SU1228000A1 - Устройство дл измерени параметров материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике СВЧ-измерений и обеспечивает расширение функциональных возможностей путем обеспечени  контрол  шероховатости пластичной бетонной поверхности в процессе ее обработки. Привод 12 осуществл ет перемещение исследуемого материала (ИМ) 13 в направлении, перпендикул рном нормали к его поверхности . При движении ИМ 13 облучаетс  антенной 2, на которую поступают электромагнитные колебани  СВЧ- генератора 1, прошедшие через основное плечо направленного ответвител  6 и первое и второе плечи циркул то- ра 7. Зеркально отраженна  от поверх- ности ИМ 13 волна попадает на антен- ну 3, котора  установлена под таким же углом к нормали ИМ 13, что и антенна 2. Диффузно рассе нна  энерги  принимаетс  антенной 2. Соотношение мощностей сигналов, прин тых антеннами 2 и 3, служит мерой шероховатости отражающей поверхности. Смеситель 8 выдел ет сигнал биений двух сигналов: просачивающегос  из первого плеча циркул тора 7 во второе плечо и прин того антенной 2. Смеситель 4 выдел ет сигнал биений двух сигналов: опорного, поступающего из вспомогательного плеча направленного ответвител  6, и прин того антенной 3.Сигналы со смесителей 4 и 8 через соот-. ветствующие детекторы 10 и 11 поступают на блок 9 сравнени . Выходной сигнал блока 9 сравнени  регистрируетс  индикатором 5. 1 ил. (О ел 1чЭ ю оо

Description

1 1

Изобретение относитс  к технике ВЧ-измерений и может использовать  в строительном производстве дл  змерени  шероховатости поверхности пластичных бетонных смесей.

Цель изобретени  - расширение функциональньЕх возможностей путем обеспечени  контрол  шероховатости пластичной бетонной поверхности в процессе ее обработки.

На чертеже приведена структурна  электрическа  схема устройства дл  измерени  параметров материалов.

Устройство дл  измерений параметров материалов содержит СБЧ-генёра- тор 1, первую и вторую антенны 2 и 3,.первый смеситель 4, индикатор 5 направленный ответвитель 6, циркул - тор 7, второй смеситель 8, блок 9 сравнени , первый и второй детекторы 10 и 11, привод 12 дл  перемеще- ни  исследуемого материала 13 в направлении , перпендикул рном нормали к его поверхности.

Устройство дл  измерени  параметров материалов работает следуюш;им образом.

СВЧ генератор 1 генерирует электромагнитные колебани , которые поступают на направленньй ответзвитель 6. Основна  часть энергии источника СВЧ-генератора 1 поступает через направленньй ответвитель 6 первое плечо циркул тора 7. Из первого плеча основна  часть энергии СВЧ-колеба- ний поступает во второе плечо циркул тора J, а небольша  часть энергии за счет конечной разв зки первого и третьего, плеч циркул тора 7 поступает в третье плечо. Из второго плеча энерги  СВЧ-колебаний поступает 3 первую антенну 2 (приемопере- дакйцую), котора  облучает поверхность исследуемого материала 13 (пластичного бетонного издели ).движущегос  со скоростью .V, создаваемой приводом 12. Известно, что шероховатость поверхности  вл етс  одним из основных факторов, определ ющих соотношение зеркально отраженной и диффузно рассе нной энергии СВЧ-колебаний . Зеркально отраженна  от поверхности исследуемого матер)иала 13 волна попадает во вторую антенну 3, Диффузно рассе нна  энерги  принимаетс  первой антенной 2. При фиксированной длине волны и определенных углах падени  и отражени  соотноше-- мне мощностей сигналов, прин тых

15

20

280002

первой антенной 2 и второй антенной 3, служит мерой шероховатости отражающей поверхности. Смесителем 8 выдел етс  сигнал допплеровской частоты , представл ющий собой биение двух сигналов: просачивающегос  из первого плеча во второе плечо циркул тора 7 (гетеродинирующий сигнал) и прин того первой антенной- 2 диффузно

Q рассе нного сигнала, поступающего из второго плеча в третье плечо циркул - тора 7. Смесителем 4 вьщел етс  сигнал допплеровской частоты,представл ющий собой биение двух сигналов, опорного, поступающего из вспомогательного плеча направленного ответви- тел  6 по волноводу, и зеркально отраженного от поверхности исследуемого материала 13, прин того второй ан- .тенной 3. Выходные сигналы смесителей 4 и 8, поступающие на первый и второй детекторы 10 и 11, имеют доп- плеровское смешение частоты по отношению к сигналу, облучающему поверхj , ность через первую антенну 2. Это смещение частоты возникает в св зи с перемещением поверхности со скоростью V приводом 12.

Допплеровское смещение частоты выходных сигналов смесителей 4 и 8 позвол ет разделить сигналы, отраженные от поверхности, от сигналов, непосредственно попадающих из первой антенны 2 на входы смесителей 4 и 8, так как если скорость перемещени  по3S верхности v О, то сигналы на выходе смесителей 4 и В отсутствуют. Таким образом, поступающие на блок 9 сравнени  входные сигналы содержат информацию о соотношени х мощностей

40 зеркально отраженной и диффузно рассе нной волн, так как выходные сигналы детекторов 10 и 11 пропорциональны соответственно амплитудам диффузно рассе нной и зеркально отра45 женной волн. Выходной сигнал блока 9 регистрируетс  индикатором 5.

Дл  обеспечени  работоспособности предлагаемого устройства необходимо выбрать параметры установки передаю-

40 V./

щей и приемной антенн (угол наклона, высоту выставки, рабочую длину волны , пол ризацию). При этом определ ющим в оценке класса шероховатости поверхности пластичных бетонных сме5S сей  вл етс  отношение длины радио- . волны 7 к высоте неровности h. Аналитически , с точки зрени  процесса отражени  радиоволн от плоской гра30

31

ницы раздела двух сред, степень шероховатости поверхности определ етс  критерием Реле 

h

16 з п0„--

под

где0„дд - угол наклона луча к поверхности ,

h - высота неровностей. . Дл  работы предлагаемого устройства необходимо выбирать параметры установки: угол наклона приемопередающей антенны , угол наклона второй антенны и длину волны Л таким образом, чтобы минимальные высоты анализируемых неровностей поверхности удовлетвор ли неравенству

-Л

16 sin Эпад

(2)

Если высота неровностей на всей поверхности или на участке при отражении удовлетвор ет условию (2), то отражение в зависимости от характера неровностей будет диффузным или полурассе нным. Диффузным отражением назьшают случай отражени , при котором плотность мощности отраженной волны Пд в верхнем полупространстве зависит от угла отражени  по знаку Ламберта

П,

Петр COStf,

где Пр - плотность мощности, отраженна  в перпендикул рном направлении.

Диаграмма рассе ни  ГР, в пространстве представл ет собой сферу.

Известно, что при полурассе нном отражении мощность, отраженна  в обратном направлении под углом блод (мощность диффузно рассе нной волны уменьшаетс  при уменьшении h/ , -а мощность зеркально отраженной волны под углом брад &отр (зеркально отраженна  волна) увеличиваетс  с уменьшением Ъ/7(.

Следовательно, дл  повьш ени  точности анализа класса шероховатости с уменьшением высоты неровностей поверхности необходимо уменьшить отношение 7 /sin 0 под .

Однако увеличение угла падени  б под приводит к уменьшению доппле- ровского сдвига частоты отраженного неровност ми сигнала и поэтому неравенство (2) достигают уменьшением .

1

 

)

хт

20

2280004

Случайные шероховатые поверхности из пластичных бетонных смесей, получаемые в процессе заглаживани ,имеют нормальное распределение высот точек поверхности , поскольку образование неровностей поверхности  вл етс  результатом совместного и аддитивного действи  большого числа факторов.

При рассе нии пол  случайной шеро- .Q ховатой поверхности угловое распределение интенсивности рассе ни  пол  представл етс  функцией I(R,(,)) , называемой индикатриссой рассе ни , где R - волновой вектор подающего пол , tf - волновой вектор рассе нного пол .

в случае рассе ни  пол  на гшас- тичной бетонной смеси эту поверхность можно считать идеально отражающей (коэффициент отражени  1), поскольку эта, поверхность провод ща  и в св зи со значительной влажностью имеет большую диэлектрическую проницаемость .

25 Соотношение интенсивности диффузно рассе нной волны (интенсивности обратного рассе ни  Х .- (f ) и зеркально отраженной волны Х« ((при посто нных углах облучени  и наблю20 дени  (( и ТС , длине волны А , при неизменных рассто ни х передатчика и приемника от поверхности) характеризует шероховатость поверхности и позвол ет отнести ее к одному из классов шероховатостей. Интервал коррел ции шероховатостей поверхности пластичной бетонной смеси определ етс  размерами выступающих на поверхность наполнителей смеси (щебенка, гравий, песок и т.д.) и, как правило , при массовом производстве изделий размеры наполнителей посто нны или мало мен ютс . Поэтому соотношени  интенсивностей двух вьшеназванных волн определ ютс  параметром б - среднеквадратическим отклонением высот точек поверхности от среднего уровн , что и позвол ет внести оперативный контроль качества поверхности изделий и автоматизировать про35

40

45 ч.

50

цесс заглаживани .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  парамет- 55 ров материалов, содержащее СВЧ-гене- ратор, первую и вторую антенны, первый смеситель, индикатор, отличающеес  тем, что, с целью

   51

   расширени  функциональньгх возможностей путем обеспечени  контрол  шероховатости пластичной бетонной поверх ности в процессе ее обработки, введены направленный ответвитель, цир- кул тор и последовательно соединен- ные второй смеситель, первый детектор и блок сравнени  и второй детектор , при этом основное плечо направленного ответвител  включено между выходом СВЧ-генератора и первым плечом циркул тора, к второму плечу которого подсоединена перва  антенна, третье плечо циркул тора соединено с входом первого смесител , выход ко

   2.80006

   торого через второй детектор соединен с вторым входом блока сравнени , выход которог о подключен к входу индикатора , а выход вспомогательного пле- г ча направленного ответвител  соединен с первым входом второго смесител , к второму входу которого подсоединена втора  антенна, при этом перва  и втора  антенны установлены под 1) .одинаковыми углами к нормали к поверхности исследуемого материала, а также введен привод дл  перемещени  исследуемого материала в направлении , перпендикул рном нормали к его J5 поверхности.