RU2528131C1 - Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения толщины диэлектрических материалов - Google Patents
Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения толщины диэлектрических материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2528131C1 RU2528131C1 RU2013112590/28A RU2013112590A RU2528131C1 RU 2528131 C1 RU2528131 C1 RU 2528131C1 RU 2013112590/28 A RU2013112590/28 A RU 2013112590/28A RU 2013112590 A RU2013112590 A RU 2013112590A RU 2528131 C1 RU2528131 C1 RU 2528131C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- mixer
- circulator
- frequency
- electromagnetic waves
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного и дистанционного определения толщины плоских диэлектрических материалов. Технический результат - повышение точности достигается тем, что устройство содержит генератор сверхвысокочастотных электромагнитных волн с частотой, управляемой модулирующим генератором линейно изменяющегося напряжения, подсоединенный через первый вывод делителя мощности и циркулятор к приемо-передающей антенне для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности диэлектрической пластины по нормали к ней, смеситель, вычислительное устройство, являющееся выходным блоком, соединенное с выходом смесителя и с модулирующим генератором, вторую приемо-передающую антенну для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности диэлектрической пластины по нормали к ней, соединенную со вторым выводом делителя мощности через первый умножитель частоты в N раз и второй циркулятор, выход которого соединен со вторым входом смесителя, при этом первый вход смесителя соединен со вторым выходом первого циркулятора через второй умножитель частоты в N раз. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного и дистанционного определения толщины плоских диэлектрических материалов, таких как стены зданий, ледовое или дорожное покрытие в процессе мониторинга при использовании транспортных средств.
Известны устройства для дистанционного бесконтактного измерения толщины ледового покрова, использующие принцип действия импульсного радиолокатора. Размещенное на автомобиле или вездеходе оно позволяет измерять толщину льда или другого подстилающего покрытия в процессе движения. Однако получить большую точность в определении толщины при помощи импульсного радиолокатора затруднительно на малых расстояниях порядка 0,5-1,5 метров, как это имеет место в данном случае. Малое время распространения радиоволн приводит к уменьшению ширины зондирующего импульса, которая, в свою очередь, ограничена по крайней мере одним периодом частоты заполнения. При высокой частоте заполнения проникающая способность радиоволн в диэлектрических материалах резко падает.
Известно также техническое решение - радиоволновый измеритель толщины диэлектрических материалов, использующий частотную модуляцию зондирующего сигнала, по технической сущности наиболее близкое к предлагаемому способу и принятое в качестве прототипа (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989, 208 с.). Данное устройство содержит: генератор сверхвысокочастотных (СВЧ) электромагнитных волн с частотой, управляемой модулирующим генератором линейно изменяющегося напряжения (ЛЧМ), подсоединенный через первый вывод делителя мощности и циркулятор к антенне для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности диэлектрической пластины по нормали к ней и приему отраженных электромагнитных волн; смеситель излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, к первому и второму входам которого подсоединены соответственно СВЧ генератор через второй вывод делителя мощности и антенна отраженных электромагнитных волн через циркулятор, выход смесителя подсоединен ко входу вычислительного устройства, являющегося выходным блоком. В результате временной задержки между волной, попадающей на смеситель напрямую от СВЧ генератора и волной, прошедшей через диэлектрическую пластину и вернувшейся обратно после отражения от ее нижней границы, на выходе смесителя выделяется сигнал разностной частоты. Частота этого сигнала пропорциональна толщине диэлектрической пластины и квадратному корню от ее диэлектрической проницаемости. Точность определения толщины или разрешающая способность при данном методе прямо пропорциональна девиации частоты.
Недостатком этого толщиномера является тот факт, что антенна устройства должна быть максимально согласована с материалом измеряемой пластины, чтобы устранить отражение от ее передней поверхности. Поэтому данное устройство не приспособлено для дистанционного применения. Если же применить антенну, согласованную с открытым пространством, то сигнал, отраженный от верхней стороны диэлектрической пластины, внесет сильные искажения в результирующий сигнал, что приведет к снижению точности измерения толщины.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения.
Технический результат в предлагаемом устройстве для бесконтактного измерения диэлектрических пластин достигается тем, что оно содержит: СВЧ генератор, управляемый модулятором, соединенный через первый вывод делителя мощности и первый циркулятор с первой приемо-передающей антенной для излучения электромагнитных волн в сторону измеряемой поверхности по нормали; вторая приемо-передающая антенна для излучения в сторону измеряемой пластины по нормали, соединенная со вторым выходом делителя мощности через первый умножитель частоты и циркулятор; смеситель, первый вход которого соединен с выходом первого циркулятора через второй умножитель частоты, а второй вход - с выходом второго циркулятора; выходное вычислительное устройство, соединенное с выходом смесителя и с модулирующим генератором.
Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где приведена его структурная схема.
Устройство содержит СВЧ генератор - 1, модулятор - 2, делитель мощности - 3, первый циркулятор - 4, первая антенна - 5, первый умножитель частоты - 6, второй циркулятор -7, вторая антенна - 8, второй умножитель частоты - 9, смеситель - 10, вычислительный блок - 11, диэлектрическая пластина - 12.
Устройство работает следующим образом.
СВЧ генератор 1 передает электромагнитные колебания с частотой, изменяющейся по линейному закону с периодом TM, от начальной частоты F до частоты F+ΔF, где ΔF -девиация частоты. Часть этой волны через циркулятор 4 излучается антенной 5 по нормали к поверхности диэлектрической пластины. Принимаемая этой антенной волна состоит из суммы двух волн, отраженных от передней и от задней поверхности диэлектрической пластины 12.
где τR=2R/c - время распространения электромагнитной волны до передней поверхности пластины и обратно; R - расстояние до пластины; с - скорость света в воздухе; A1 - амплитуда принимаемой волны от передней стороны пластины;
- время распространения электромагнитной волны в пластине толщиной d и диэлектрической проницаемостью ε; A2 - амплитуда принимаемой волны от задней стороны пластины. После прохождения этой волны через циркулятор 4 и умножитель частоты 9, на вход смесителя 10 поступает сигнал:
где N - целое число - коэффициент умножения блока 9.
На второй вход смесителя 10 поступает сигнал, который от второго выхода делителя мощности 3 через умножитель частоты 6, циркулятор 7 и антенну 8 излучается по нормали к пластине 12, отражается от нее и возвращается обратно через эти же антенну и циркулятор:
Известно, что с ростом частоты СВЧ генератора резко возрастает затухание в таких диэлектрических материалах, как дерево, бетон, лед. Это справедливо для частот, применяемых в радиолокации от 1,5÷2 ГГц и выше. При кратном повышении частоты затухание для многих практических материалов возрастает в десятки и сотни раз. Поэтому в уравнении (3) в отличие от уравнения (2) можно пренебречь вторым слагаемым. В результате для смесителя 10 опорным будет сигнал В, имеющий временную задержку τR.
На выходе смесителя 10 после перемножения сигналов А с В и низкочастотной фильтрации выделится сигнал разностной частоты:
Окончательно толщина диэлектрической пластины с известной диэлектрической проницаемостью ε после измерения Fb с учетом TM и вычисления по формуле
определяется в выходном вычислительном блоке 11. Точность определится ошибкой дискретности метода, которая в этом случае будет в N раз меньше, чем у прототипа:
Таким образом, устройство по сравнению с прототипом приобрело новое свойство - более высокую точность определения толщин плоских диэлектрических материалов при бесконтактном способе измерения. Благодаря этому, устройство может быть применено для мониторинга толщин различных подстилающих поверхностей, в том числе льда, с борта транспортных средств, дистанционном измерении толщин стен и определения пустот в разных диэлектрических материалах.
Claims (1)
- Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения толщины диэлектрических материалов, содержащее генератор сверхвысокочастотных электромагнитных волн с частотой, управляемой модулирующим генератором линейно изменяющегося напряжения, подсоединенный через первый вывод делителя мощности и циркулятор к приемо-передающей антенне для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности диэлектрической пластины по нормали к ней, смеситель, вычислительное устройство, являющееся выходным блоком, соединенное с выходом смесителя и с модулирующим генератором, отличающееся тем, что дополнительно содержит вторую приемо-передающую антенну для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности диэлектрической пластины по нормали к ней, соединенную со вторым выводом делителя мощности через первый умножитель частоты в N раз и второй циркулятор, выход которого соединен со вторым входом смесителя, при этом первый вход смесителя соединен со вторым выходом первого циркулятора через второй умножитель частоты в N раз.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013112590/28A RU2528131C1 (ru) | 2013-03-21 | 2013-03-21 | Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения толщины диэлектрических материалов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013112590/28A RU2528131C1 (ru) | 2013-03-21 | 2013-03-21 | Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения толщины диэлектрических материалов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2528131C1 true RU2528131C1 (ru) | 2014-09-10 |
Family
ID=51540252
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013112590/28A RU2528131C1 (ru) | 2013-03-21 | 2013-03-21 | Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения толщины диэлектрических материалов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2528131C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2573627C1 (ru) * | 2014-11-10 | 2016-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения толщины диэлектрических материалов |
RU2579173C1 (ru) * | 2014-11-10 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Радиоволновый фазовый способ измерения толщины диэлектрических материалов |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU317315A1 (ru) * | 1970-07-23 | 1976-06-25 | Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им. 300-Летия Воссоединения Украины С Россией | Радиоволновый толщиномер дл измерени металлических листов |
SU828122A1 (ru) * | 1978-11-27 | 1981-05-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательскийи Проектный Институт Промышленностиасбестоцементных Изделий | Сверхвысокочастотное устройство дл изМЕРЕНи диэлЕКТРичЕСКОй пРОНи-цАЕМОСТи |
SU1753379A1 (ru) * | 1990-07-12 | 1992-08-07 | Институт Прикладной Физики Ан Бсср | Способ измерени толщины диэлектрических покрытий металлов и устройство дл его осуществлени |
US5717490A (en) * | 1996-10-17 | 1998-02-10 | Lsi Logic Corporation | Method for identifying order skipping in spectroreflective film measurement equipment |
RU2240504C1 (ru) * | 2003-06-02 | 2004-11-20 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Способ определения толщины диэлектрического материала |
SU1840000A1 (ru) * | 1985-09-23 | 2006-07-20 | ЗАО "Московское научно-производственное объединение "Спектр" | Свч-толщиномер |
SU1840261A1 (ru) * | 1984-11-05 | 2006-09-10 | Закрытое акционерное общество "Московское научно-производственное объединение "СПЕКТР" | Свч-толщиномер |
-
2013
- 2013-03-21 RU RU2013112590/28A patent/RU2528131C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU317315A1 (ru) * | 1970-07-23 | 1976-06-25 | Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им. 300-Летия Воссоединения Украины С Россией | Радиоволновый толщиномер дл измерени металлических листов |
SU828122A1 (ru) * | 1978-11-27 | 1981-05-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательскийи Проектный Институт Промышленностиасбестоцементных Изделий | Сверхвысокочастотное устройство дл изМЕРЕНи диэлЕКТРичЕСКОй пРОНи-цАЕМОСТи |
SU1840261A1 (ru) * | 1984-11-05 | 2006-09-10 | Закрытое акционерное общество "Московское научно-производственное объединение "СПЕКТР" | Свч-толщиномер |
SU1840000A1 (ru) * | 1985-09-23 | 2006-07-20 | ЗАО "Московское научно-производственное объединение "Спектр" | Свч-толщиномер |
SU1753379A1 (ru) * | 1990-07-12 | 1992-08-07 | Институт Прикладной Физики Ан Бсср | Способ измерени толщины диэлектрических покрытий металлов и устройство дл его осуществлени |
US5717490A (en) * | 1996-10-17 | 1998-02-10 | Lsi Logic Corporation | Method for identifying order skipping in spectroreflective film measurement equipment |
RU2240504C1 (ru) * | 2003-06-02 | 2004-11-20 | Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Способ определения толщины диэлектрического материала |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2573627C1 (ru) * | 2014-11-10 | 2016-01-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения толщины диэлектрических материалов |
RU2579173C1 (ru) * | 2014-11-10 | 2016-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Радиоволновый фазовый способ измерения толщины диэлектрических материалов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7823446B2 (en) | Pulsed radar level gauging with relative phase detection | |
CN103017866B (zh) | 利用距离近似值的多频脉冲波雷达物位计量 | |
EP3029434B1 (en) | Radar level gauging | |
US8625643B2 (en) | Free electron laser system | |
US12007464B2 (en) | Method for ascertaining at least one physical parameter of a system by exploiting the reflection from a reference object | |
US20160097670A1 (en) | Resolution mode switching for pulsed radar | |
RU2528131C1 (ru) | Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения толщины диэлектрических материалов | |
JP5932746B2 (ja) | 媒質境界の位置計測システム | |
RU2504739C1 (ru) | Устройство для определения уровня жидкости в емкости | |
RU2504740C1 (ru) | Способ измерения уровня жидкости в емкости | |
CN203177928U (zh) | 回波采样单元及使用该单元的脉冲式雷达物位计 | |
RU2399888C1 (ru) | Способ измерения уровня материала в резервуаре | |
RU2551260C1 (ru) | Бесконтактный радиоволновый способ определения уровня жидкости в емкости | |
RU2669016C2 (ru) | Доплеровский измеритель путевой скорости | |
RU2521729C1 (ru) | Бесконтактный радиоволновой способ измерения уровня жидкости в емкости | |
RU2650611C1 (ru) | Бесконтактный радиоволновый способ измерения уровня жидкости в емкости | |
RU2658558C1 (ru) | Способ измерения расстояния до контролируемой среды с помощью волноводного лчм локатора | |
RU2611601C1 (ru) | Доплеровский способ измерения путевой скорости | |
RU2433423C1 (ru) | Устройство подповерхностного зондирования | |
RU2620774C1 (ru) | Способ измерения массового расхода жидких сред | |
RU2276334C1 (ru) | Радиоволновый измеритель уровня | |
RU2446407C1 (ru) | Способ определения места повреждения линий электропередачи и связи и устройство для его осуществления | |
RU2558631C1 (ru) | Бесконтактное радиоволновое устройство для определения уровня жидкости в емкости | |
RU2649665C1 (ru) | Бесконтактный радиоволновый уровнемер | |
RU2534451C2 (ru) | Радиоволновое фазовое устройство для определения уровня жидкости в емкости |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180322 |