого и второго ЗК -триггеров, а выхоц

"0" — ко входам "Установка в 0 первого и второго цифроаналоговых преобразователей, ко входам сброса которых подключен выход делителя частоты на 2.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Отчет по теме 152-М "Разработка СВЧ-влагомера песка для силикатной промааленности". Минск, филиал

BHACN, 9 75044260, 1975, с. 17-18 (прототип).

813318

77

Составитель Е. Голуб

Редактор C Тимохина Техред Ж. Кастелевич Корректор, Е. Р о

Закаэ 766/56 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4