RU2068178C1

RU2068178C1 - Device processing signals of resonance shf moisture meter

Info

Publication number: RU2068178C1
Authority: RU
Inventors: К.В. Волокитин; Е.Ф. Кондратьев; В.В. Федотов
Original assignee: Производственно-коммерческая фирма "Вест компани лимитед"
Priority date: 1987-03-23
Filing date: 1987-03-23
Publication date: 1996-10-20

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: invention refers to SHF moisture testing in moisture meters where standard and working resonance signals are formed and appear in series. Relation between amplitudes of these signals characterizes moisture content in examined material. Device is inserted with diode 2, second commutator 4, memorizing capacitances 6 and 7 which form together with differential amplifier 1 and first commutator 3 peak detector with two outputs connected to inputs of analog-to-digital converter 8. Switching over of commutators is accomplished by rectangular pulses from output of generator 5 synchronized with standard and working signals. Information displayed in indicator 10 is described by formula X K (U1-U2)/U1, where K is gain factor of divider 9, U1 and U2 are amplitudes of standard and working pulses correspondingly. EFFECT: enhanced functional reliability of device. 1 dwg

Description

Устройство относится к сверхвысокочастотной /СВЧ/ влагометрии и может быть использовано в влагомерах различной конструкции, в которых формируются последовательно появляющиеся эталонные и рабочие резонансные сигналы, соотношение между амплитудами которых характеризует влажность исследуемого материала. The device relates to microwave / microwave / moisture metering and can be used in moisture meters of various designs, in which reference and working resonant signals are generated in succession, the ratio between the amplitudes of which characterizes the moisture content of the material under study.

Известно устройство обработки сигналов резонансного СВЧ влагомера, содержащее избирательный усилитель, синхронный детектор, генератор прямоугольных импульсов, индикатор /1/. A device for processing signals of a resonant microwave moisture meter containing a selective amplifier, a synchronous detector, a rectangular pulse generator, indicator / 1 /.

Это устройство обладает низкой точностью измерений, так как амплитуда сигналов от эталонного образца зависит от колебаний мощности СВЧ-генератора, температурных и других изменений характеристики СВЧ детектора. This device has low measurement accuracy, since the amplitude of the signals from the reference sample depends on fluctuations in the power of the microwave generator, temperature and other changes in the characteristics of the microwave detector.

Известно также устройство для обработки сигналов резонансного СВЧ влагомера, которое содержит усилитель, коммутатор из двух ключей, детектор с фильтром, генератор прямоугольных импульсов, индикатор /2/. A device for processing signals of a resonant microwave moisture meter is also known, which comprises an amplifier, a two-key switch, a detector with a filter, a rectangular pulse generator, an indicator / 2 /.

Генератор прямоугольных импульсов осуществляет управление высокочастотным трактом СВЧ влагомера и одновременно ключами коммутатора, так что на выход первого ключа проходят только рабочие импульсы от измеряемого образца, а на выходе второго ключа только эталонные импульсы. Далее эталонные импульсы проходят детектор с фильтром низких частот и продетектированный сигнал поступает на вход усилителя для управления его коэффициентом усиления. В следующие моменты времени рабочие сигналы от измеряемого образца проходят через усилитель и первый ключ на индикатор. Таким образом, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, коммутатор, состоящий из двух ключей, и детектор с фильтром НЧ функционально объединены в преобразователь сигналов, назначением которого является формирование поступающих на вход индикатора импульсов, амплитуда которых не зависит от колебаний уровня мощности генератора СВЧ и коэффициента передачи детектора СВЧ, а определяется только влажностью измеряемого образца. The rectangular pulse generator controls the high-frequency path of the microwave moisture meter and simultaneously the switch keys, so that only the working pulses from the measured sample pass to the output of the first key, and only reference pulses at the output of the second key. Next, the reference pulses pass the detector with a low-pass filter and the detected signal is fed to the input of the amplifier to control its gain. At the following times, the working signals from the measured sample pass through the amplifier and the first key to the indicator. Thus, an amplifier with an adjustable gain, a switch consisting of two keys, and a detector with a low-pass filter are functionally combined into a signal converter, the purpose of which is to generate pulses received at the input of the indicator, the amplitude of which does not depend on fluctuations in the power level of the microwave generator and the transmission coefficient microwave detector, and is determined only by the humidity of the measured sample.

Недостатком данного устройства является то, что показания индикатора всегда содержат величину, соответствующую эталонному сигналу, что снижает чувствительность измерения рабочего сигнала и уменьшает динамический диапазон устройства. The disadvantage of this device is that the indicator readings always contain a value corresponding to the reference signal, which reduces the sensitivity of the measurement of the working signal and reduces the dynamic range of the device.

Другим недостатком известного устройства является повышенная систематическая погрешность, вызванная дрейфом усилителя. Another disadvantage of the known device is the increased systematic error caused by the drift of the amplifier.

Цель изобретения повышение чувствительности и точности измерения. The purpose of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of measurement.

Цель достигается тем, что в устройство обработки сигналов резонансного СВЧ влагомера, состоящее из генератора прямоугольных импульсов, индикатора и преобразователя, который содержит усилитель, коммутатор, введены амплитудно-цифровой преобразователь /АЦП/, диод, второй коммутатор и две запоминающие емкости, причем, усилитель выполнен дифференциальным, неинвертирующий вход усилителя соединен с входной шиной устройства, выход усилителя через диод соединен с входом первого коммутатора, первые выходы коммутаторов соединены с первой запоминающей емкостью и неинвертирующим входом АЦП, вторые выходы коммутаторов соединены с второй запоминающей емкостью и инвертирующим входом АЦП, инвертирующий вход усилителя соединен с входом второго коммутатора, управляющие входы коммутаторов соединены с выходом генератора прямоугольных импульсов, вход опорного напряжения АЦП через делитель напряжения соединен с первыми выходами коммутаторов, а выход АЦП соединен с индикатором. The goal is achieved in that in the signal processing device of the resonant microwave moisture meter, consisting of a rectangular pulse generator, an indicator and a converter that contains an amplifier, a switch, an amplitude-digital converter / ADC /, a diode, a second switch and two storage capacities are introduced, moreover, the amplifier made by differential, non-inverting input of the amplifier is connected to the input bus of the device, the output of the amplifier through a diode is connected to the input of the first switch, the first outputs of the switches are connected to the first stock current capacitance and non-inverting input of the ADC, the second outputs of the switches are connected to the second storage capacity and inverting input of the ADC, the inverting input of the amplifier is connected to the input of the second switch, the control inputs of the switches are connected to the output of the square-wave generator, the input of the ADC reference voltage through the voltage divider is connected to the first outputs switches, and the ADC output is connected to an indicator.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства. The drawing shows a structural electrical diagram of the device.

Устройство содержит дифференциальный усилитель 1, диод 2, первый 3 и второй 4 электронные коммутаторы, генератор прямоугольных импульсов 5, первую 6 и вторую 7 запоминающие емкости, АЦП 8, делитель напряжения 9, индикатор 10. Усилитель 1, диод 2, первый 3 и второй 4 электронные коммутаторы, первая 6 и вторая 7 запоминающие емкости образуют пиковый детектор с одним входом и двумя выходами, присоединенными к входам АЦП. По функциональному назначению усилитель с диодом, коммутаторы, запоминающие емкости и АЦП с делителем напряжения составляют преобразователь. The device contains a differential amplifier 1, diode 2, first 3 and second 4 electronic switches, a square-wave generator 5, the first 6 and second 7 storage capacitors, ADC 8, voltage divider 9, indicator 10. Amplifier 1, diode 2, first 3 and second 4 electronic switches, the first 6 and second 7 storage capacities form a peak detector with one input and two outputs connected to the inputs of the ADC. According to the functional purpose, an amplifier with a diode, switches, storage capacitors and ADCs with a voltage divider make up the converter.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На неинвертирующий вход усилителя 1 с детектора СВЧ, не показанного на схеме, поступает последовательность эталонных и рабочих импульсов, синхронизированная с импульсами генератора 5. Генератор 5 управляет работой коммутаторов 3 и 4 так, что напряжение на первой запоминающей емкости 6 соответствует амплитуде эталонных импульсов, а напряжение на второй емкости 7 соответствует амплитуде рабочих импульсов. С первого выхода пикового детектора информация об амплитуде эталонных импульсов поступает на неинвертирующий вход АЦП 8 и через делитель 9 на вход опорного напряжения АЦП, а со второго выхода пикового детектора информация об амплитуде рабочих импульсов поступает на инвертирующий вход АЦП. АЦП 8 преобразует аналоговую информацию в цифровую, которая отображается индикатором 10. The non-inverting input of the amplifier 1 from the microwave detector, not shown in the diagram, receives a sequence of reference and working pulses synchronized with the pulses of the generator 5. The generator 5 controls the operation of the switches 3 and 4 so that the voltage on the first storage capacitance 6 corresponds to the amplitude of the reference pulses, and the voltage at the second capacitance 7 corresponds to the amplitude of the working pulses. From the first output of the peak detector, information about the amplitude of the reference pulses is fed to the non-inverting input of the ADC 8 and through the divider 9 to the input of the ADC reference voltage, and from the second output of the peak detector, information about the amplitude of the working pulses is fed to the inverting input of the ADC. The ADC 8 converts analog information to digital, which is displayed by indicator 10.

Информация, отображаемая индикатором, может быть описана формулой:

где К коэффициент передачи делителя 9,
U₁ амплитуда эталонных импульсов,
U₂ амплитуда рабочих импульсов.The information displayed by the indicator can be described by the formula:

where K is the gear ratio of the divider 9,
U _{1 the} amplitude of the reference pulses,
U _{2 is the} amplitude of the working pulses.

При равенстве U₁ и U₂ индикатор покажет ноль, при U₁ > U₂ положительную величину, а при U₁ <U₂ отрицательную. Подбирая величину К, можно совместить шкалу АЦП с требуемым динамическим диапазоном измерения влажности исследуемого образца.If U ₁ and U _{2 are} equal, the indicator will show zero, for U ₁ > U _{2 it is a} positive value, and for U ₁ <U _{2 it is} negative. Choosing the value of K, you can combine the ADC scale with the desired dynamic range of measurement of humidity of the test sample.

Использование пикового детектора с двумя выходами и АЦП с регулируемым опорным напряжением обуславливает преимущество предлагаемого устройство перед известным, заключающееся в возможности согласования предельного диапазона значений сигнала на выходе с диапазоном изменения сигнала на входе, что повышает чувствительность измерения. Другой положительный эффект увеличение точности измерения обеспечивается применением дифференциального /операционного/ усилителя с единичным коэффициентом усиления, имеющего меньший дрейф по сравнению с усилителем, используемым в известном устройстве. The use of a peak detector with two outputs and an ADC with adjustable reference voltage determines the advantage of the proposed device over the known one, which consists in the possibility of matching the limiting range of signal values at the output with the range of the signal at the input, which increases the sensitivity of the measurement. Another positive effect of increasing the accuracy of the measurement is provided by the use of a differential / operational / amplifier with a unity gain having less drift than the amplifier used in the known device.

Литература. Literature.

1. Авторское свидетельство СССР N 1013829, кл. G 01 N 22/00, 23.04.83. 1. USSR author's certificate N 1013829, cl. G 01 N 22/00, 04/23/83.

2. Авторское свидетельство СССР N 1219963, кл. G 01 N 22/04, 23.03.86. 2. Copyright certificate of the USSR N 1219963, cl. G 01 N 22/04, 03.23.86.

Claims

A device for processing signals of a resonant microwave moisture meter, consisting of a converter containing an amplifier, a first switch, the control input of which is connected to the output of a rectangular pulse generator, characterized in that a diode, a second switch, two storage capacitors and an ADC are introduced, the amplifier is differential, non-inverting the input of which is connected to the input bus of the device, the output of the differential amplifier through a diode is connected to the input of the first switch, the first outputs of the first and second switches with are integrated with the first storage capacitance and the non-inverting input of the ADC, the second outputs of the first and second switches are connected to the second storage capacitance and the inverting input of the ADC, the inverting input of the differential amplifier is connected to the input of the second commutator, the control input of which is connected to the output of the square-wave pulse generator, the input of the ADC voltage reference through the input voltage divider is connected to the first outputs of the first and second switches, and the ADC output is connected to an indicator, and the differential the amplifier, the diode, the first and second switches, the first and second closing capacitances form a peak detector.