DE2045813A1 - Dielektrisches Meßgerat - Google Patents

Description

1. Stanley A. Yalof, Escondido, Calif./USA

2. Lawrence Yan Doren, San Diego, Calif./USA

Dielektrisches Meßgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein dielektrisches Meßgerät und insbesondere auf ein dielektrisches Meßgerät, das ein Signal proportional der Kapazität einer dielektrischen Materialprobe liefert, und das ein zweites Ausgangssignal liefert, das proportional einem tangentialen Verlustfaktor ist.

Gemäß der Erfindung liefert ein variabler Frequenzoszil-Iator ein sinusförmiges Ausgangssignal, das an einen Integrator gekoppelt ist, der eine 90° Phasenschiebung und eine -k Übertragungscharakteristik liefert. Das Auegange·

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signal des Integrators ist mit dem Eingang einer dielektrischen Materialprobe verbunden, wie beispielsweise Polyesterharz. Der variable Frequenzoszillator ist auf eine Optimalfrequenz gemäß den Impedanzcharakteristiken der einzelnen Materialproben eingestellt. Von der dielektrischen Materialprobe wird ein Ausgangssignal an einen Punktionsverstärker weitergegeben, der einen komplexen Aufbau entsprechend den Blind- und Widerstandskomponenten in der Materialprobe besitzt. Der Punktionsverstärker ist mit einem kohärenten Detektor verbunden, der ein Vergleichssignal von dem veränderlichen Prequenzoszillator erhält, um ein Signal mit einer Amplitude zu liefern, die sich direkt mit der kapazitiven Komponente der Materialprobe ändert. Dies ist dadurch möglich, daß die Reaktanz der Materialprobe sich umgekehrt mit der Prequenz ändert, während die Integratorübertragungscharakteristik eine Dämpfung besitzt, die sich umgekehrt mit der Prequenz ändert, wodurch sich die Änderungen in der Prequenz gegenseitig kompensieren. Ein zweites Ausgangssignal des Punktionsverstärkers wird über eine Begrenzerstufe einem zweiten kohärenten Detektor zugeleitet, der ein um 90°-verschobenes Bezugssignal von dem veränderlichen Prequenzoszillator erhält und der ohne die Begrenzerstufe ein Ausgangssignal liefert, das der Phasenverschiebung des Signales durch die Materialprobe entspricht. Durch die Begrenzung oder Quadrierung des Eingangssignales an dem zweiten kohärenten Detektor besitzt das Ausgangssignal eine Amplitude, die der Phasenverschiebung des Signales durch die Materialprobe entspricht. Das um 90° verschobene Bezugssignal beruht auf der 90°-Verschiebung durch den Integrator, was dann ein in Phase liegendes Signal ergibt. Das Ausgangssignal des zweiten kohärenten Detektors geht durch einen tangential Punktionsgenerator hindurch, der ein Signal proportional dem Tangentialverlustfaktor liefert. Der Be-

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griff "dielektrisches Meßgerät", das in diesem Ausführungsbeispiel verwendet ist, ist definiert als ein Instrument, das elektrische Parameter einer dielektrischen Materialprobe mißt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein dielektrisches Meßgerät zu schaffen, das den lantengialverlustfaktor und die Kapazität einer dielektrischen Materialprobe mißt. Weiterhin kann in dem dielektrischen Meßgerät eine Signalfrequenz für die optimalen Übertragungscharakteristiken der dielektrischen Materialprobe geändert werden, ohne daß dies am Ausgang angezeigt wird. Schließlich ist das dielektrische Meßgerät so aufgebaut, daß herkömmliche Bauelemente verwendet werden können und es ein Minimum an Unterhalt und Justierung erfordert.

Weitere Vorteile der Erfindung werden in Verbindung mit der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung beschrieben, in der die gleichen Bezugszeichen immer für dieselben Teile verwendet sind.

Die einzige Figur stellt ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispieles gemäß der Erfindung dar.

Ein veränderlicher Frequenzoszillator 11 besitzt eine eingestellte Eingangsfrequenz 12 und einen ersten Ausgang, der mit einem Integrator 13 verbunden ist, einen zweiten Ausgang, der mit einem Vergleichseingang eines kohärenten Detektors 14 verbunden ist, und einen dritten Ausgang, der mit einem Vergleichseingang eines kohärenten Detektors 16 verbunden ist. Der Ausgang des Integrators 13 ist über die Materialprobe 17 mit dem Eingang eines Funktionsverstärkers 18 verbunden. Der Ausgang des Funktionsverstärkers 18 ist mit einem Signaleingang des kohärenten Detektors 14 verbunden. Der Ausgang des kohärenten Detektors 14 ist mit einer

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kapazitiven Ausgangsklemme 19 verbunden. Der Ausgang des Funktionsverstärkers 18 ist weiterhin über eine Begrenzerstufe 21 mit einem Signaleingang des kohärenten Detektors 16 verbunden, dessen Ausgang über einen Tangentia!funktionsgenerator 22 mit der Ausgangsklemme 23 verbunden ist, an der der Tangentialverlustfaktor anliegt.

Eine übliche Anwendungsart des Erfindungsgegenstandes besteht in dem Kontrollieren eines Polyester-Druckguß-Probestückes für eine geeignete Nachbehandlung, da die elektrische Übertragungscharakteristik des Harzes, als Dielektrikum sich mit der Behandlung ändert. Deswegen wird auch ein veränderlicher Frequenzoszillator verwendet, um die Messung der Materialprobe zu optimieren, da die Veränderungen des dielektrischen Materiales sich mit der Frequenzübertragungskurve ändern. Der veränderliche Frequenzoszillator wird daher auf irgendeine Frequenz in der Nähe der optimalen Übertragungsfrequenz der Materialprobe eingestellt und liefert ein sinusförmiges Ausgangssignal, das in dem Integrator 13 integiert wird. In dem Integrator 13 wird das sinusförmige Signal um 90° verschoben und eine Übertragungscharakteristik von — oder -L verwendet. Die Blindkomponente der Materialprobe 17 wird mit einer Frequenz, die das Signal direkt proportional der Frequenz übertragen würde, durch den Integrator 13 versetzt, der das Signal umgekehrt proportional der Frequenz dämpft, so daß das ganze dielektrische Meßgerät unempfindlich gegenüber Frequenzänderungen ist, d.h. derartige Frequenzänderungen automatisch kompensiert.

Ein um 90° verschobenes Rechteckausgangssignal des veränderlichen Frequenzoszillators 11 wird an den Vergleichseingang des kohärenten Detektors 16 angelegt, der ein Tiefpaßfilter enthält. Ein in Phase liegendes Rechtecksignal

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des veränderlichen "Frequenzoszillators 11 ist mit dem Vergleichseingang des kohärenten Detektors 14 verbunden, der ebenfalls exn Tiefpaßfilter enthält. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die Wellenformen, die in dem Diagramm erscheinen, den Spannungswellenformen entsprechen; das sinusförmige Ausgangssignal von dem veränderlichen !Frequenzoszillator 11 erscheint als eine in Phase liegende Wellenform und das Ausgangssignal des Integrators 13 erscheint als eine um 90° verscho«bene Wellenform. Da das Ausgangssignal der Materialprobe 17 durch den niedrigen Impedanzeingang des Funktionsverstärkers 18 in ein Stromsignal verändert wird, erscheint es nicht als Spannungswellenform. Das Ausgangssignal des Punktionsverstärkers 18 ergibt dann eine komplexe Impedanz, die durch ein Kapazitäts- und Widerstandsnetzwerk in der Materialprobe 17 dargestellt ist; sie liegt dann zwischen einer O - und 9O°-Phase in bezug auf die ursprüngliche O°-Phase des Ausgangssignales des veränderlichen Frequenzoszillators 11. Um diese Phasenverschiebung zu messen, wird das Signal in der Begrenzerstufe 21 begrenzt und erscheint als Rechtecksignal an dem Eingang des kohärenten Detektors 16. Da das Vergleichssignal von dem veränderlichen Frequenzoszil-Iator 11 um 90° gegenüber dem ursprünglichen sinusförmigen Signal des veränderlichen Frequenzoszillators verschoben ist, liegt es in Phase mit dem Ausgangssignal des Integrators 13 und das Ausgangssignal des kohärenten Detektors 16 erscheint dann als ein Spannungssignal proportional zu der Phasenverschiebung des Signales, das durch die Materialprobe 17 hindurchgeht. Dieses Signal geht dann durch einen Tangentialfunktionsgenerator 22 hindurch, der ein Signal liefert, das direkt proportional dem Tangentialverlustfaktor ist, welcher mathematisch als D « — RO ausgedrückt

wird. Dies ist gleich dem Tangene von 90 minus der Phasenverschiebung des Signales, das durch die Materialprobe hindurchgeht.

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Das zweite Signal gelangt in den Eingang des kohärenten Detektors 14» und entspricht wiederum dem komplexen Ausgangssignal des Punktionsverstärkers 18. Dieses Signal wird mit einem Rechtecksignal verglichen, das in Phase mit dem sinusförmigen Ausgangssignal des veränderlichen Frequenzoszillators 11 ist und um 90 verschoben gegenüber dem Eingang an der Materialprobe 17. Hieraus ergibt sich ein Signal an der Ausgangsklemme 21, das eine Amplitude besitzt, die direkt proportional der kapazitiven Komponente der Materialprobe 17 ist.

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   (1.j Dielektrisches Meßgerät zur Messung von elektrischen Charakteristiken einer dielektrischen Materialprobe, gekennzeichnet durch einen Signalgenerator mit einem sinusförmigen Ausgangssignal und einem Rechtecksignal, das in der Phase um 90° von dem sinusförmigen Ausgangssignal abweicht, durch eine dielektrische Materialprobe mit einem Eingang, der mit dem sinusförmigen Ausgang verbunden ist, durch eine Begrenzerstufe, deren Eingang mit dem Ausgang der dielektrischen Materialprobe verbunden ist, durch einen kohärenten Detektor, an dessen einem Eingang als Bezugssignal das Rechteckausgangssignal anliegt und an dessem anderen Eingang das Ausgangssignal der Begrenzerstufe anliegt, und durch einen Tangentialfunktionsgenerator, dessen Eingang mit dem Ausgang des kohärenten Detektors verbunden ist, wobei ein Ausgang des TangentiaIfunktionsgenerators den Verlustfaktor der dielektrischen Materialprobe liefert.
2. 2. Dielektrisches Meßgerät gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator einen veränderlichen Frequenzoszillator und einen Integrator enthält, der zwischen dem sinusförmigen Ausgang und dem Eingang der dielektrischer Materialprobe liegt.
3. 3. Dielektrisches Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, g ekennzeichnet durch einen zwexten Rechteckausgang des Signalgenerators, der in Phase mit dem sinusförmigen Ausgang liegt und durch einen zweiten kohärenten Detektor mit einem Bezugseingang, der mit dem zweiten Rechteckausgang verbunden ist, und mit einem

   Signaleingang, der mit einem Ausgang der dielektrischen Materialprobe verbunden ist.

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