SK126694A3 - Measuring method of electro-magnetic qualities of other treated materials on place and measuring apparatus for its realization - Google Patents

Description

Spôsob a merací prístroj na meranie elektromagnetických vlastností rôznych spracúvaných materiálov na mieste pomocou určenia medzného kmitočtu a jeho analýzou

Oblasť techniky

Tento vynález je pokračovaním a zdokonalením riešenia obsiahnutého v US-PA 871 339 z roku 1992.

Vynález sa týka všeobecne merania elektromagnetických vlastností na mieste, predovšetkým merania komplexnej elektrickej permitivity alebo magnetickej permeability širokého rozsahu spracúvaných materiálov alebo na meranie ľubovoľných materiálových parametrov, ktoré môžu byť odvodené z meraní elektromagnetických vlastností materiálu. Pri tomto meraní ide zvlášť o zisťovanie vlhkosti materiálu. Riešenie sa týka najmä mikrovlnných zariadení a spôsobov uskutočnenia takýchto meraní .

Doterajší stav techniky

Je dobre známe používanie mikrovlnných zariadení na meranie dielektrických hodnôt materiálov, ktoré sa týkajú vlhkosti materiálu alebo obsahu vody v týchto materiáloch. Napríklad z US-PS 4 996 490 a 4 862 062 je známe použitie mikrovlnného zariadenia a príslušného spôsobu na meranie rôznych hodnôt tekutých zmesí. V tomto riešení sa využíva koaxiálne mikrovlnné prenosové vedenie, voľne kmitajúci oscilátor, riadený napätím, a príjmač signálu na zachytávanie a sledovanie zmien kmitočtu, spôsobených posunom impendancie oscilátora v dosled-ô ku zmeny dielektrickej konštanty materiálu.

V US-PS 4 902 961 je popísaný mikrovlnný systém na meranie obsahu vody v potrubí pre dopravu ropy. V tomto spise je popísaný spôsob a zariadenie, ktoré obsahuje anténu pre pásmo S a anténu pre pásmo X na určenie dielektrickej konštanty tekutiny v ropovode. Celkový obsah vody v potrubí sa môže určiť pomocou hlavného vedenia pre pásmo S, ktoré prenáša vlny vybraným úsekom potrubia, zastupujúcim celú dĺžku potrubia. Podobne je v US-PS 4 812 739 popísaný spôsob a zariadenie využívajúce mikrovlnné žiarenie na meranie obsahu vody v kvapaline. Objemový podiel vody v kvapaline sa meria použitím prvého a druhého mikrovlnného lúča, ktoré majú rozdielne kmitočty. Lúče prechádzajú kvapalinou a ich prípadné absorpčné straty sa zistia výpočtom. Objemový podiel vody je určený práve z týchto absorpčných strát.

Známych je tiež niekoľko spôsobov a zariadení na meranie vlhkosti. Napríklad US-PS 4 546 311 popisuje zariadenie na meranie vlhkosti, ktoré využíva mikrovlny produkované prenosovým ústrojenstvom, tvoreným zdrojom krátkovlnných signálov a prenosovou anténou. Látka s meranou vlhkosťou je vystavená radiačnému poľu. K zariadeniu je pripojené vyhodnocovacie ústrojenstvo, ktoré zachytáva fázové zmeny transformovaného signálu. Fázové zmeny zodpovedajú hodnote vlhkosti sledovanej látky. V US-PS 3 500 182 je popísaný spôsob a zariadenie na meranie obsahu vlhkosti vo vysoko viskóznych pastách a podobných materiáloch. Riešením podľa tohoto patentového spisu sa vlhkosť meria priechodom vysokofrekvenčných elektromagnetických signálov cez viskózny materiál. Viskózny materiál je uložený v komore, ktorá má dve vzájomne protiľahlé a vzájomne rovnobežné dosky, prebiehajúce svojimi hranami v smere pohybu materiálu, na vytvorenie kombinovanej vodiacej dráhy pre signály. Signály sa vyhodnocujú pred priechodom cez materiál a po priechode materiálom a z vyhodnotených hodnôt sa odvodzuje obsah vlhkosti v materiále.

V US-PS 3 612 996 je popísané meranie základných podielov pretekajúcej látky pomocou mikrovlnnej energie. Je tu popísaný spôsob a zariadenie, ktoré je opatrené hlavným čiastkovým vlnovodom, bočným čiastkovým vlnovodom a okienkom. Vlnovodnú konštrukciu tvoria tri zložky, ktoré tak tvoria rezonančnú mikrovlnnú konštrukciu. Vlhkosť obsiahnutá v materiále sa urSUBSTITUTE SHEET čuje rezonančným kmitočtom konštrukcie. V US-PS 3 818 333 je popísané okienko pre priechod mikrovĺn a anténa na meranie vlhkosti fluidného materiálu. Popísané mikrovlnné okienka prebiehajú navzájom rovnobežne a kolmo na smer vysielaného mikrovlnného lúča. Anténa je vytvorená vo forme dielektrických tyčí .

US-PS 4 423 623 popisuje merací prístroj, ktorý má znaky obsiahnuté v druhovej časti nároku 1, na meranie zloženia a rýchlosti prietoku uhoľných kalov a podobných materiálov tohto druhu. Signály tohoto zariadenia sa spracúvajú na určenie charakteristického kmitočtu vo vlnovode alebo na určenie vlnovej dĺžky šíriacich sa krátkych vln, ktoré majú vzťah k zloženiu zmesi vnútri vlnovodu. Zatiaľ čo sa tento spis o kritickej charakteristike vlnovodu zmieňuje, pre praktické riešenie túto kritickú hodnotu nevyužíva, ale autori sa zmieňujú o umiestnení vzoriek v odstupoch od seba pozdĺž dĺžky potrubia v rovnakom násobku vlnovej dĺžky. Z popisu uverejneného vpredu je zrejmé rozmiestnenie vzoriek, v rovnakých rozostupoch, rovnajúcich sa rovnakému násobku vlnovej dĺžky, pozdĺž potrubia tak, že operácia neprebieha v kritickej oblasti. V medznej oblasti je dĺžka vln neurčitá a nedochádza v nej k šíreniu vln. V tomto spise pojednávajúcom o rozmiestnení vzoriek je dôsledkom tohoto usporiadania vznik stojatých vln v potrubí v jeho priepustnom pásme a netýka sa nijako medzných kmitočtov a medzných javov. Interpretácia použitia derivačných funkcií, uvedená v tomto spise, je na určovanie medznej frekvenčnej charakteristiky nevhodná. Maximum derivačnej funkcie produkuje presné určenie medzných hodnôt a hodnota derivačného maxima je v obrátenom pomere k vodivosti spracúvaného materiálu. Na druhej strane tento spis obsahuje poučku, že by sa malo použiť jedno minimum alebo dve minimá derivačnej funkcie. Prvé minimum je výrazne pod medzným kmitočtom a má pri meraní malú hodnotu. Druhé minimum sa nachádza nad medzným kmitočtom a je ovplyvňované chybami a závadami, ktoré sa veľmi často vyskytujú pri iných meracích metódach v oblasti priepustného pásma. Meranie týchto miním nedáva presné meracie výsledky medzného kmitočtu a neposkytuje tiež dostatočné podklady pre priame meranie alebo nepriame určovanie vodivosti.

SUBSTITUTE SHEET

V US-PS 5 124 653 je popísaný spôsob a zariadenie na analyzovanie plynných zložiek, najmä na určovanie koncentrácie plynu v plynných zmesiach pomocou mikrovlnnej spektroskopie. Mikrovlnné impulzy sa využívajú na vyvolanie rotačného pohybu molekúl v plynnej zmesi. Tento postup je založený na frekvenčných odozvových charakteristikách molekúl jednotlivých plynných zložiek plynnej zmesi.

V US-PS 4 755 743 je popísaný spôsob a zariadenie na meranie vlhkosti alebo obsahu sušiny buď vo vysoko stratových materiáloch, alebo v málo stratových materiáloch, s obsahom vlhkosti väčším ako 50 %, ktoré sa uskutočňuje v dielektrickom vlnovode a v kontakte s meraným materiálom. Pri tomto postupe sa vykonáva meranie amplitúdy na základe signálu v priepustnom pásme, ktorý sa odráža aspoň desaťkrát.

Meyer a Schilz popisuje v Microwave Measurement of Moisture Content in Process Materials”, Philips Technical Review, sv.40 (1982), č. 4, Eindhoven, Holandsko, dva typy meracích zariadení na meranie vlhkosti, obsahujúce (1) prenosové ústrojenstvo, používané najmä na meranie väčších množstiev materiálu s pomerne veľkou vlhkosťou, napríklad na dopravníkových pásoch, a (2) dutinové prístroje, vhodné na meranie menších vzoriek s malou vlhkosťou, napríklad bavlnené vlákna.

Pretože v priemyselných procesoch je prítomné a využíva sa veľké množstvo vody, je meranie obsahu vody alebo jej doplnkových zložiek, napríklad obsahu sušiny v kaši vytvorenej na báze vody, jednou z najčastejších požadaviek, kladených užívateľovi na analytickú oblasť alebo na meranie zložení zmesí. Takmer všetky suroviny a takmer všetky hotové produkty obsahujú vodu. Meranie obsahu vlhkosti je tiež dôležité pre šetrnú dopravu týchto produktov.

V priemyselných výrobných procesoch sa voda často využíva ako nosič produktov v priebehu hlavných pracovných operácií a neskôr v priebehu záverečných výrobných stupňov sa voda odstraňuje. Meranie obsahu vody je veľmi dôležité pre riadenie tvorby zmesí, pre mechanické odvodňovacie operácie a tepelné odvodňovacie stupne. Riadenie zmiešavania má značný vplyv na kvalitu výrobkov a na využitie východiskových surovín. Od správneho riadenia odvodňovania výrazne závisia náklady na energiu a optimalizáciu dopravy. Ak je konečný produkt stále ešte v kašovitej forme, môže mať odvodnenie značný vplyv na dopravné náklady.

Mimoriadne veľké úspory možno dosiahnuť pri mnohých postupoch v dôsledku lepšieho nastavenia vlhkosti o jedno až dve percentá. Náklady na uskutočňovanie meraní vlhkosti nehrajú žiadnu významnú úlohu, keďže na základe zmeraných výsledkov možno dosiahnuť výhodnejšiu vlhkosť.

Napriek značným nárokom užívateľov na meranie vlhkosti, nie je toto meranie pre mnohé priemyselné aplikácie dosiaľ uspokojivo vyriešené. V dôsledku toto sa vo väčšine prípadov merania buď vôbec nevykonávajú, alebo sa vykonávajú ručne, obsluhou, ktorá odoberá s produktu vzorky a odnáša ich do laboratória, v ktorom sa meranie vykonáva porovnaním hmotnosti vzoriek pred vysušením a po vysušení a z tohoto rozdielu sa odvodzuje obsah vody. Tento postup je pomerne zdĺhavý a výsledky sú známe až po určitom časovom intervale, čo znemožňuje okamžité prispôsobenie procesu zisteným odchýlkam, optimalizácii procesu riadenia a je príčinou vzniku odpadných produktov, ktoré sú nevyužiteľné a znižujú celkový výkon zariadenia.

Známe a používané sú tiež rôzne typy snímacích ústrojenstiev a snímačov na zisťovanie obsahu vlhkosti alebo obsahu sušiny. Príkladnými typmi takýchto snímačov sú snímače na snímanie jadrovej hustoty, Coriolisovej hustoty, kapacity, mikrovĺn, infračervených lúčov, vodivosti, lomu svetla, meracie ústrojenstvá na meranie konzistencie a dopravníkové vážiace systémy. Väčšina s týchto snímačov sníma iba jednu premennú a v niektorých prípadoch naviac teplotu produktu. Výsledkom toho je, že tieto snímače pracujú uspokojivo len pri binárnych zmesiach. Ďalší problém je v tom, že väčšina aplikácií má ďalšie premenné, napríklad vodivosť, tlak, nehomogénnosť zmesi, turbulenčné prúdenie a podobne, ktoré sú príčinou hlavných závad v nameraných hodnotách. Mnoho zmesí tiež nemá dostatočne veľký kontrast medzi vodou a inými materiálmi, pretože napríklad všetky tieto zložky majú podobnú mernú hmotnosť alebo podobný refrakčný index. Spoľahlivosť výsledkov je tak obmedzená a malé zmeny chybových premenných môžu viesť k veľkým zmenám signalizácie vlhkosti, keď sa používajú tieto druhy snímačov.

Tieto faktory, uvedené v predchádzajúcej časti, veľmi sťažujú užívateľom vytváranie a navrhovanie vyhovujúcich viacsnímačových systémov, ktoré by boli vhodné pre procesy s vyšším počtom premenných hodnôt, ktoré treba sledovať, pokiaľ projektant nemá k dispozícií dostatok finančných prostriedkov. Pretože ide o značný ekonomický dopad, niektoré hlavné spoločnosti nezávisle dospeli k spracovaniu takých projektov, ktoré by viedli k vytvoreniu mikrovlnných systémov na meranie zmesí oleja a vody. Napríklad jeden s veľkých výrobcov mydla dokončil projekt na meranie vlhkosti mydlového prášku pomocou infračervených lúčov. Pretože najlepšia kombinácia čidiel a snímačov závisí od obrovského množstva rožných aplikačných podmienok, sú používatelia meracích prístrojov a zariadení schopní sa rozhodnúť pre použitie takých viacsnímačových systémov iba v prípade veľkého predajného potenciálu pri opakujúcich sa procesoch, napríklad pri optimalizácií stroja na výrobu papiera. Výsledkom toho je, že dnes je na trhu ešte stále neuspokojený dopyt po meracích systémoch na meranie vlhkosti, ktoré by boli schopné zaistiť dlhodobú prevádzku so stabilnými opakovateľnými výsledkami a ktoré by boli upravené na prepínanie buď na ručné vykonanie analýzy bez využitia počítača, alebo na automatickú analýzu s pomocou počítača.

Preto sa stále častejšie vyskytuje požiadavka na vytvorenie jednotného zariadenia a spôsobu práce na tomto zariadení, ktorým by bolo možné merať akékoľvek parametre materiálu, ktoré môžu byť odvodené z meraní elektromagnetických vlastností materiálu.

Z vyhodnotení všetkých potrieb a požiadaviek na zdokonalenie prístroja, zariadenia a spôsobu merania vlhkosti je preto základnou úlohou vynálezu vyriešiť novú konštrukciu elektromagnetického snímacieho prístroja a spôsob merania nie7 koľkých elektromagnetických premenných pre väčší počet komplexných zmesí, ktorého výsledky by mohli byt v menšej miere ovplyvnené inými možnými poruchami a závadami.

Úlohou vynálezu je tiež vyriešiť zdokonalený elektromagnetický merací prístroj a spôsob merania, ktoré by bolo možné využiť na meranie hodnôt kvapalín, kašovitých zmesí alebo zmesí pevných látok, pretekajúcich potrubím.

Ďalšou úlohou vynálezu je vyriešiť elektromagnetické meracie zariadenie a príslušný spôsob merania pre kontinuálne meranie s využitím počítača.

Vynález by mal vyriešiť ďalšie znaky elektromagnetického meracieho zariadenia a spôsobu merania vlhkosti, ktoré by malo priaznivejšiu reakčnú dobu, najmä pri ručnom ovládaní.

Inou úlohou vynálezu je vyriešiť elektromagnetické zariadenie a príslušný spôsob merania, ktoré by bolo využiteľné bez priameho kontaktu s materiálom a bez prenikania do vyhodnocovaného materiálu.

Ďalšie znaky riešenia podľa vynálezu by sa mali týkať konštrukcie elektromagnetického meracieho zariadenia a spôsobu pre meranie vlhkosti, pri ktorej by dochádzalo k malému poklesu tlaku v súvislosti s meraním.

Riešením podľa vynálezu by malo byť zdokonalené elektromagnetické meracie zariadenie a príslušný spôsob merania na meranie vlhkosti materiálu, ktoré by vykonávalo meranie v celom priereze produktu a tým dosahovalo zmeranie hodnôt v celom produkte.

Elektromagnetické meracie zariadenie a spôsob merania podľa vynálezu majú umožňovať kontinuálne meranie vlhkosti, riadené počítačom.

Úlohou vynálezu je tiež vytvoriť také elektromagnetické meracie zariadenie a spôsob merania vlhkosti, ktoré by zaisťo8 valo dostatočnú citlivosť a selektivitu.

Vynálezom sa má vyriešiť tiež zariadenie a spôsob merania obsahu pevných častíc v percentách, ktoré by boli efektívne pri meraní vnesených alebo rozpustených pevných materiálov v tekutine.

Ďalšou úlohou vynálezu je vyriešiť spôsob a zariadenie na riadenie zmiešavacích procesov, napríklad zmesi benzínu s metanolom alebo na pridávanie presného množstva éteru do benzínu na zvýšenie oktánového čísla.

Inou úlohou vynálezu je vyriešiť spôsob a zariadenie na meranie vodivosti pomocou mikrovĺn, prípadne na určovanie zloženia rôznych zmesí a zlúčenín, napríklad pre asistenciu pri určovaní zmesí uhľovodíkov.

Ešte inou úlohou vynálezu je vyriešiť spôsob a zariadenie na meranie kvality pary, to znamená na určovanie obsahu vody v pare, prípadne na meranie vlhkosti v prášku, napríklad pre zariadenie na pneumatickú dopravu práškových materiálov, zrnitých materiálov, plastových peliet, práškového uhlia a podobne .

Vynálezom sa má vyriešiť tiež spôsob a zariadenie na meranie množstva tepla obsiahnutého v rôznych uhľovodíkoch, napríklad v metáne, butáne a podobne.

Úlohou vynálezu je tiež vyriešiť spôsob a zariadenie na vyhodnotenie polárnych molekulových plynov, pričom z tohoto vyhodnotenia by sa mala získať miera koncentrácie rôznych materiálov, napríklad plynného čpavku.

Ešte inou úlohou vynálezu je vyriešiť spôsob a zariadenie na meranie množstva magnetického materiálu na povrchu predmetu, napríklad na záznamovej magnetickej páske, prípadne spôsob a zariadenie na určovanie stavu vytvrdzovania alebo vulkanizácie syntetickej gumy.

Vynálezom sa má vyriešiť tiež spôsob a zariadenie na meranie obsahu vodných pár v plynnej atmosfére, ktoré zaistuje meranie vlhkosti vzduchu, rosného bodu a teploty pomocou vlhkého teplomeru, pričom spôsob a zariadenie má tiež umožniť určovanie kondenzačného stavu plynu.

Ďalšou konkretizáciou základného riešenia sa má nájsť spôsob a zariadenie na vyhodnocovanie výsledkov meraní jednotlivých dávok rôznych materiálov, napríklad v potrubí, zariadenie na meranie hrúbky plošných materiálov, napríklad papierových výrobkov, plastových fólií, vlákien, tkanín, úpletov a podobne.

Ďalšie znaky a výhody riešení podľa vynálezu budú evidentné z príkladov uskutočnení, z ktorých budú odborníkom zrejmé všetky možnosti a aplikácie základej myšlienky vynálezu. Konkretizácia a výhodné uskutočnenia vynálezu sa môžu realizovať pomocou kombinácie znakov uvedených v patentových nárokoch.

Podstata vynálezu

Pre splnenie týchto úloh a požiadaviek je v súlade so základným účelom vynálezu vyriešené meracie zariadenie a spôsob vykonávania meracích operácií pri zisťovaní elektromagnetických vlastností tekutých materiálov, ktoré majú vynikajúcu citlivosť, selektivitu a použiteľnosť.

Tieto úlohy sú splnené pri meracom prístroji elektromagnetických vlastností na meranie parametrov materiálu, odvoditeľných z meraní elektromagnetických vlastností materiálu pri jeho skúšaní, podľa vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že prístroj obsahuje zdroj regulovateľnej elektromagnetickej energie, ktorý má stabilný a voliteľný kmitočet, meraciu komoru na meranie materiálu, ktorá má jasne definovanú odozvovú charakteristiku medzného kmitočtu, definujúcu vzťažnú odozvovú charakteristiku pre medzný kmitočet, druhé spojovacie ústrojenstvo pre príjem energie spolupracujúce s materiálom v meracej komore na meranie materiálu a ovplyvňované elektromagne10 tickými vlastnosťami materiálu v súčinnosti s charakteristikou medzného kmitočtu meracej komory, detektor na snímanie elektromagnetickej energie z druhého spojovacieho prvku a vysielanie výstupného signálu a procesor na spracovanie výstupných signálov z detektora a využívanie týchto výstupných signálov pre výpočet nameranej odozvovej charakteristiky medzného kmitočtu meracej komory, obsahujúcej meraný materiál, pričom procesor je upravený pre porovnávanie nameranej odozvovej charakteristiky pre medzný kmitočet a tým odvodenie meraných parametrov priamo spriahnutých s materiálom založeným na tomto porovnaní .

Vynálezom je tiež vyriešený spôsob merania parametrov materiálu s využitím merania elektromagnetických vlastností materiálu v skúšobných podmienkach; podstata spôsobu podľa vynálezu spočíva v tom, že materiál sa nechá prechádzať meracou bunkou, ktorá je citlivá na hodnotu kmitočtu a má známu odozvovú charakteristiku na medzný kmitočet, potom sa materiál vystaví pôsobeniu elektromagnetickej energie a menia sa hodnoty kmitočtu elektromagnetickej energie v rozsahu skupiny hodnôt pre získanie výstupného signálu s určitým tvarom kmitočtového grafu, výstupný signál sa analyzuje, aby sa zmerala odozvová charakteristika medzného kmitočtu v meracej bunke, obsahujúcej meraný materiál, a zmerané hodnoty odozvovej charakteristiky sa porovnajú so známymi charakteristickými hodnotami medzného kmitočtu a určí sa parameter na základe zisťovania uskutočňovaného pomocou týchto porovnávacích krokov.

Merací prístroj podľa vynálezu obsahuje ovládateľný zdroj elektromagnetickej energie, ktorý má stabilný a voliteľný kmitočet. Ovládateľný zdroj elektromagnetickej energie je spojený s meracou komorou na meranie materiálu, aby sa tak vnútri meracej komory vytvorilo elektromagnetické pole, ktoré sa nechá spolupôsobiť s materiálom obsiahnutým v komore.

Spojenie zdroja elektromagnetickej energie s meracou komorou na meranie materiálu sa môže realizovať niektorým zo známych spojovacích prostriedkov a konštrukcií. Pretože riešenie podľa vynálezu operuje v oblasti medzného kmitočtu, majú mať spojovacie konštrukcie a prvky čo najširšie priepustné pásmo, napríklad s faktorom okolo 9, prevádzkovej charakteristiky. To je zvlášť ideálne, pretože medzný kmitočet sa pri riešení podľa vynálezu pohybuje v pomerne širokom pásme podľa toho, aký druh materiálu vypĺňa komoru, to znamená vlnovodnú konštrukciu. Nevýhodné je, že bežné spojovacie prvky a konštrukcie, ako sú sondy, slučky, otvory, clony a antény, i keď sú vhodné pre riešenie podľa vynálezu, vykazujúce prevádzkové charakteristiky v trocha obmedzených šírkach pásma. V skutočnosti tieto spojovacie konštrukcie pracujú najmä v kmitočtoch, ktoré sa nachádzajú nad medzným kmitočtom vlnovodu a z toho dôvodu tieto konvenčné spojovacie prostriedky majú určité obmedzenia vzhľadom na celý rozsah prevádzky prístroja podľa vynálezu .

Podľa výhodného uskutočnenia vynálezu sú problémy a ťažkosti spojené s konvenčnými spojovacími prostriedkami, tvorenými napríklad sondami alebo slučkami, vyriešené použitím konvenčných koaxiálnych káblov, pripojených k mikropáskovému konektoru, ktorý je napojený na zdokonalenú anténnu jednotku, ktorá je schopná pracovať v pomerne širokom pásme. Táto anténna jednotka obsahuje modifikovaný mikropáskový obvod, ktorý je na druhej strane pripojený najmenej jednému k štrbinovému vedeniu.

Štrbinové vedenia tlačia na dielektrické okienko alebo na prevádzkové tesnenie, takže elektrické polia vytvorené na štrbinových vedeniach privádzajú energiu dielektrickým okienkom do vlnovodu. Rozloženie poľa vnútri štrbinového vedenia vytvára elektrické pole, ktorého orientácia vnútri vlnovodu je priečna na požadovaný smer alebo na smer šírenia vín, prípadne ak je kmitočet nižší než medzný kmitočet vo vlnovode, je kolmé na požadovaný smer priameho spojenia. Mikropáskový obvod je označovaný za modifikovaný kvôli dielektrickému materiálu, napríklad polytetrafluóretylénu (PTFE), polypropylénu alebo ULTEMu a kovovej krycej doske z ocele alebo hliníka, ktorou je tento obvod prekrytý. Zadná kovová doska chráni obvod pred poškodením a zaisťuje potrebnú pevnosť spojovacej konštrukcie, ktorá je potom schopná odolávať vysokému tlaku, zaťažujúcemu vnútorný priestor vlnovodu. Dielektrický materiál maskuje prítomnosť oceľovej dosky a znemožňuje rušenie vlnovodu interferenciou s elektrickým výkonom na doske.

Na dosiahnutie mimoriadne širokopásmovej charakteristiky je využitý väčší počet štrbinových vedení. Štrbinové vedenia sú usporiadané navzájom rovnobežne a sú od seba vzdialené v odstupoch zodpovedajúcich kmitočtu. Jednoduché mikropáskové vedenia prebiehajú kolmo na štrbinové vedenia a pretínajú štrbinové vedenia v ich stredných častiach. Každé štrbinové vedenie má dĺžku rovnajúcu sa približne polovici vlnovej dĺžky vybraného kmitočtu alebo je tak dlhé, ako je to možné z hľadiska veľkosti dielektrického okienka a je vzdialené približne o jednu štvrtinu vlnovej dĺžky pri svojej navrhnutej frekvencii od otvoreného konca mikropáskového vodiča. Štrbinové vedenia sú v alternatívnom výhodnom prevedení ukončené na oboch svojich koncoch buď v spojení nakrátko alebo v otvorenom obvode pre vytvorenie stojatých vln vnútri každého štrbinového vedenia. Striedavým ukončením spojom nakrátko a otvoreným koncom sa dosiahne, že fázy stojatých vln sa striedajú od jedného štrbinového vedenia k druhému. Striedavé fázy znižujú nežiadúce spojenie medzi susednými vedeniami väčšinou v rovnakej forme ako pri logaritmickom periodickom anténnom systéme, ktorého striedavé prvky sú privedené k fázy A logaritmického periodického odstupu medzi štrbinovými vedeniami umiestnenými v odstupe od seba a v dôsledku toho tiež s iným kmitočtom; to je tiež výhodné a užitočné, ale nie je to nevyhnutné pre dosiahnutie účinkov podľa vynálezu. Je možné využiť aj iné schémy pre výber skupiny kmitočtov v rozsahu požadovaného prevádzkového pásma, ktoré môžu byť v niektorých prípadoch i výhodnejšie .

Meracia komora, prípadne vlnovod, je vytvorená tak, aby mala správne definovanú frekvenčnú odozvovú charakteristiku, ktorou môže byť medzná charakteristika vlnovodnej konštrukcie alebo mikrovlnného filtra, prípadne inej konštrukcie závislej od kmitočtu. Kmitočtová charakteristika konštrukcie je ovplyvnená elektromagnetickými vlastnosťami materiálu vyplňujúceho meraciu komoru a umiestneného v časti komory, v ktorej sa pre13 javuje vplyv kmitočtu. Energia, ktorá predtým pôsobila na materiál v komore a ktorej hodnoty boli ovplyvnené v meracej komore charakteristickými hodnotami závislými od kmitočtu, sa privádza na prijímací obvod sondami, slučkami, anténami, otvormi alebo inými prostriedkami, napríklad výhodne volenou kombináciou koaxiálneho vedenia s modifikovanými mikropáskami, ktoré sú napojené na štrbinové vedenia vlnovodu, ako bolo popísané v predchádzajúcej časti, pre vytvorenie výstupu. Výstup je zosílený, snímaný a spracovaný štandardnými prostriedkami, aby sa získal signál, ktorý by obsahoval infomácie závislé od kmitočtu a obsahujúci údaje o amplitúde, fáze, skupinovej rýchlosti, fázovej rýchlosti alebo polarizačných hodnotách elektromagnetického poľa. Normový digitálny a analógový spracovávací a riadiaci obvod pre spracovanie elektronických signálov môže byť upravený pre riadenie meracích funkcií, sústavy prevádzkových parametrov a nastavenie jednotlivých časov a tiež pre výpočet potrebných matematických vlastností signálu závislého od kmitočtu, zobrazenia výsledkov a pre prenos na ďalšie prevádzkové ústrojenstvo a vybavenie.

Konštrukcia závislá od kmitočtu, ktorou je komora, je volená tak, aby zaistila vhodné prostriedky pre vytváranie meracieho priestoru, v ktorom môže byť obsiahnutý materiál, ktorého vlastnosti sa skúmajú, a v ktorom môže dochádzať k minimálnym nárazom v priebehu priemyselného spracovateľského procesu. Meracia komora, ktorej činnosť závisí od kmitočtu, je zaťažovaná elektromagnetickou energiou takým spôsobom, že informácie o spracúvanom materiále sa zapisujú vo forme vhodne tvarovaných parametrov výstupných signálov.

V jednom z jednoduchých výhodných uskutočnení vynálezu je zariadenie opatrené dutou pravouholníkovou meracou komorou, ktorou môže prechádzať prúd materiálu a ktorá sa chová v priebehu priemyselného procesu ako úsek trúbky alebo potrubia s pravouholníkovým prierezom. Naprieč tejto komory s pravouholníkovým priečnym prierezom sa prenáša mikrovlnný signál, ktorého polarizácia sa volí tak, že na výstupe sa získa správne definovaná medzná charakteristika. Pozorovaním kmitočtu, pri ktorom sa objaví medzná hodnota, a pozorovaním strmosti tejto medznej charakteristiky možno určiť dielektrické a vodivé vlastnosti materiálu vyplňujúceho meraciu komoru.

Základné technické riešenia, ktoré v súčasnosti využívajú odborníci v tomto odbore, ale líšiace sa od riešení podľa vynálezu, používajú iba kmitočty v priepustnej oblasti. Techniku mimo oblasti rozsahu vynálezu používajú iba kmitočty v priepustnej oblasti, pretože priepustné kmitočty sú šíriacimi sa kmitočtami. Šíriace sa vlny postupujú hore a dole potrubím a tiež naprieč meracou komorou. Dôsledkom toho je rušenie iným vybavením alebo konštrukciou umiestnenou vnútri nadväzujúceho potrubia, ktoré môže narušiť energiu vnútri meracej komory a tým môže viesť k výrazne chybným výsledkom.

Vlnovody vyplnené vysoko vodivými materiálmi nevykazujú medznú frekvenčnú charakteristiku. I keď u nich dochádza k značnému útlmu, tento útlm nie je vyvolaný medznými javmi. Pre dosiahnutie rovnakého typu nameraných výsledkov pre vysoko vodivé materiály, ako je to u málo vodivých materiálov, by bolo nutné realizovať úpravu vzorovej komory. Zvlášť výhodným vytvorením meracej komory pre vysoko vodivé materiály je určitá modifikácia pravouholníkovej dutej komory. Ako je vidieť z obr. 17a, až 17c a 18a až 18c, vložky z dielektrického materiálu, ktoré prebiehajú celou šírkou meracej komory, zaisťujú malú stratu dráhy naprieč meracou komorou. Dielektrický materiál môže byť umiestnený uprostred komory alebo pozdĺž jej jednej steny tak, že tento dielektrický materiál prebieha v celom rozsahu naprieč dráhy signálu. Vysoko vodivý spracúvaný materiál sa potom môže viesť vo forme prúdu prechádzajúceho komorou tak, že medzný kmitočet vlnovodu obsahujúceho horné a spodné steny meracej komory, dielektrická vložka, vyplňujúca sčasti vnútorný priestor komory a vodivý meraný materiál, vyplňujú zvyšnú časť komory, budú závislé od elektromagnetických charakteristických hodnôt meraného materiálu. Vysoko vodivý materiál môže byť potom nútený vyplniť zvyšný voľný priestor vnútri komory tak, že jeho prítomnosť ovplyvní kmitočtovú charakteristiku komory.

V ďalšom detailnejšom rozšírení spôsobu podľa vynálezu sa materiál nechá prechádzať meracou bunkou, citlivou na veľkosť kmitočtu, ktorá má známu odozvovú charakteristiku na medzný kmitočet, potom sa materiál vystaví pôsobeniu elektromagnetickej energie produkovanej multifrekvenčným zdrojom a reguluje sa činnosť multifrekvenčného zdroja tak, aby sa menil požadovaným spôsobom kmitočet signálu a generoval sa výstupný signál s jednoznačnou kmitočtovou odozvovou charakteristikou, následne sa výstupný signál prevedie na digitálnu formu a tento digitálny signál sa analyzuje pre určenie nameranej frekvenčnej odozvovej charakteristiky meracej bunky s materiálom obsiahnutým vnútri, potom sa zistí vrchol meranej medznej kmitočtovej odozvovej charakteristiky a z tejto meranej medznej kmitočtovej odozvovej charakteristiky a zo strmosti medznej kmitočtovej odozvovej charakteristiky sa určí dielektrická konštanta a vodivosť materiálu.

Je dôležité pripomenúť, že v mnohých prípadoch tvar frekvenčnej prenosovej funkcie obsahuje dostatok informácií, z ktorých možno určiť dielektrické a vodivostné vlastnosti bez jednoznačnej potreby merania absolútnej amplitúdy alebo fázy v závislosti od kmitočtu. Pre ilustráciu predpokladajme, že máme k dispozícii veľkosť amplitúdy v závislosti od kmitočtovej charakteristiky ideálneho vlnovodu s paralelnými doskami, vyplneného materiálom s bezstratovou dielektrickou konštantou r . Vlnovodná konštrukcia môže byť nabudená v takzvanom tvare TE , ktorý má medzný kmitočet f^. V tejto medznej oblasti, to znamená pre kmitočty menšie ako f , môže byť výstupný signál vyjadrený

A( f) = A exp(-<Xi;

O (1) kde A(f) je amplitúda závislá od kmitočtu a výstupnej vlny. A_o je amplitúda vstupného signálu, 1 je dĺžka dráhy, na ktorej prebieha meranie, a je daná rovnicou

ΤΓ

(2) kde a je odstup medzi doskami vlnovodu.

Ak sa vezme prirodzený logaritmus oboch strán rovnice (1) a vyhodnotia sa výsledky pri dvoch rôznych kmitočtoch, potom f a f sú

Pri meraní amplitúd Α(γ^) a A(f_z) pre známe kmitočty a f ktoré sú vybrané tak, aby boli menšie ako fsa umožní vylúčenie neznámej amplitúdy Αθ a rovnica je ľahko riešiteľná pre f . Akonáhle sa vypočíta f₌, je možné nájsť neznámu dielektrickú konštantu z dobre známej rovnice ar

C f = - (5)

O

kde c je rýchlosť svetla.

Inou cestou na získanie f je zistenie derivácie logaritmickej funkcie v nasledujúcej forme á(lnA(f)) _r 1 f

- = - - pre f ± f (6)

Treba poznamenať, že derivácia sa blíži nekonečnu pre

SUBSTITUTE SHEET idealizovaný prípad bezstratového materiálu, keď sa f blíži hodnote f . Pozorovaním tvaru derivácie lnA(f) a nájdením kmio točtu, pre ktorý derivácia dosahuje svoju maximálnu hodnotu, možno úplne presne určiť hodnotu f .

V praxi však meraný materiál nie je nikdy skutočne bezstratový a sú preto nutné určité modifikácie rovníc (1) až (6). Avšak umiestnenie najvyššej hodnoty derivácie logaritmu veľkosti pozdĺž kmitočtovej osi, to znamená v závislosti od kmitočtu, je stále využiteľné pre určovanie hodnoty medzného kmitočtu a tým aj dielektrickej konštanty £ . Výška alebo strmosť tohoto vrcholu zaisťuje spoľahlivé meranie stratovej charakteristiky materiálu, z ktorej môže byt odvodzovaná vodivosť materiálu.

Iné parametre signálu možno využiť pre určovanie hodnoty f . Tieto parametry majú tiež vlastnosti, ktoré určujú tvar

C signálu pre určovanie f . V medznej oblasti je fázový posun energie, prebiehajúci naprieč komory na meranie vzoriek, nulový. Tak možno vykonávať meranie jednoduchej relatívnej fázy, aby sa mohlo určiť, kedy dosiahne pokles hodnoty fázy v závislosti od kmitočtu hodnotu odlišnú od nuly. Tento jav sa vyskytne pri medznom kmitočte f . Podobne jednoduché merania možno uskutočniť, ak sa fázová rýchlosť stáva nekonečnou alebo ak sa rýchlosť skupiny signálov blíži k nule. Ak sú do vzorovej komory zavedené dve polarizácie, prvá polarizácia, ktorej vektor elektrického poľa je rovnobežný s hornou doskou a spodnou doskou komory a tým vykazuje medznú charakteristiku, zatiaľ čo druhá polarizácia, ktorej vektor elektrického poľa je kolmý na hornú a spodnú dosku komory, potom možno použiť jednoduché meranie polarizácie vystupujúcej energie pre určenie medzného kmitočtu.

Meranie elektromagnetických vlastností materiálu sa môže vykonať bez potreby merania absolútnej amplitúdy alebo fázy. Ak boli zmerané elektromagnetické vlastnosti materiálu iba s využitím tvarových informácií, potom absolútne meranie amplitúdy alebo fázy energie prechádzajúcej vzorkou zaistí prídavný rozmer výsledkom analýzy charakteristík vzorkového materiálu. Je napríklad známe, že útlm absolútnej amplitúdy je ovplyvnený hustotou materiálu a tiež komplexnou elektrickou permitivitou a magnetickou permeabilitou základných materiálov. Ak sa môžu elektromagnetické vlastnosti materiálov merať iba tvarom informácií, potom možno pre odvodenie hodnôt hustoty materiálu využiť výsledky absolútneho merania.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález bude bližšie objasnený pomocou príkladov uskutočnení zobrazených na výkresoch, kde znázorňujú obr. la až lf šírenie vln vo vlnovode s navzájom rovnobežnými doskami, ako je to využité pri riešení podľa vynálezu, obr. 2 graf zobrazujúci logaritmus veľkosti signálu v závislosti od kmitočtu pre malé hodnoty vodivosti a pre niekoľko hodnôt dielektrickej konštanty podľa teoretických predpokladov, obr. 3 graf znázorňujúci logaritmus veľkosti signálu v závislosti od kmitočtu, ako je to využité pri riešení podľa vynálezu na meranie obsahu vody v 30 hmotnostných dieloch motorového oleja, obr. 4 graf zobrazujúci logaritmus veľkosti signálu v závislosti od kmitočtu pre pevnú hodnotu dielektrickej konštanty a pre niekoľko hodnôt vodivosti podľa teoretických predpokladov, obr. 5 graf zobrazujúci logaritmus veľkosti signálu v závislosti od kmitočtu, ako je to využité vo vynáleze na meranie koncentrácie soli v destilovanej vode, obr. 6 graf znázorňujúci deriváciu logaritmu veľkosti signálu v závislosti od kmitočtu pre podmienky znázornené na obr.

2, z ktorého je vidieť, že poloha najvyššej hodnoty derivácie zaisťuje určenie medzného kmitočtu, ktorý bol určený teoretickými predpokladmi a potvrdený praktickým zistením podľa vynálezu, obr. 7 graf zobrazujúci deriváciu logaritmu veľkosti signálu v závislosti od kmitočtu pre podmienky podía obr. 4, znázorňujúci, že veľkosť derivácie je nepriamo úmerná hodnote vodivosti materiálu, zatiaľ čo umiestnenie vrcholu na kmitočtovej osi sa využíva na zisťovanie medzného kmitočtu a v dôsledku toho na meranie dielektrickej konštanty podľa teoretických predpokladov, overených riešeniami podľa vynálezu, obr. 8 bloková schéma prvého príkladného uskutočnenia zariadenia podľa vynálezu, obr. 9 axonometrický pohľad na prvé príkladné uskutočnenie meracej bunky, reagujúcej na hodnotu kmitočtu, ktorá je súčasťou zariadenia podľa vynálezu, obr. 10 rozložený axonometrický pohľad na jedno z príkladných uskutočnení meracej bunky, reagujúcej na zmeny kmitočtu, ktorá je súčasťou zariadenia podľa vynálezu a ktorá je v zostavenom stave zobrazená na obr. 9, obr. 11 bočný pohľad na prvé z príkladných uskutočnení meracej bunky podľa vynálezu, reagujúcej na hodnotu kmitočtu a zobrazenej v axonometrickom pohľade na obr. 9, obr. 12 pohľad zhora na jedno z príkladných uskutočnení meracej bunky podľa vynálezu, reagujúcej na hodnotu kmitočtu a zobrazenej v axonometrickom pohľade na obr. 9, obr. 13 čelný pohľad na rovnaké príkladné uskutočnenie meracej bunky podľa vynálezu, reagujúcej na hodnotu kmitočtu a zobrazenej v axonometrickom pohľade na obr. 9, obr. 14 postupový diagram zobrazujúci priebeh jedného z príkladných uskutočnení spôsobu podľa vynálezu, obr. 15 rozložený axonometrický pohľad na jedno z príkladných uskutočnení zariadenia podľa vynálezu, opatrené príkladným uskutočnením slučkovej antény, ktorá sa využíva na prívod mikrovlnnej energie do meracej bunky, reagujúcej na zmeny kmitočtu, a odvádzanie energie z bunky, obr. 16 rozložený axonometrický pohľad na jedno z uskutočnení zariadenia podľa vynálezu, zobrazujúci príkladné osadenie meracej komory, reagujúcej na zmeny kmitočtu, v skrini, ktorá obsahuje okrem iného zdroj krátkych vín s meniteľným kmitočtom, detektor mikrovĺn, počítač a príslušný prepojovací elektronický obvod, obr. 17a až 17a bočný pohľad, pohľad zhora a čelný pohľad na iné príkladné uskutočnenie meracej komory, ktorá je súčasťou zariadenia podľa vynálezu, pri ktorej je dielektrický materiál spojený s jednou stranou komory, obr. 18a až 18c počný pohľad, pohľad zhora a čelný pohľad na ďalšie príkladné uskutočnenie meracej komory, ktorá je súčasťou zariadenia podľa vynálezu, pri ktorej je dielektrický materiál umiestnený uprostred komory, obr. 19 bočný pohľad na ešte iné príkladné uskutočnenie meracej komory, ktorá je súčasťou zariadenia podľa vynálezu a ktorá je opatrená sústavou rezonátorových prvkov, spojený s meracou komorou, obr. 20 rozložený axonometrický pohľad na meraciu komoru v spojení s výhodným uskutočnením zariadenia podľa vynálezu, obsahujúci spojovaciu anténnu jednotku, obsahujúcu mikropáskový obvod spojený so skupinou štrbinových vedení, obr. 21 čelný pohľad na anténnu dosku použitú v meracej komore zariadenia podľa obr. 20, obr. 21a čelný pohľad na alternatívne uskutočnenie anténnej dosky s mikropáskovým obvodom podľa obr. 21, obr. 22 priečny rez anténnou doskou, vedený rovinou 22-22 z obr. 21, obr. 23 zadný pohľad na anténnu dosku z obr. 21, obr. 24 čelný pohľad na kovovú kryciu dosku, použitú v zariadení podľa vynálezu, zobrazenom na obr. 20, obr. 25 zvislý priečny rez kovovou krycou doskou, vedený rovi21

SUBSTITUTE SHEET nou 25-25 z obr. 24, obr. 26 zadný pohľad na kovovú kryciu dosku z obr. 24, obr. 27 vodorovný rez kovovou krycou doskou, vedený rovinou 27-27 z obr. 26, obr. 28 pohľad zhora na úplne zostavenú meraciu komoru, vytvorenú podľa obr. 20, obr. 29 pôdorysný pohľad na detail 29 z obr. 28, zobrazený čiastočne v reze, a obr. 30 bočný pohľad na príkladné usporiadanie zariadenia podľa vynálezu, z ktorého je vidieť, ako sa spracúvaný materiál premiestňuje z jednej prevádzkovej operácie do ďalšej a zobrazuje tiež vzťah jedného príkladného uskutočnenia vynálezu k iným častiam výrobného zariadenia upraveného na uskutočňovanie typického -výrobného postupu, pri ktorom sa zariadenie podľa vynálezu zapojí do série s prevádzkovým potrubím.

Príklady uskutočnenia vynálezu

V nasledujúcom popise budú podrobnejšie popísané príklady uskutočnenia vynálezu, ktoré sú zobrazené na výkresoch.

Riešenie podľa vynálezu využíva v jednom z jednoduchších príkladných uskutočnení charakteristiky rovinných vlnovodov, ktoré majú prvne nastavenú vzdialenosť medzi jednotlivými doskami. Na obr. la je schématicky zobrazený rovinný vlnovod, ktorý má dokonale vodivé dosky uložené v rovinách x = O a x = = a. Medzi obidvomi doskami je stály odstup a. Pre vlny TE^ θ, vedené doskami, je použiteľný nasledujúci vzorec:

m a = - , cos Θ kde 3 je dĺžka priestorovej vlny krátkovlnného signálu, m je číslo vidu a 3 je uhol medzi vektorom prenosu a zvislou osou vlnovodu.

Tento vzorec možno tiež prepísať nasledovne:

τη 1 cos 6 = - - ,

2a f kde f je kmitočet, je magnetická permeabilita a £ je elektrická permeabilita látky medzi doskami.

Mikrovlny rôznej vlnovej dĺžky alebo kmitočtu sa odrážajú šikmo medzi dvomi doskami. Rôzne hodnoty priradeného uhlu Q dávajú potom rôzne charakteristiky, napríklad pre vysoké frekvencie je hodnota m/t/2a malá, cos Θ sa rovná približne nule a uhol Θ sa rovná približne 90 °C. V takomto prípade vlny proste kĺžu medzi dvomi doskami podobne ako v prípade prenosovej linky zobrazenej na obr. Ib. Ak sa kmitočet zníži, zvýši sa hodnota mZ/2a, veľkosť uhlu 6 sa zníži a vlny sa odrážajú so stále väčším uhlom odrazu od stien, ako je to vidieť z obr. Ic až le. Vlnová dĺžka sa prípadne môže rovnať hodnote 2a/m, pre ktorú je cos Q rovný 1, ak uhol Θ sa bude rovnať nule, pričom pri tomto stave sa mikrovlny budú odrážať od jednej steny kolmo k druhej stene a späť, ako je to zobrazené na obr. lf. Mikrovlny, ako sú zobrazené na obr. lf, nie sú v tomto prípade vedené vzájomne rovnobežnými stenami. Pre hodnotu λ. > 2a/m, m^/2a > 1, cos G > 1 a nemá žiadne reálne riešenie. Ak sa mikrovlny odrážajú v dvoch navzájom opačných smeroch kolmo na obe dosky, potom pre tieto vlnové dĺžky nedochádza k žiadanému postupu vo vlnovodnom vide. Okrem toho je v tomto prípade pozorovateľná útlmová charakteristika, založená na priamom prepojení polí namiesto šírenia vín. Takáto pod23 mienka je známa ako vypínacia podmienka. Na bližšie objasnenie týchto vzťahov môže slúžiť Elements of Engineering Electronics, 3. vydanie, vydalo Nannapaneni Narayana Rao, Prentice Halí, Englewood Cliffs, New Jersey 07632 v roku 1991.

Medzná vlnová dĺžka A je určená rovnicou

2a • m

Touto dĺžkou je taká vlnová dĺžka, pre ktorú je odstup a rovný číslu m polovice vlnovej dĺžky. Tým môže byť menší ako ore každý zvláštny vid pre vlnový postup, aký je vôbec možc ~ ný. Medzný kmitočet je daný nasledujúcou rovnicou

Šírenie vín určitého vidu je možné len v prípade, kedy je kmitočet väčší ako medzný kmitočet pre tento vid, to znamená, ak je \· V dôsledku toho sa môžu vlny daného kmitočtu šíriť vo všetkých smeroch, pre ktoré je dĺžka priestorovej vlny menšia než dĺžka medznej vlnovej dĺžky alebo je kmitočet vyšší než medzné kmitočty.

Na obr. 2 je znázornený graf zobrazujúci logaritmus veľkosti signálu versus kmitočet pre malé hodnoty vodivosti a pre niekoľko hodnôt dielektrických konštánt podľa teoretických predpokladov. Tento graf zobrazuje jav, podľa ktorého je medzný kmitočet určovaný vopred ako hodnota dielektrickej konštanty pre malé hodnoty vodivosti, pričom tvar logaritmu veľkosti signálu v závislosti od kmitočtu má taký charakter, že možno ľahko určiť medzný kmitočet. Krivky zobrazené na obr. 2 boli vypočítané na základe predpokladanej ideálnej konštrukcie vlnovodu, ale s prihliadnutím na to, že materiál obsiahnutý v tejto konštrukcii nebol ideálnym bezstratovým dielektrickým materiálom. V praktickej aplikácii bude hlavným informač24 ným zdrojom logaritmus veľkosti signálu, zistený v závislosti od kmitočtu, ktorý sa bude líšiť od ideálnych charakteristík. Avšak ako je zrejmé z obr. 3, na ktorom je zobrazený graf uvádzajúci skutočné hodnoty pre rôzne množstvá vody obsahujúcej olej, pričom medzná charakteristická hodnota zodpovedá charakteristickej hodnote prevažujúceho kmitočtu a je zvlášť vhodná na meranie dielektrických vlastností zmesi.

*

Na obr. 3 je znázornený graf logaritmu veľkosti signálu v a

závislosti od kmitočtu pre jednotlivé vzorky vody s obsahom oleja. Obr. 3 zobrazuje prevažujúcu úlohu medzného kmitočtu. V oblasti priepustného pásma sú časti kriviek, nachádzajúce sa na pravej strane strmo stúpajúcich častí kriviek vyjadrujúcich hodnotu signálov, medzi sebou prepletené. Akákoľvek veľkosť amplitúdy oblasti priepustného pásma pri ľubovoľnej konkrétnej frekvencii by neposkytla vyhovujúce výsledky pre určovanie množstva vody v oleji. Avšak v medznej oblasti ukazuje oblasť vykazujúca značný sklon v charakteristických hodnotách, reagujúcich na hodnotu kmitočtu, sa rôzne krivky stávajú prehľadnejšími a vyjadrujú v podstate presné odlíšenie ako funkcia obsahu vody v zmesi oleja a vody. Vzhladom na tento v podstate ‘ jednoznačný tvar a jednoznačné určenie, pri ktorom dochádza k tomu, že určením kmitočtu možno dosiahnuť presné a citlivé * meranie obsahu vody a tiež základných charakteristických hodnôt zmesi.

Na obr. 4 je znázornený graf, na ktorom je vynesený logaritmus veľkosti signálu v závislosti od kmitočtu pre určenú hodnotu dielektrickej konštanty g, a pre niekoľko hodnôt konduktivity Γ, ako sa vopred predpokladalo z teoretických podkladov. Obr. 4 zobrazuje teoretické chovanie tvaru krivky určujúcej logaritmus veľkosti signálu vo vzťahu ku kmitočtu, | pretože vodivosť sa mení, zatiaľ čo reálna časť komplexnej vo’ divosti, to znamená dielektrickej konštanty, zostáva nemenná.

Tvar kriviek na obr. 4 naznačuje, že dochádza len k malým zmenám medzného kmitočtu, pretože vodivosť sa mení v značne širokom rozsahu. Ostrosť tejto medznej prechodovej oblasti sa však ‘ nemení v závislosti od zmien vodivosti. V priechodovej oblasti sa uplatňuje tiež útlm.

Na obr. 5 je znázornený graf zobrazujúci logaritmus veľkosti signálu, vyneseného v závislosti od kmitočtu, ako sa to využíva v spôsobe podľa vynálezu pri meraní koncentrácie soli v destilovanej vode. Obr. 5 znázorňuje sústavu okamžitých dát, zisťovaných v roztoku destilovanej vody a soli. Pri zvyšovaní koncentrácie soli v destilovanej vode sa priebeh kriviek približuje teoretickým výsledkom zobrazeným na obr. 4. Medzný kmitočet sa mení len v malých medziach v bode, v ktorom sa vzájomne pretínajú príkladné krivky. Medzný kmitočet sa mení v sklone opačnom ku krivke vyjadrujúcej zmenu vodivosti.

Na obr. 6 je znázornený graf zobrazujúci derivované hodnoty logaritmu veľkosti signálu, vynášaného v závislosti od kmitočtu pre podmienky znázornené na obr. 2. Obr. 6 jasne znázorňuje, že poloha kmitočtu najvyššej derivovanej hodnoty zaisťuje merítko medzného kmitočtu, ako bolo vopred stanovené teóriou a ako bolo prakticky overené pri riešení podľa vynálezu. Obr. 6 uvádza len teoretické výsledky, ale pre tento prípad sú zaujímavé derivácie, odvodené z kriviek zobrazených na obr. 2. Veľmi presné určenie medzného kmitočtu f sa môže realizovať umiestnením funkčného bodu na osi vyznačujúcej rad kmitočtov, v ktorom derivačná hodnota logaritmu veľkosti signálu vzhľadom na kmitočet dosahuje svoju najvyššiu hodnotu.

Obr. 7 znázorňuje graf derivačných hodnôt logaritmov amplitúdy signálu v závislosti od kmitočtu pre podmienky podľa obr. 4. Obr. 7 znázorňuje, že veľkosť derivačných hodnôt je nepriamo úmerná k hodnote vodivosti materiálu a že umiestnenie najvyššieho kmitočtu zodpovedá medznému kmitočtu. Tým je predstavené meranie dielektrickej konštanty, prebiehajúce podľa vopred určených teoretických predpokladov a podľa praktických skúšok realizovaných podľa vynálezu.

Obr. 7 zobrazuje kvalitatívne zmeny v tvare kmitočtu v závislosti od priebehu krivky transformovanej do kvantitatívnych výsledkov. Obr. 7 znázorňuje graf derivačných hodnôt, získaných z kriviek na obr. 4. Rovnako ako v príklade na obr.

majú aj derivované hodnoty zobrazené na obr. 7 svoj vrchol v blízkosti skutočnej hodnoty f^. Pre riešenie podía vynálezu je tiež dôležité, že výška najvyššej hodnoty je nepriamo úmerná k vodivosti. V reálnej praxi môže byť derivačná funkcia trochu hlučná a môže mať niekoľko rôznych najvyšších hodnôt v dôsledku takýchto parametrov citlivých na kmitočet, ako je zisk zosilovača, citlivosť detektora a podobne. Pri takýchto šumových situáciách treba určiť priebeh medzného kmitočtu pomocou kriviek určujúcich veľkosti logaritmov, ako je to zobrazené na obr. 2,3, 4 a 5 a potom použiť derivačné funkcie na výpočet presnejších hodnôt. S výhodou možno tiež využiť druhú derivačnú funkciu, pretože tieto druhé derivačné funkcie budú pretínať nulu v bode, v ktorom prvá derivačná funkcia dosahuje svoj vrchol.

Na obr. 8 je znázornená bloková schéma zobrazujúca jedno z príkladných uskutočnení zariadenia podľa vynálezu. Základnou súčasťou tohoto zariadenia je, ako je zobrazené na obr. 8, komora 102, multifrekvenčný zdroj 104, detektor 108, počítač 109, analógové ústrojenstvo 112 a displej 114. Multifrekvenčný zdroj 104 privádza vedením 106 do komory 102 signál. Komora 102 má špecifické rozmery, ktoré boli popísané v predchádzajúcej časti. Signál sa potom privádza 2 komory 102 do detektora 108 druhým vedením 107 a z detektora 108 sa signál privádza tretím vedením do počítača 109. Počítač 109 môže pripraviť dáta pre analógové ústrojenstvo, pre displej 114 alebo späť pre multifrekvenčný zdroj 104 ďalším vedením 110. Je dôležité pripomenúť, že počítač 109 pri svojej činnosti produkuje derivácie logaritmov veľkosti signálu, to znamená, že pôsobí ako derilogmanetizér.

Na obr. 9 je axonometrický pohľad na výhodné uskutočnenie meracej komory zariadenia podľa vynálezu. Obr. 9 znázorňuje konkrétne uskutočnenie komory 200, ktorá je obsiahnutá v blokovej schéme na obr. 8 ako komora 102. Táto komora 200 je opatrená vstupným kanálom 202. ktorý je vymedzený vstupným prstencom 204. Vstupný prstenec 204 je spojený so vstupným prechodovým dielom 210 na vytvorenie prechodu z kruhového priečneho prierezu kanálu na štvorcový priečny prierez kanálu. Vstupný prechodový diel 210 je pripojený na svojej širšej strane k meracej bunke 220, ktorá je zasa na svojej protiľahlej strane spojená s výstupným prechodovým dielom 212. tvoriacim plynulý prechod zo štvorcového prierezu v mieste napojenia na meraciu bunku 220 na kruhový tvar prierezu. Výstupný prechodový diel 212 je spojený s výstupným prstencom 208. ktorý tvorí výstupný kanál 206.

Na obr. 10 je znázornený rozložený axonometrický pohľad na jedno z príkladných uskutočnení meracej komory, ktorá je súčasťou zariadenia podľa vynálezu a ktorá je v zloženom stave znázornená na obr. 9. Obr. 10 zobrazuje vnútroné usporiadanie vstupného prechodového dielu 210, meracej bunky 220 a výstupného prechodového dielu 212. Vstupný prechodový diel 210 postupne mení v smere svojej dĺžky pôvodne kruhový tvar svojho prierezu na pravouholníkový tvar pri zachovaní stále rovnakej prierezovej plochy vnútroného kanálu. Podobne postupne mení výstupný prechodový diel 212 v smere svojej dĺžky tvar svojho priečneho prierezu z pravouholníkového na kruhový pri zachovaní stále rovnakej prierezovej plochy. Pripojenie potrubia k vstupnému prstencu 204 a k výstupnému prstencu 208 je realizované bežnými spojovacími prvkami, ako sú závity, príruby, svorky a podobe tak, že meracia komora 200 sa stáva funkčnou súčasťou prevádzkového potrubia. Spracúvaný materiál pretekajúci týmto prevádzkovým potrubím tak preteká plynulým prúdom meracou komorou 200 rovnako presne akoby pretekal iným úsekom potrubia, nahradzujúcim túto jednotku a zaradeným do série s obomi časťami prevádzakového potrubia. Zachovaním rovnakej veľkosti priečneho prierezu sa obmedzuje pokles tlaku, spôsobený zaradením meracej komory 200 do prevádzkového potrubného zariadenia, a súčasne sa zamedzuje vzniku prázdnych priestorov pri prietoku spracúvaného materiálu meracou bunkou 220. Zvislý rozmer meracej bunky 220 zodpovedá rozmeru a v rovnici (5) pre určovanie medzného kmitočtu TE vidu vo vlnovode so vzájomne rovnobežnými doskami. Táto zvislá vzdialenosť sa volí tak, aby došlo k zníženiu medzného kmitočtu do rozsahu prevádzkových kmitočtov multifrekvenčného zdroja 104 mikrovlnnej energie pre rozsah predpokladaných hodnôt permitivity alebo permeability spracúvaného materiálu. Zvislý rozmer sa tiež volí tak, že medzný kmitočet pre vid ΤΕ_ιο je väčší alebo je rovný medznému

SUBSTITUTE SHEET kmitočtu vidu TM , ktorý by bol inak vyvolávaný vnútri vstupného prstenca 204 a výstupného prstenca 208 a v prevádzkovom potrubí, napojením na meraciu komoru 200. Šírka meracej bunky 220 sa volí tak, aby plocha priečneho prierezu meracej bunky 220 sa rovnala prierezovej ploche prevádzkového potrubia, vstupného prstenca 204, výstupného prstenca 208, vstupného prechodového dielu 210 a výstupného prechodového dielu 212.

Meracia komora 200 je opatrená prvým napojovacím otvorom 226 pre vstup mikrovĺn a druhým napojovacím otvorom 228 pre mikrovlny, ktoré sú vytvorené navzájom rovnebežne a súosovo. Napojovacie otvory 226, 228 slúžia ako vstupné a výstupné otvory pre prívod mikrovlnnej energie do meracej komory 200 a pre odvod mikrovlnnej energie z meracej komory 200, ako je to vidieť z obr. 15 a 16. Od vnútorného priestoru meracej komory 200 sú izolované väzbové slučky alebo iné pripojovacie jednotky. Odizolovanie väzbových slučiek od vnútra meracej komory 200 je jednoducho zaistené, ako je to odborníkom zrejmé, použitím neznázornených okienok prepúšťajúcich krátkovlnné žiarenie.

Meracia komora 200, citlivá na zmeny kmitočtu, má vstupný kanál 202 defionovaný vstupným prstencom 204. ktorý je napojený na vstupný prechodový diel 210. Vstupný prechodový diel 210 je spojený s meracou komorou 200, ktorá má pravouholníkový prierez a jednoznačne definovanú charakteristickú hodnotu medzného kmitočtu. Podobne je výstupný prechodový diel 212 pripojený k opačnému koncu pravouholníkovej meracej komory 200 na jednej strane a k výstupnému prstencu 208. ktorý tvorí výstupný napojovací otvor 206. Na obr. 11 je z bočného pohľadu na prechodovú oblasť zariadenia podľa vynálezu zrejmá postupná zmena zvislých rozmerov zariadenia podľa vynálezu od veľkosti priemeru na vstupnom prstenci 204 a na výstupnom prstenci 208 k menšej výške pravouholníkového prierezu meracej bunky 220. citlivej na hodnotu kmitočtu. Tento menší zvislý rozmer, meraný medzi vnútornými plochami meracej bunky 200, je rozmerom, ktorý určuje chararkteristické hodnoty medzného kmitočtu meracej bunky 200.

Na obr. 12 je znázornený pôdorysný pohľad na príkladné uskutočnenie meracej komory 200, citlivej na kmitočet a zobrazenej v príkladnom uskutočnení na obr. 9 a 11. Zobrazené príkladné uskutočnenie meracej komory 200, citlivej na zmeny kmitočtu a vytvorenej podľa vynálezu, je vytvorené vo forme priechodovej komory, ktorá umožňuje priamy priechod spracúvaného materiálu. Na meracej komore 200 sú vytvorené tri pripojovacie výstupky 232, 2343, 236 pre spojenie krytu komory x mikrovlnnými aleboélektronickými zložkami podľa vynálezu. Spojenie krytu komory s ďalším krytom 240 je znázornené na obr. 30.

Na obr. 13 je zobrazený čelný pohľad na príkladné uskutočnenie meracej komory 200, citlivej na hodnotu kmitočtu a zobrazenej na obr. 9 v axonometrickom pohľade. Z čelného pohľadu na obr. 1 je zrejmý tvar priechodového otvoru v zariadení podľa vynálezu a najmä v meracej komore 200. citlivej na hodnotu kmitočtu. Vnútri meracej komory 200 sa nevyskytujú žiadne výstupky alebo iné prekážky vo vnútri vnútronej meriacej komory 200. citlivej na zmeny kmitočtu, ktoré by mohli narušovať prúdenie alebo pohyb spracúvaného materiálu meracou bunkou 220 alebo u ktorých by mohlo dochádzať k opotrebeniu alebo inému porušeniu.

Na obr. 15 je znázornený rozložený axonometrický pohľad na príkladné uskutočnenie meracej komory 200. V tomtom príklade sú zobrazené prenášacie anténne dosky 240 a prijímacie anténne prvky 241. ktoré sú upevnené na anténnych tesniacich adaptérových prvkoch 230, 231. Otvory v anténnych tesniacich adaptérových prvkoch 230, 231 tvoria napojowacie otvory 226, 228 pre mikrovlny. Napojovacie otvory 226, 228 tvoria montážne pomôcky pre neznázomené mikrovlnné transparentné prevádzkové tesnenia a uloženia pre spojovacie slučky 250, 251. z ktorých prvá spojovacia slučka 250 nie je v príkladnom uskutočnení na obr. 15 viditeľná. Mikrovlnná energia sa privádza na prenášaciu anténnu spojovaciu slučku 250 prenášacím koaxiálnym káblom 260. ktorý je svojím druhým koncom pripojený k multifrekvenčnému zdroju mikrovĺn. Energia sa potom prenáša naprieč meracou komorou 200 na prijímaciu anténnu spojovaciu slučku 251. potom sa energia prevádza na ústrojenstvo pre snímanie mikrovlnnej energie prijímacím koaxiálnym káblom 261. Koaxiálne kábly 260, 261 zodpovedajú vedeniam 106, 107 z príkladu na obr. 8. Vnútri otvorov v anténnych tesniacich adaptérových prvkoch 230, 231 môžu byť obsiahnuté neznázornené dielektrické tesniace prvky alebo môže byť celá vnútorná plocha meracej bunky 220 pokrytá dielektrickým tesnením tvoreným neznázorneným súvislým dielektrickým povlakom v anténnych tesniacich adaptérových prvkoch 230, 231. prípadne možno použiť oba typy dielektrických tesnení.

Na obr. 16 je znázornené usporiadanie zariadenia s meracou komorou, upravené pre vloženie do skrine 109. ktorá má obsahovať prevádzkové elektronické ústrojenstvá.

Obr. 17a až 17c znázorňujú niekoľko pohľadov na alternatívne príkladné uskutočnenie meracej bunky, ktorá má dokonale definovanú charakteristiku medzného kmitočtu, a ktorá sa môže využívať pre dobre vodivé spracúvané materiály. Ako je zrejmé z obr. 17a až 17c, dielektrická vložka 221A je umiestnená pozdĺž jednej steny meracej bunky 22OA tak, aby zaisťovala nízkostratovú spojovaciu dráhu naprieč meracej bunky, i keď je zvyšný priestor v bunke vyplnený vysoko vodivým spracúvaným materiálom. Dielektrický materiál tvorí interiérovú časť vysoko funkčnej konštrukcie vlnovodu s dvomi vzájomne rovnobežnými doskami, ktorá má jednu z vodiacich dosiek tvorenú stenou meracej bunky 220A a druhou vodiacou doskou je vodivý materiál vyplňujúci vnútorný priestor meracej bunky 22OA. Medzný kmitočet výslednej vlnovodnej konštrukcie bude závislý od veľkosti meracej bunky 22OA, od dielektrickej konštanty dielektrickej vložky 221A a od elektromagnetických vlastností spracúvaného materiálu, vyplňujúceho zvyšný.priestor v meracej bunke 22OA. Treba pripomenúť, že napojovacie otvory, z ktorých je na obr. 17a zobrazený len jeden a ktoré svojou funkciou zodpovedajú funkciám napojovacích otvorov 226, 228 z prvého príkladného uskutočnenia zobrazeného na obr. 9, boli presunuté nabok do takej polohy, v ktorej bude mikrovlnná energia priamo napojená na dielektrickú vložku 221A.

Obr. 18a až 18c zobrazuje niekoľko rôznych pohľadov na iné alternatívne príkladné uskutočnenie meracej bunky, ktorá má presne určenú kmitočtovú charakteristiku a ktorá sa môže používať pre spracovanie vysoko vodivého materiálu. Ako je zrejmé z obr. 18a až 18c, uprostred meracej bunky 22OB je uložená dielektrická vložka 221B tak, aby zaistila väzbovú dráhu s nízkou stratou naprieč meracej bunky, i keď je zvyšný priestor v bunke vyplnený vysoko vodivým spracúvaným materiálom. Dielektrický materiál tvorí vnútornú časť účinnej vlnovodnej. konštrukcie s navzájom rovnobežnými doskami, ktorá obsahuje ako jednu vodiacu dosku vodivý materiál vyplňujúci hornú časť zvyšného priestoru vnútri meracej bunky 22OB a ako druhú vodiacu dosku vodivý materiál vyplňujúci spodnú časť meracej bunky 22OB. Kritický kmitočet výslednej vlnovodnej konštrukcie bude závislý od veľkosti meracej bunky, od dielektrickej konštanty dielektrickej vložky 221B a od elektromagnetických vlastností spracúvanúho materiálu, vyplňujúceho zvyšný priestor vnútri meracej bunky 22OB. Treba zdôrazniť, že napojovacie otvory, z ktorých je na obr. 18a znázornený len jeden, zodpovedajú svojou funkciou funkcii napojovacích tvorov 226, 228 v prvom príkladnom uskutočnení zobrazenom na obr. 9 a sú umiestnené tak, že mikrovlnná energia bude prechádzať priamo do dielektrickej vložky 221B.

Je dôležité pripomenúť, že každé z týchto príkladných uskutočnení, popísaných v predchádzajúcej časti, je najvýstižnejšie označené za vlnovodnú konštrukciu s paralelnými doskami, čo je presnejšia charakteristika než pravouholníková vlnovodná konštrukcia. Polarizácia polí vnútri každej z meracích buniek 220, 22OA, 22OB je taká, že elektrické pole je rovnobežné s pozdĺžnou osou meracej bunky a tým je zaistené, že vlny sa nešíria v axiálnom smere prevádzkovým potrubím, to znamená nepostupujú v smere prúdenia spracúvaného materiálu.

Na obr. 30 je znázornené v bočnom pohľade príkladné uskutočnenie spracovávacej sústavy so zariadením podľa vynálezu.

Spracúvaný materiál sa privádza do nádrže alebo násypky 230. v ktorej je vystavený niekoľkým úvodným spracúvacím operáciám, napríklad zmiešavaniu s vodou. Tento materiál sa potom odoberá

SUBSTITUTE SHEET z násypky 230 a dopravuje prvým úsekom dopravného potrubia 232 a meracou komorou 234 podľa vynálezu pomocou čerpadla 236 alebo iného dopravného mechanizmu. Po prechode meracou komorou 234 pokračuje spracúvaný materiál v pohybe výstupným potrubím 238, potom sa dostáva do ďalšej operácie spracovateľského procesu. Pretože v riešení podľa vynálezu sa mikrovlnná energia nemôže šíriť smerom von z meracej komory 234 a ďalej spracúvacím potrubím, nie je meranie elektromagnetických vlastností spracúvaného materiálu ovplyvňované, prítomnosťou čerpadla 236 alebo ktoréhokoľvek iného spracúvacieho ústrojenstva, napojeného na meraciu komoru 234 prostredníctvom pracovných potrubí. Izolácia meracej komory 234 od iných prevádzkových ústrojenstiev, zaistená vlastnou konštrukciou meracej bunky a prechodových členov, je výrazne výhodnejšia ako dosiaľ známe riešenia príslušných spôsobov a zariadení, ktoré sa snažia využívať vlnovodné charakteristiky prevádzkového potrubia s kruhovým alebo pravouholníkovým prierezom.

Obr. 19 znázorňuje iné príkladné uskutočnenie meracej bunky 22OC, citlivej na hodnotu kmitočtu a použitej v zariadení podľa vynálezu pre spracovanie vzduchu alebo plynov. Zariadenie je opatrené skupinou rezonátorových prvkov alebo rezonátorových tyčí 221C. ktoré sú osadené v meracej bunke 22OC, citlivej na hodnotu kmitočtu. Takáto meracia bunka 22OC môže mať podobnú konštrukciu ako mikrovlnný filter, ale je opatrená vstupným otvorom a výstupným otvorom, ktorými môže vzduch obsahujúci vlhkosť alebo iný plyn vstupovať do komory a prechádzať medzi jednotlivými rezonátorovými tyčami 221C. Prítomnosť vlhkosti vo vzduchu alebo v iných spracúvaných plynoch zmení dielektrické vlastnosti priestoru medzi jednotlivými tyčami 231C a ovplyvní tvar filtračnej charakteristiky. Meranie kmitočtovej odozvy tohoto príkladného uskutočnenia komory poskytuje meracie výsledky meranej vlhkosti vo vzduchu alebo dielektrické vlastnosti iných druhov plynov, ktoré môžu byť v komore obsiahnuté. Ostrosť a presnosť charakteristík závislýcvh od kmitočtu a ich citlivosť na zmeny dielektrických a stratových vlastností plynov vyplňujúcich proestory medzi jednotlivými tyčami 221C sa môže nastaviť a ovládať voľbou počtu tyčí 221C, ich rozostupmi a vhodným výberom materiálu prispôsobujúceho sa zmršťovaniu komory.

Na obr. 14 je zobrazená postupová schéma spôsobu podľa vynálezu. Tekutý spracúvaný materiál sa čerpá, fúka, vynáša dopravníkovým prvkom, vytláča alebo privádza pôsobením vlastnej tiaže tak, aby bol nútený vstupovať do meracej bunky alebo komory, reagujúcej na hodnotu kmitočtu, prechádzať ňou a nakoniec z nej vystupovať. Pre spracúvané materiály, ktoré nie sú tekuté, musí byť konštrukcia meracej bunky alebo komory upravená tak, aby spracúvaný materiál mohol vstupovať do meracej zóny vnútri meracej bunky citlivej na hodnoty kmitočtu bez toho, aby sa spracúvaný materiál musel prispôsobovať tvaru snímacej bunky pre sledovanie kmitočtu. Spracúvaný materiál je vystavený pôsobeniu elektromagnetickej energie produkovanej multifrekvenčným zdrojom. Multifrekvenčný zdroj je riadený počítačom tak, aby sa kmitočet signálu menil známym a požadovaným spôsobom v tom zmysle, aby sa vytváral výstupný signál, ktorý má jednoznačnú odozvovú charakteristiku, zodpovedajúcu medznému alebo kritickému kmitočtu. Výstupný signál sa zachytáva a zosiluje prijímacími prvkami a mení sa na číslicové hodnoty bežnou prevodovou technikou pre prevod analógových hodnôt na digitálne. Číslicová hodnota signálu sa potom analyzuje v počítači, aby sa určil medzný kmitočet snímacej meracej bunky na snímanie kmitočtu, ktorý je definovaný geometriou meracej bunky a materiálmi, z ktorých je vytvorená a tiež elektromagnetickými vlastnosťami spracúvaného materiálu v dobe prechodu tohoto materiálu bunkou alebo v dobe uloženia spracúvaného materiálu vnútri meracej bunky. Strmosť kritickej charakteristiky je tiež určovaná v počítači pomocou matematických algoritmov. Z nameraného medzného kmitočtu a zo strmosti medzných charakteristík je určovaná dielektrická konštanta a vodivosť materiálu vyplňujúceho meraciu bunku na snímanie kmitočtu. Pre niektoré prípady sa môže tiež uskutočňovať meranie útlmu v priepustnom pásme, ktoré podáva údaje o hustote materiálu. S využitím uložených porovnávacích dát alebo rovníc počítač vypočíta a zobrazí na obrazovke požadované vlastnosti materiálu, napríklad vlhkosť sledovaného materiálu. Software alebo hardware počítača tiež riadi výstupné prevodníky, aby vysielali riadiace signály na ďalšie pripojené prevádzkové zaSUBSTITUTE SHEET riadenie alebo ústrojenstvo pre spracovanie dát, ktoré sú pripojené podľa konkrétnych potrieb. Merací cyklus sa opakuje rýchlosťou, ktorá je primeraná potrebám riadenia alebo merania procesu.

Činnosť zariadenia

Riešenie podľa vynálezu ponúka rad prevádzkových výhod najmä z hľadiska ľahkého používania, jednoduchosti konštrukcie, presnosti merania a rozsahu využiteľnosti. Pri využití zariadenia pre kvapaliny možno uviesť prístroj do činnosti jednoducho tým, že sa úsek potrubia nahradí meracou komorou. Meracia bunka na snímanie kmitočtu môže byť vytvorená ako mimoriadne pevná a robustná konštrukcia, ktorá je schopná odolávať vysokým prevádzkovým tlakom prekračujúcim hodnoty 6,9xl0⁶ Pa (1000 psi) a teplotám vyšším než 230 °C (450 °F). Tieto tlaky a teploty sa môžu dosiahnuť ľahko dostupnými materiálmi s veľmi priaznivými cenami.

Pri meracej bunke 220 na snímanie kmitočtov sa nevyskytujú žiadne pohyblivé diely a prakticky sa v nej nevyskytuje nič, čo by mohlo byť príčinou porúch. Meracia bunka 220 na snímanie kmitočtov a jej ďalšie priradené časti pozostávajú iba z nehrdzavejúcej ocele alebo podobného vhodného materiálu a sú uložené v komore 220. na ktorú nadväzuje na jednej strane vstupný prechodový diel 210, zaisťujúci plynulý prechod z kruhového tvaru priečneho prierezu na pravouholníkový tvar, a ktorá je opatrená dvomi nekovovými okienkami z plastu alebo keramického materiálu, transportného pre krátke vlny, ktoré majú malé rozmery, veľkú hrúbku a licujú s okolitou stenou komory 200, dve jednoduché spojovacie slučky, ktoré sú umiestnené za okienkami a výstupný prechodový diel 212, ktorý zaisťuje plynulý prechod z pravouholníkového tvaru prierezu do kruhového tvaru. Komora 200 neobsahuje žiadne pohyblivé časti, pri ktorých by mohlo dôjsť k poruchám, a v komore 200 tiež nezasahuje do prúdu materiálu nič, čo by mohlo spôsobiť upchatie priechodu alebo narušenie prúdu, pričom nie sú nutné ani elektronické súčasti na kontrolu procesu.

Dosahovaná presnosť merania pri zariadení podľa vynálezu je závislá od schopnosti presného zmerania kritického kmitočtu. Zdroj kmitov s požadovanou frekvenciou môže byť vytvorený ako veľmi stabilný a presný, ak sa pre konštrukciu tohoto zdroja využijú známe digitálne zdroje pevných kmitočtov v širokom pásme. Pretože výpočet kmitočtu závisí od tvaru charakteristík, závislých od kmitočtu viac ako od absolútnej amplitúdy alebo fázových meraní, nemôžu byť namerané výsledky ovplyvnené dlhodobým kolísaním výkonu, posuvom zosílenia signálu, zmenou citlivosti detektora a podobne.

Presnosť merania, dosahovaná pri zariadení podľa vynálezu, závisí v prvom rade od schopnosti zariadenia presne zistiť kritický kmitočet. Zdroje kmitočtu môžu byť vytvorené ako veľmi stabilné zdroje, ktoré možno veľmi presne nastaviť na požadovaný kmitočet použitím známych digitálnych kmitočtových syntetizátorov. Pretože výpočet požadovaného kmitočtu závisí skôr od charakteristických hodnôt závislých od kmitočtu než od absolútnej amplitúdy alebo merania fázového posuvu, nie sú namerané výsledky ovplyvnené dlhodobým kolísaním výkonu, posunom zosílených hodnôt alebo zmenami citlivosti detektoru a podobne .

K výhodnému meraniu kmitočtu pristupuje ešte zjednodušené približovanie k medznému kmitočtu podľa vynálezu, ktoré nebolo možné dosiahnuť pri iných riešeniach známych zo stavu techniky. V oblasti kritických hodnôt kmitočtov nedochádza k žiadnemu šíreniu energie mimo bunky obsahujúcej spracúvanú vzorku. Tým je tiež vylúčená možnosť vzniku porúch v časti zariadenia nadväzujúcej na komoru 200. V tomto prípade sa tiež nevyskytuje žiadny vzťah k postupnému šíreniu krátkych vín, prebiehajúcemu po niekoľkých dráhach alebo viacnásobných odrazoch vonkajších odrazných jednotiek.

Ak sa kmitočet približuje oblasti medzného alebo kritického kmitočtu, stáva sa účinná dĺžka vedenej vlny energie dopravovanej vo vlnovode príliš veľkou. Dĺžka neusmerňovanej vlny v spracúvanom materiále je vždy dvakrát tak veľká ako zvislý rozmer bunky pre uloženie vzoriek pri prerušení alebo vypnutí bez ohľadu na skutočný medzný kmitočet. Dôsledkom toho je, že dĺžka vln je vždy oveľa väčšia ako priemer akejkoľvek vzduchovej bubliny, ktorá sa privádza do kvapaliny, alebo väčšia než akákoľvek pevná častica, ktorá prechádza bunkou. V dôsledku toho nie sú vlny rozptyľované bublinami v kvapaline alebo inými pevnými časticami a v dôsledku toho sa nemôžu vyskytnúť žiadne meracie závady vyvolané rozptyľovaním krátkych vln.

Komora na uloženie vzoriek môže mať ľubovoľnú veľkosť, pričom pri návrhu ich dimenzií treba počítať s tým, že by malo byť možné uložiť v tejto komore širokú paletu spracúvaných materiálov alebo že by malo byt možné priviesť do nej medznú frekvenciu pre určitý dielektrický materiál s ľubovoľnou hodnotou. Zatiaľ čo rad meracích situácií vedie k jednoduchej veľkosti meracích buniek, pri ktorých je rozsah kritického kmitočtu umiestnený do mikrovlnnej časti spektra, praktické aplikácie riešení podľa vynálezu nie sú obmedzené na toto kmitočtové pásmo.

Za príklad takejto modifikácie základného riešenia možno pokladať konštrukciu závislú od hodnoty kmitočtu a podobnú konštrukciu mikrovlnnej interdigitálnej pásmovej priepustnosti, ktorá pozostáva zo sústavy rezonátorových tyčí, ktoré sú vzájomne rovnobežné a sú umiestnené v odstupoch od seba vo vnútri uzavretej skrine a konce tyčí majú striedavo uzemnené, ako je to zrejmé z obr. 19a a 19b. Pripojenie energie ku konštrukcii priepustom od jednej tyče k druhej zaisťuje presnú prenosovú funkciu, závislú od kmitočtu. Meracia komora by mohla byt v tomto prípade vytvorená podobne ako pri priepuste, ale mala by byť opatrená vstupným otvorom a výstupným otvorom, ktoré majú umožniť priechod vzduchu so zisťovanou vlhkosťou medzi jednotlivými tyčami. Výskyt vlhkosti vo vzduchu alebo v inom plyne mení dielektrické vlastnosti medzier medzi tyčami a ovplyvňuje tak tvary filtračných charakteristík. Meranie kmitočtovej odozvy tejto komory na uloženie vzoriek vedie k zisteniu vlhkosti vzduchu alebo dielektrických hodnôt iných plynov, ktoré môžu vzorky obsahovať. Strmosť charakteristiky závislej od kmitočtu a jej citlivosť na zmeny dielektrických a stratových vlastností plynov vyplňujúcich priestory medzi jednotlivými tyčami môže byť riadená počtom tyčí a veľkosťou odstupov medzi nimi, prípadne voľbou materiálu použitého na konštrukciu komory.

Iné alternatívne uskutočnenie spôsobu podľa vynálezu využíva ortogonálne polarizované signály, ktoré prechádzajú meracou bunkou a v dôsledku toho tiež meraným materiálom. Ak je meracia bunka v priečnom reze asymetrická v tom zmysle, že usmerňovacia konštrukcia pre dve polarizácie má určitý tvar alebo odstup, aby udeľovala určitú medznú frekvenciu a charakteristiku šírenia dvoch ortogonálnych vín, potom výstupné signály, zodpovedajúce dvom polarizáciám, môžu byt medzi sebou porovnávané ako prostriedky na zisťovanie elektromagnetických vlastností materiálu. Rozdiely medzi obomi polarizáciami v ich amplitúde alebo fáze budú funkciami geometrie meracej bunky a permitivity a permeability spracúvaného materiálu. Výhoda poskytovaná touto modifikáciou riešenia podľa vynálezu spočíva v tom, že možno použiť redukovanú šírku kmitočtového pásma a pritom sú výsledky meraní v oblasti meraní relatívnych hodnôt amplitúdy alebo fázy lepšie než v oblasti absolútneho merania.

Ak sa rovnaký zdroj signálu využíva na generovanie dvoch polarizácií, nemôžu zmeny vo výstupnom výkone ovplyvniť dosahované výsledky. Ak sa na zachytávanie výstupných signálov používa spoločný príjmač, potom nie sú posuvy v prijímacích charakteristikách nadväzujúcich na čas alebo teplotu dôležité. Pretože obe polarizácie prechádzajú rovnakým materiálom v rovnakom čase, nemusí sa zaisťovať žiadna kompenzácia pre rozdiely dĺžky dráh alebo pre iné faktory, ktoré by mohli ovplyvniť absolútnu hodnotu amplitúdového alebo fázového meracieho približovania .

V príkladných uskutočneniach na obr. 20 až 29 je zobrazené zvlášť výhodné príkladné uskutočnenie meracieho ústrojenstva 300 na meranie elektromagnetických vlastností podľa vynálezu. Meracie ústrojenstvo 300 z obr. 20 sa odlišuje od meracej jednotky z príkladov na obr. 9 až 13 a 15 až 16 predovšetkým použitím širokopásmovej vlnovodnej spojovacej konštrukcie v predchádzajúcich príkladných uskutočneniach a pomerne úzkej úzkopásmovej spojovacej konštrukcie vo forme rámových antén v tomto druhom uskutočnení. Ako bude podrobnejšie popísané v ďalšej časti popisu, širokopásmová spojovacia konštrukcia podľa obr. 20 je schopná zaisťovať prenos krátkych vln novým spôsobom, ktorý zaisťuje efektívne spojenie zdroja mikrovlnnej energie, privádzanej koaxiálnym prenosovým káblom s vlnovodom vo forme komory alebo bunky cez viacoktavovú šírku pásma cez zaradenú mikropásku, k štrbinovému spojovaciemu obvodu.

Na obr. 20 je znázornené v príkladnom uskutočnení meracie ústrojenstvo podľa vynálezu, upravené na meranie elektromagnetických vlastností a vytvorené podobne ako meracia jednotka z obr. 9, ktoré obsahuje meraciu komoru 300 so vstupným otvorom 302. vymedzeným vstupným prstencom 304. a výstupným otvorom 306. tvoreným výstupným prstencom 308. Vstupný prstenec 304 aj výstupný prstenec 308 sú spojené s medziľahlými prechodovými dielmi 310, 312, v ktorých prebieha plynulá zmena z kruhového tvaru priečneho prierezu na pravouholníkový tvar priečneho prierezu vnútorného kanálu. Meracia bunka 314 má pravouholníkový prierez a je umiestnená medzi obomi prechodovými dielmi 310, 312. Zdokonalená krátkovlnná spojovacia konštrukcia podľa príkladného uskutočnenia z obr. 20 obsahuje prenosovú krátkovlnnú prvú spojovaciu konštrukciu 316 a zrkadlovo vytvorenú druhú krátkovlnnú spojovaciu konštrukciu 316' . Každá spojovacia konštrukcia 316, 316' je uložená v pravouholníkovom otvore 318. ktorý je vytvorený na oboch vzájomne protiľahlých plochách 320, 320' komory 300. Pre zjednodušenie popisu bude v ďalšej časti objasňovaná len jedna prenosová spojovacia konštrukcia 316, pričom sa rozumie, že druhá prenosová spojovacie konštrukcia 316' obsahuje rovnaké súčasti v zrkadlovom usporiadaní. Pravouholníkový otvor 318 obsahuje vybranie 322. ktoré je zobrazené na obr. 29, takže pravouholníkový otvor 318 má vnútornú časť s menšou prierezovou plochou, ktorá je obklopená po obvode vonkajšou časťou tvorenou polodrážkou 319. Tento vonkajší úsek je zakončený v bočnej ploche 322. Dielektrický tesniaci diel 324 má tvar komplementárny k tvaru otvoru 318 a je vložený a udržovaný v tomto otvore 318. Krycia doska 330, ktorá bude popísaná podrobnejšie v ďalšej časti, je pritláčaná na dielektrický tesniaci diel 324. Krúžok 326 v tvare 0 je umiestnený v otvore 318 medzi polodrážkou 319 a komplementárnou polodrážkou 328 na tesniacom diele 324. Tesniaci diel 324 je vytvorený v vhodného dielektrického materiálu, napríklad polytetrafluóretylénu (PTFE), polypropylénu a iných vhodných polymérnych materiálov, napríklad z ULTEMu firmy DuPont.

Kovová krycia doska 330. ktorej telesné vytvorenie je najlepšie vidieť na obr. 24 až 27, obsahuje štyri otvory 332 pre vloženie závitových upevňovacích prvkov 334. ktorými je krycia doska 330 voľne pripevnená k zodpovedajúcim upevňovacím otvorom 336 v bočných paralelných plochách 320 komory 300. Druhý krúžok 337 v tvare O je tesne uložený medzi krycou doskou 330 a obvodovou škárou 339 vytvorenou medzi dielektrickým tesniacim dielom 324 a bočnou paralelnou plochou 320. Vonkajšia plocha 338 krycej dosky 330 obsahuje sústavu piatich otvorov; z ktorých štyri otvory 340 sú usporiadané vo vrcholoch pomysleného štvorca a v rovnakých odstupoch od seba a piaty stredný otvor 342 je umiestnený uprostred medzi nimi. V strednom otvore 342 je uložený bežný a na trhu normálne dostupný a koaxiálne uložený konektor 344 na pripojenie páskového vedenia pre veľmi krátke vlny, ktorý je udržovaný na povrchu krycej dosky 330 štyrmi upevňovacími skrutkami 346, uloženými v štyroch otvoroch 340. Vnútorná plocha 348 krycej dosky 330 obsahuje vybraný priestor 350, v ktorom je vytvorený stupeň 352, ktorý oddeľuje hlbší hranolovitý priestor 354 od horného hranolovitého priestoru 356. Treba zdôrazniť, že hlbšie a horné hranolovité priestory 354, 356 majú rovnakú dĺžku, zatiaľ čo šírku má hlbší hranolovitý priestor 354 menšiu než horný hranolovitý priestor 356. ako je to zrejmé z príkladu na obr. 26.

Rozmerom spodného hlbšieho pravouholníkového priestoru 354 sú prispôsobené rozmery hranolovitého dielektrického bloku 358, ktorý je uložený v spodnom hlbšom pravouholníkovom priestore 354. Hranolovitý dielektrický blok 358 môže byť vytvorený z rovnakého materiálu ako dielektrický tesniaci diel 324 .

SUBSTITUTE SHEET

Na obr. 21 až 23 je doska 360 s mikrovlnným obvodom, ktorej tvar a rozmery zodpovedajú tvaru a rozmerom horného hranolovitého priestoru 356 a ktorá je upevnená v tomto hornom hranolovitom priestore 356 pomocou štyroch skrutiek 362. ktoré sú zaskrutkované svojim závitom v príslušných dierach 364, 366 v doske 360 stupni 352 krycej dosky 330. Doska 360 s mikrovlnným obvodom je opatrená viacvrstvovým obvodom tvoreným vhodným dielektrickým materiálom 368 a vodičom 370 vedeným v tvare písmena L, ktorý je zapustený alebo prekrytý vrstvami dielektrického materiálu 368, a skupinou štrbinových vedení 372, 374, 376 na vonkajšej ploche uzemnenej roviny 377 dielektrického materiálu. Pri tomto riešení je výhodné, že vodič 370 v jednej vrstve viacvrstvového elektrického obvodu prebieha naprieč k štrbinovým vedeniam 372, 374, 376. V doske 360 v mikrovlnným obvodom je vytvorených päť otvorov 378, 380 v takom usporiadaní, že koaxiálny konektor 344 je pripojený a elektricky prepojený s vodičmi 370 elektrického obvodu 370. Štyri otvory 378. rozmiestnené v rovnakých vzájomných odstupoch, sú spojené s uzemnenou rovinou 377, obsahujúcou štrbiny. Stredný otvor 380 spája stredný vodič koaxiálneho káblu s vodičom 370, ktorý je súčasťou mikropáskového obvodu. Okrem toho obsahuje doska 360 s mikrovlnným obvodom metalizované okraje 382 na zamedzenie možnosti napojenia elektrického poľa mimo tieto okraje, pričom tieto metalizované okraje 382 pomáhajú udržovať orientáciu elektrického poľa vnútri komory 300.

Ako je najlepšie vidieť z obr. 29, v úplne zostavenom mikrovlnovom konektore je mikrovlnový obvod, vytvorený na doske 360. uložený do vrstvenej konštrukcie, ktorá má dve vonkajšie vrstvy tvorené dielektrickými blokmi 324, 358. V pojmoch používaných v odbore elektrickej transformácie obsahuje táto sústavy podľa vynálezu bežný koaxiálny kábel vedúci k mikropáskovému konektoru 344, prepojenému s modifikovaným mikropáskovým obvodom s vodičom 370, ktorý na druhej strane prepája medzi sebou najmenej jedno štrbinové vedenie 372, 374, 376. Tieto štrbinové vedenia 372, 374, 376 sú pritláčané proti dielektrickému okienku alebo prevádzkovému tesniacemu dielu 324. takže elektrické polia vytvorené v štrbinových vodičoch privádzajú energiu dielektrickým okienkom do vlnovodnej meracej bunky 314. Rozloženie poľa v jednotlivých štrbinách vytvára elektrické pole, ktorého orientácia vnútri vlnovodu je priečne k požadovanému smeru postupu krátkych vín, prípadne ak je kmitočet nižší ako medzný kmitočet vlnovodu, je táto orientácia priečna k požadovanému smeru priameho spojenia. Mikropáskový obvod je popisovaný ako modifikovaný obvod kvôli dielektrickému materiálu dielektrického bloku 358 a kovovej krycej doske 330. ktorá prekrýva obvod tvorený jednotlivými vodičmi 370. Kovová krycia doska 330 chráni takto vytvorený obvod pred poškodením a zaisťuje potrebnú pevnosť spojovacej konštrukcie, ktorá by mala odolávať vysokým tlakom, ktoré pôsobia vmnútri vlnovodu.

Pre dosiahnutie mimoriadne širokých prevádzkových hodnôt sa použila skupina štrbinových vedení 372, 374, 376. Tieto štrbinové vedenia 372, 374, 376 sú vzájomne rovnobežné a sú umiestnené v odstupoch od seba, závislých od kmitočtu. Kolmo na tieto štrbinové vedenia 372, 374, 376 prebieha jediný mikropáskový vodič 370. ktorý pretína štrbinové vedenia 372, 374, 376 v ich stredoch. Každé štrbinové vedenie 372, 374, 376 má dĺžku rovnú približne jednej polovici dĺžky vlny vo vybranom kmitočte a je vzdialené približne o jednu štvrtinu dĺžky vlny zvoleného kmitočtu od otvoreného konca mikropáskového vedenia. Štrbinové vedenia 372, 374, 376 sú v alternatívnom výhodnom uskutočnení na oboch svojich koncoch buď v krátkych úsekoch štrbinových vedení 372, 376, alebo v otvorenom štrbinovom vedení 374. aby sa vytvárali stojaté vlny vnútri každého štrbinového vedenia. Alternatívne krátke a otvorené spojenie vyvoláva zmeny fázy stojatých vín od jedného štrbinového vedenia k druhému. Striedavé fázy obmedzujú nežiadúce spojenie medzi susednými vedeniami rovnako účinne ako logaritmická periodická anténa z anténnych sústav, ktorých jednotlivé prvky sú napájané z jednotlivých fáz elektrického prúdu. Pri tomto riešení je tiež výhodné použitie logaritmického periodického odstupu medzi jednotlivými štrbinovými vedeniami čo sa týka vzdialenosti a tým aj kmitočtu, ale nevyžaduje sa pre dosiahnutie základných účinkov vynálezu. Z obr. 21a je zrejmé, že mikropáskový vodič 370' môže mať meandrovitý priebeh, pri ktorom sa otáča späť a opäť dopredu napríklad v serpentínových útvaroch alebo v kľukatom tvare, v ktorom tento vodič pretína štrbinové vedenia v pravom uhle, v priestore medzi štrbinami pre zvýšenie elektrickej dĺžky i bez vytvárania veľkých medzier medzi jednotlivými štrbinami.

Dĺžka vln pre šírenie energie vnútri mikropáskového vodiča a štrbinových obvodov môže byť riadená nezávisle od dĺžok vín energie s rovnakým kmitočtom vnútri vlnovodu vhodnou voľbou dielektrického materiálu 368 pre vytvorenie dosky ako podkladu pre vytvorenie elektrického obvodu z mikropáskových vodičov a zo štrbinových vodičov v šírke zodpovedajúcej návrhu obvodu. Dĺžka vln vnútri vlnovodu je riadená dielektrickými vlastnosťami materiálovej výplne vlnovodu a odstupom oboch protiľahlých stien vlnovodu od seba. Dielektrický materiál 368 má najmä vysokú relatívnu dielektrickú konštantu, približujúcu sa 10, a je tvorený najmä polytetrafluóretylénom (PTFE) plneným keramickým materiálom, prredávaným pod ochrannou známkou RT/Duroid 6010 firmy Rogers Corporation. Táto nezávislá kontrola dĺžky vln umožňuje účinné napojenie zdroja energie na vlnovod tak pod medzným kmitočtom, ako aj nad medzným kmitočtom bez ohľadu na druh materiálu tvoriaceho materiálovú výplň vlnovodu.

Riešením podľa vynálezu sa dosahuje značný počet významných výhod oproti známemu stavu techniky pri napojovaní zdroja energie s vlnovodnou konštrukciou. Ďalšie výhody sa získavajú pri využití tejto vlnovodnej konštrukcie ako časti prevádzkového meracieho zariadenia, napríklad meracieho ústrojenstva na meranie dielektrických vlastností, pri ktorom je vnútorný priestor vlnovodu vyplnený materiálom udržovaným na prevádzkových tlakoch a teplotách. Medzi tieto výhody možno účinnosti spojenia vo viacoktavovom prepojenie polí s vnútornými úsekmi vlnovodu pri kmitočtoch pohybujúcich sa tak nad medzným kmitočtom, ako aj pod medzným kmitočtom, určeným druhom materiálu uloženého vo vlnovode a vzájomnú vzdialenosť pozdĺžnych stien vlnovodu. Ďalšou výhodou je prepojenie elektrických polí počítať najmä zlepšenie rozsahu pásma, vzájomné

SUBSTITUTE SHEET s vnútorným úsekom vlnovodu s vysokým stupňom polarizačnej čistoty a vytvorenie napojovacej konštrukcie, ktorá má nízke obstarávacie náklady, je vyrobiteľná z bežne dostupných materiálov a využíva bežne tlačené spoje na podkladných doskách, vyrábaných priemyslovými technikami. Výhodou riešení podľa vynálezu je tiež vytvorenie spojovacej konštrukcie, ktorej mechanický návrh bude odolný proti rozsahu výrobných priemyslových postupov. Riešením podľa vynálezu sa vytvára tiež spojovacia konštrukcia, ktorá nemá žiadne časti zasahujúce do vnútorného priestoru vlnovodu.

Claims (32)

1. Nároky pre národnú fázu

   PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Merací prístroj elektromagnetických vlastností na meranie parametrov materiálu, odvoditeľných z merania elektromagnetických vlastností materiálu pri jeho skúšaní, obsahujúci zdroj (104) regulovateľnej elektromagnetickej energie so stabilným a voliteľným kmitočtom, meraciu komoru (200) na meranie materiálu, napojenú na zdroj (104) tak, že elektromagnetická energia je vedená naprieč meracou komorou (200) na meranie materiálu, a detektor (108) citlivý na elektromagnetickú energiu vedenú naprieč meracou komorou (200), pričom amplitúdové alebo fázové charakteristiky elektromagnetickej energie vedenej naprieč meracou komorou (200) sú ovplyvnené materiálom v meracej komore (200), vyznačený tým, že meracia komora (200) má obmedzovacie rozhranie pre elektromagnetickú energiu, opatrené vstupným napájačím otvorom (226) pre príjem elektromagnetickej energie z jej zdroja (104) a výstupným napájačím otvorom (228), spojeným s detektorom (108), materiálová meracia komora (200) je dimenzovaná tak, že zabezpečuje medznú podmienku spadajúcu do prevádzkového rozsahu zdroja (104) elektromagnetickej energie, pričom medznou podmienkou je kmitočtovo závislá charakteristika útlmu, zistená pri poklese prevádzkového kmitočtu pod efektívny kritický kmitočet, ktorým je kmitočet, pri ktorom sa zastaví šírenie vln pre ekvivalentnú bezstratovú náplň meracej komory materiálom, detektor (104) je funkčný v pásme kritických kmitočtov pre vysielanie detekčného signálu, odpovedajúceho odozvovej charakteristike kritického kmitočtu meracej komory (200) obsahujúcej skúmaný materiál, a procesor (109) je spojený s detektorom (108) a je vybavený ústrojenstvom pre analýzu odozvovej chrakteristiky kritického kmitočtu a určenie parametra skúšaného materiálu s využitím uložených porovnávacích dát alebo rovníc.
2. 2. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 1, vyznačený tým, že obsahuje ústrojenst45 vo pre analýzu detekčného signálu na určenie kritického kmitočtu a procesor (109) odvodzuje vlastnosti materiálu z kritického kmitočtu a ostrosti odozvovej charakteristiky kritického kmitočtu.
3. 3. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 1 alebo 2, vyznačený tým, že obsahuje ústrojenstvo pre analýzu detekčného signálu na určenie maximálnej hodnoty derivácie logaritmu veľkosti detekčného signálu v závislosti na kmitočte, pričom procesor (109) odvodzuje vlastnosti materiálu ako funkciu tejto maximálnej hodnoty.
4. 4. Merací prístroje elektromagnetických vlastností podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 3, vyznačený tým, že zdroj (104) regulovateľnej elektromagnetickej energie je upravený na generovanie dvoch ortogonálne polarizovaných elektromagnetických signálov a meracia komora (200) je asymetrická vzhľadom na tieto dva vzájomne viazané ortogonálne polarizované elektromagnetické signály pre určenie rozdielnych kritických charakteristík a charakteristík šírenia pre ortogonálne polarizované elektromagnetické signály, pričom procesor (109) je opatrený porovnávacou jednotkou na porovnávanie výstupných signálov odpovedajúcich dvom ortogonálne polarizovaným elektromagnetickým signálom.
5. 5. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 4, vy značený tým, že vstupný napájači otvor (226) a/alebo výstupný napájači otvor (228) obsahujú najmenej jedno strbinové vedenie (372, 374,376), vytvorené v uzemnenej doske (377), a s najmenej jedným štrbinovým vedením (372, 374, 376) je spojený mikropáskový vodič (370), ktorý je súčasťou obvodu.
6. 6. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 5, vyznačený tým, že mikropáskový vodič (370) a najmenej jedno štrbinové vedenie (372, 374, 376) sú uložené v dielektrickom materiále (368) na vytvorenie dosky (360) s mikrovlnnými obvodmi.
7. 7. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 5, vyznačený tým, že jeho doska (360) s mikrovlnnými obvodmi je vybavená metalizovaným okrajom (382).
8. 8. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 5, vyznačený tým, že mikropáskový vodičový prvok (370) obvodu je v podstate kolmý na najmenej jednoštrbinové vedenie (372, 374, 376), pričom mikropáskový vodičový prvok (370) obvodu zapustený v dielektrickom materiále (368).
9. 9. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 5, vyznačený tým, že mikropáskový vodičový prvok (370) obvodu je propojený ku konektoru (344) pre spojenie koaxiálneho vodiča s mikropáskom.
10. 10. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 9, vyznačený tým, že doska (360) s mikrovlnným obvodom je umiestnená medzi prvým a druhým dielektrickým blokom (324,358).
11. 11. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 10, vyznačený tým, že obsahuje kovový krycí prvok (330) so vzájomne protiľahlými vonkajšími a vnútornými plochami, pričom vnútorná plocha obsahuje priestor pre vloženie prvého dielektrického bloku (324), nasledovaného doskou (360) s mikrovlnným obvodom, a na vonkajšej ploche je osadený konektor (344) pre spojenie koaxiálneho vodiča s mikropáskovým vodičom, prechádzajúcim krycím prvkom (330) pre pripojenie k mikropáskovému vodičovému prvku (370) na doske (360) s mik4Ί rovinným obvodom, a kovový krycí prvok (3.30) je upevnený na vonkajšej ploche meracej komory (200).
12. 12. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 11, vyznačený tým, že meracia komora (200) je na svojej vonkajšej ploche vybavená vybraním (322) pre uloženie druhého dielektrického bloku (324), licujúceho s krycím prvkom.
13. 13. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 5, vyznačený tým, že štrbinové vedenia (372, 374, 376) sú usporiadané v niekoľkých odstupoch od seba a priečne k vodičovým prvkom (370) mikropáskového obvodu, umiestneným proti stredným častiam každého štrbinového vedenia (372, 374, 376).
14. 14. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 13, vyznačený tým, že každé štrbinové vedenie (372, 374, 376) má dĺžku rovnú približne polovici vlnovej dĺžky vybraného kmitočtu a je vzdialené o približne jednu štvrtinu vlnovej dĺžky vybraného kmitočtu od otvoreného konca mikropáskového obvodu s mikropáskovým vodičovým prvkom (370).
15. 15. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 13, vyznačený tým, že štrbinové vedenia (372, 374, 376) sú striedavo ukončené na oboch koncoch buď v pomerne krátkom elektrickom obvode alebo v otvorenom obvode na vytvorenie stojatých vín vo vnútri každého štrbinového vedenia (372, 374, 376).
16. 16. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 5, v yzn ače ný tý m, že štrbinové vedenia (372, 374, 376), usporiadané v odstupoch od seba sa krížia s mikropáskovým vodičovým prvkom (370), ktorý má meandrovité usporiadanie a pretína v priemete štrbinové vedenia (372, 374, 376) v podstate v pravom uhle.
17. 17. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 16, vyznačený tým, že meracia komora (300) obsahuje vlnovod so vzájomne rovnobežnými doskami.
18. 18. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 16, v y z n a č e n ý tý m, že meracia komora (300) má stálu prierezovú plochu.
19. 19. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 16, vyznačený tým, že meracia komora (300) je zaradená do pracovnej linky prevádzkových zariadení a je elektricky izolovaná od prevádzkových zariadení pre zamedzenie vplyvu prevádzkového zariadenia na elektromagnetické vlastnosti materiálu v meracej komore (300) .
20. 20. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 16, vyznačený tým, že meracia komora (300) má svoj zvislý rozmer rovný hodnote a z nasledujúcej rovnice c

    r v
21. 21. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa najmenej jedného z nárokov 1 až 16, vyznačený tým, že meraciu komoru (300) na meranie materiálu tvorí dutá meracia komora pravouholníkového prierezu, umožňujúca taký prietok materiálu, že energia prenášaná naprieč pravouhoľníkovou komorou má polarizáciu vybranú tak, že sa získa jasne vymedzená medzná charakteristika.
22. 22. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 21,vyznačený tým, že jasne vymedzená medzná charakteristika je definovaná nasledujúcou rovnicou

    2a
23. 23. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 21,vyznačený tým, že jasne vymedzená medzná charakteristika je definovaná nasledujúcou rovnicou d(lnA( f) ) df jrl f pro f < f_c
24. 24. Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 17, vyznačený tým, že meraciu komoru (300) na meranie materiálu tvorí dutá skriňa (314) pravouhoľníkového prierezu.
25. 25. Merací prístroj na meranie elektromagnetických vlastností podľa nároku 24, vyznačený tým, že je vybavený vstupným prechodovým dielom (310) na privádzanie materiálu do spracúvacej komory a výstupným prechodovým otvorom (312) na odvádzanie materiálu z komory, pričom vo vstupnom prechodovom diele (310) sa tvar prúdu materiálu mení postupne z kruhového tvaru svojho priečneho prierezu na pravouhoľníkový tvar a vo výstupnom prechodovom diele (312) sa tvar prúdu materiálu postupne mení z pravouhoľníkového tvaru priečneho prierezu prúdu materiálu na kruhový tvar priečneho prierezu.
26. 26.Merací prístroj elektromagnetických vlastností podľa nároku 25,vyznačený tým, že meracia komora (300) je umiestnená v prietokovej dráhe prevádzkového ústrojenstva a je od tohto prevádzkového ústrojenstva elektricky izolovaná tak, že elektromagnetické vlastnosti materiálu uloženého v meracej komore (300) nie sú ovplyvňované prevádzkovým zariadením.
27. 27. Spôsob merania parametra materiálu, ktorý sa môže určiť meraním elektromagnetických vlastností skúmaného materiálu, pri ktorom sa najprv generuje regulovateľná elektromagnetická energia so stabilným voliteľným kmitočtom, skúmaný materiál sa vedie cez meraciu bunku a pritom sa v tejto meracej bunke vystaví elektromagnetickej energii, pričom materiál v meracej bunke ovplyvní amplitúdu, alebo fázu tejto elektromagnetickej energie, vyznačený tým, že meracia bunka má energiu obmedzujúcu rozhranie, dimenzované fyzikálne tak, aby zabezpečilo takú medznú podmienku, že vo vnútri rozhrania nebude dochádzať k šírenium ale len k priamemu spojeniu pre rozsah pôsobiacich prevádzkových kmitočtov, pričom kmitočet elektromagnetickej energie sa mení v tomto rozsahu prevádzkových kmitočtov odpovedajúcich medznej podmienke pre produkovanie výstupného signálu s určitým kmitočtovým tvarom, vyjadrujúcim odozvovú charakteristiku medzného kmitočtu, táto odozvová charakteristika medzného kmitočtu, vyvolaná elektromagnetickými vlastnosťami materiálu prechádzajúceho rozhraním obmedzujúcim šírenie energie a citlivým na veľkosť kmitočtu, sa analyzuje a nakoniec sa určí parameter skúmaného materiálu analýzou odozvovej charakteristiky medzného kmitočtu.
28. 28. Spôsob podľa nároku 27, vyznačený tým, že pri analýze sa určuje medzný kmitočet éi ostrosť odozvovej charakteristiky medzného kmitočtu a z toho sa odvodzuje parameter materiálu.
29. 29. Spôsob podľa nároku 27 alebo 28, vyznačený tým, že pri analýze sa určuje maximum derivácie logaritmu veľkosti detekčného signálu v závislosti na kmitočte a parameter materiálu sa odvodzuje v závislosti na maxime.
30. 30. Spôsob podľa nároku 27, vyznačený tým, že elektromagnetická energie obsahuje dva ortogonálne polarizované elektromagnetické signály a obmedzujúce rozhranie je asymetrické tak, aby predstavilo určité medzné charakteristiky a charakteristiky šírenia pre ortogonálne polarizované elektromagnetické signály, pričom výstupné signály, odpovedajúce dvom ortogonálne polarizovaným elektromagnetickým signálom, sa vzájomne porovnávajú pre určenie parametra materiálu.
31. 31. Spôsob podľa nároku 27, vyznačený tým, že určovanie parametrov skúšaného materiálu obsahuje určovanie jeho vlhkosti.
32. 32. Spôsob podľa nároku 27, vyznačený tým, že sa využíva útlm v priepustnom pásme pre určovanie hustoty materiálu.