Устройство для спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов

 

Союз Соаетсиик

Социалистических

Республик ц 1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17.04.78 (21) 2606313/18-09 с присоединением заявки М— (23) Приоритет—

Опубликовамо 15.11.81. Бюллетень Рй42 (5l)M. Кд.

g 01 R 27/26

3Ьсударстеенный кемнтет

СССР по делам наобретеннй н отнрытнй (53) УДК 621. .317 (088.8) Дата опубликования описания 18.11.8 (72) Авторы изобретения т

А. А. Волков, Г. В. Козлов и С. П. Лебедев ;-.", I " 1 ---":.

Ордена Ленина физический институт им. П. Н. Лебедева (71 ) Зая в и тель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ

ИЗМЕРЕНИЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к устройствам для спектромет рических измерений.

Известно устройство для спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов, содержащее перестраS иваемый по частоте генератор излучения, поляризованный интерферометр с поляри» затором и анализатором излучения и приемник излучения 11.

Однако известное устройство для

IO спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов обладает недостаточной точностью измерений.

1Лелью изобретения является повышеIS ние точности измерений.

Ueab достигается тем, что в устройство для спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов, содержащее перестраиваемый по частоте генератор излучения, поляризованный интерферометр с поляризатором и анализатором излучения и приемник изт1учения, введен второй приемник излучения, установленный на направлении распространения волны, отраженной от анализатора излучения, который снабжен устройством поворота вокруг оси, перпендикулярной его плоскости, а перед каждым приемником излучения установлено по дополнительному поляризатору излучения с механизмом поворота вокруг оси, перпендикулярной его плоскости, На чертеже приведено предлагаемое устройство.

Устройство для спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов, содержащее перестраиваемый по частоте генератор 1 излучения, поляризованный интерферометр 2 с поляризатором 3 и анализатором 4 излучения и приемник, 5 излучения, второй приемник 6 излучения, установленный на направлении распространения волны, отраженной от анализатора 4 излучения, который снабжен устройством поворота 7 вокруг оси, перпендикулярной его плоскости, а перед каждым приемником 5 и 6 излучения ус881 626

4 устройства является то обстоятельство, что приемники как раэ и регистрируют две сдвинутые на полпорядка интерферограммы. В самом. деле сумма интенсивности волн прошедшей и отраженной от анализатора 4 излучения равняется интенсивности падающей волны, а это значит, что когда интенсивность прошедшей волны минимальна, то интенсивность отраженной волны

10 максимальна и наоборот,т.е. на приемниках 5 и 6 излучения одновременно регистрируются интерферограммы, сдвинутые. на полпорядка;.

Обозначим через 1 и 14 4сигналы на

>5 двух приемниках 5 и 6 излучения, измеренные без образца в измерительном плече, а через 1> и 1 с образцом 10. Суо шественное отличие их от сигналов 1„ ., 11, 1 1, 12 состоит в том, что, как уже

>0 отмечалось, при их регистрации анали5, затор 4 излучения устанавливается в положение, при котором обеспечивается эффективная интерференция волн, прошедших по разным плечам поляризованного интерферометра 2. Ось максимального пропускания анализатора 4 излучения составляет угол 45 с векторами электрического поля в этих двух волнах. При определении же коэффициента пропускания ось анализатора 4 излучения совпадала с вектором электрического поля в одной из волн. Если перед приемниками 5 и 6 из-. лучения установлены дополнительные поляроиды для обеспечения эффективной рази вязки сигналов, то при измерениях сиг35 р- налов i и 14, чтобы избежать дополнительных потерь мощности, их следует поворачивать B положение максимального пропускания (обычно на 45 по отношению. к их положению при измерении вели40 о - о чин 1, ю 1, 11, 19 ° ) ° и- Велйчины 1 g, 1,, 1 и 14 выражаются в виде тановлено по доподнительному поляризатору 8 излучения с механизмом поворота

9 вокруг оси, перпендикулярной его плос кости, а также образец 10.

Устройство работает следующим обра эом.

Зависимости 1., 12, 1 и 1 не о о являются интерферограммами, а лишь определяют интенсивность волн, прошедщих через разные плечи поляризованного ино о терферометра 2. Величины 1„, 12, 1

1 можно выразить через функции, определяющие зависимость от частоты иэлуч ния мощности генератора 1 излучения 4 передаточных функций плеч поляриэованн

ro интерферометра 2 Р1 и Р2, чувствительностей приемников 5 и 6 излучения

81 и 82 и коэффициента пропускания образца Т 1

Г = А Р„° 91 Э1 = (А+ЬА) Р °

То =АР ° д =(А+дА) Р °

2 где, А — определяет временную нестабильность мощности генератора 1,излучения.

Из этих соотношений для коэффициента пропускания Т получаем выражение

Т Ý1 71

31 ° TT, Исключительно важным является то обстоятельство, что нестабильность мошно ти генератора 1 излучения при таком оп ределении 1, как легко видеть, не дает вклада в ошибку измерений. Это обусловлено тем, что величины 3„ и 3, как

О 0 величины .}1 и 3, регистрируются попа но одновременно. Аналогичным образом, используя два приемника 5 и 6 излучения можно устранить влияние нестабильности параметров генератора 1 излучения и пр записи интерферограмм, В известном устройстве при записи интерферограмм акал затор 4 излучения устанавливается в такое положение, при котором на приемник

5 излучения проходят преобразованные к

l5 одной поляризации волны, обоих протеч поляризованного интерферометра 2. При преобразовании поляризации часть энергии этих волн отражается от анализатора 4 излучения (обычно это половина мощности). В отраженных волнах поляризации очевидно

50 тоже совпадают, и поэтому волны эффективно интерферируют. Иными словами, второй приемник 6 излучения также может регистрировать интерферог рамму. В известном требуется зарегистрировать две интерферограммы, причем они должны быть сдвинуты на полпорядка интерференции.

Принципиальным моментом предложенного

3 =4 — р — К(саэ д,D„+g)n й,Р1+ S

xccoos ьЧ

3= Д K(sos ÀÐ Tieln eLP Sin 5L р тх

1 1 2 12

K00s (аЧО+ У05

3 =4 К СОИ ALP„ +Sin 3.Р -Skn& p„AX

1 сов с

xcOS (ь P + Уо)) 5 881626 6 где Ko - некоторый коэффициент, завися- ния. Использование двух приемников иэлуший от Р „и Рл, а *- угол наклона чения позволяет вдвое сократить время проволочек поляризатора 3 излучения.На измерений. Все это выгодно отличает предих основе можно получить следующие фор- ложенное устройство от известного. мулы, связывающие в явном виде измеряемые величины с фаэовым сдвигом, вносимым образцом Формула изобретения

1

rae p Чо — начальная расстройка поляризованного интерферометра 2, определяемая соотношением З 4 о о

СОВ д Чо1СОВ 1д.

ВНИИПИ Заказ 9964/68 Тираж 735 Подписное

Филиал ППП 4Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, Используя полученные данные дпя модуля и фазы коэффициента пропускания об- 0 раэца,можно на основании соответствующих формуп рассчитать зависимость от частоты излучения коэффициента и поглощения исследуемого образца.

Таким образом, предложенное устройство для спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов дает возможность повысить точность из-мерений. Кроме того, расчет q и К материала производится на основе аналитиче30 ских соотношений, не требующих применения приближенных численных методов. На точность измерений не сказывается не-.- . стабильность мощности генератора излучеУстройство для спектрометрических изi мерений диэлектрических параметров материалов, содержащее перестраиваемый по частоте генератор излучения, поляризованный интерферометр с поляризатором и анализатором излучения и приемник излучения, отличаюшеесятем,что, с. целью повышения точности измерений, вве-, ден второй приемник излучения, установленный на направлении распространения волны, отраженной от анализатора излучения, который снабжен устройством поворота вокруг оси, перпендикулярной его плоскости

2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю ш е е с я тем, что перед каждым приемником излучения установлено по дополнительному поляризатору излучения с механизмом поворота вокруг оси, перпендикулярной его плоскости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 2563268, кл. Cj 01 Р 27/26, 1977.