SU1245965A1 - Сверхвысокочастотный влагомер - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к радиотехнике. Цель изобретени  - повышение точности измерений путем исключени  вли ни  переменной длины волны и толщины материала. СВЧ-влагомер содержит управл емый по частоте СВЧ г-р 1, низкочастотный управл ющий г-р 2, разв зывающий аттенюатор 3, регул тор .мощности 4, блок выделени  отраженного сигнала (БВОС) 5, два СВЧ-де- тектора 6 и 12, дифференциальный у-ль 7, излучающую и приемную антенны 8 и 10, полупрозрачный отражатель 9, контролируемый материал II, логарифмический преобразователь 13, регулируемый видеоусилитель 14, усредн ющий фильтр 15, у-ль огибающей сигнала (УОС) 16, синхронный детектор 17, индикаторный прибор 18 и источник опорного напр жени  (ИОН) 19. СВЧ- влагомер обеспечивает измерение влажности диэлектрических материалов, преимущественно тканей, кож, пленок и других рулонных и листовых материалов, с использованием эл.-магн. излучени  СВЧ. Цель достигаетс  введением БВОС 5, детектора 6, дифференциального у-л  7, полупрозрачного отражател  9, регулируемого видеоусилител  14, усредн ющего фильтра 15, УОС 16 и ИОН 19 1 3. п. ф-лы, 1 ил. (Л ГС 4 сд со О5 ел

Description

Изобретение относитс  к радиотехнике и может быть использовано дл  измерени  влажности диэлектрических материалов, преимущественно тканей, кож, пленок и других рулонных и листовых материалов, с ис- пользованием электромагнитного излучени  сверхвысоких частот (СВЧ).

Цель изобретени  - повышение точности измерений путем исключени  вли ни  пере- менной длины волны и толщины материала.

На чертеже приведена структурна  электрическа  схема сверхвысокочастотного влагомера .

Сверхвысокочастотный влагомер содержит управл емый по частоте сверхвысоко- частотный генератор 1, низкочастотный управл ющий генератор 2, разв зывающий аттенюатор 3, регул тор 4 мощности СВЧ колебаний (например, на pin диоде), блок 5 выделени  отраженного сигнала, с использованием направленного ответвител  или ферритового циркул тора, второй сверхвысокочастотный детектор 6, дифференциальный усилитель 7, излучающую антенну 8, полупрозрачный отражатель 9, выполненный например, в виде системы параллельных проводников, расположенных на рассто нии меньшем Кш,„/4 и ориентированных под углом , отличным от К.л/2 (К О, ±1, ±2, ...) по отнощен-ию к вектору пол ризации излучаемой волны, приемную антенну 10, при этом контролируемый материал 11 располо- жен между антеннами под углом 45° к направлению излучени , первый сверхвысокочастотный детектор 12, логарифмический преобразователь 13, регулируемый видеоусилитель 14, усредн ющий фильтр 15, усилитель 16 огибающей сигнала, синхронный детектор 17, индикаторный прибор 18, и источник 19 опорного напр жени .

Сверхвысокочастотный влагомер работает следующим образом.

Сверхвысокочастотный генератор 1 под

воздействием пр моугольного напр жени  низкой частоты вырабатываемого низкочастотным управл ющим генератором 2, генерирует колебани  с длинами волн К и К-2 с периодом повторени  низкочастотного управл ющего генератора 2. СВЧ колебани  через разв зывающий аттенюатор 3, регул тор 4 мощности, блок 5 выделени  отраженного сигнала поступают в излучающую антенну 8 и излучаютс . Частично отраженна  полупрозрачным отражателем 9 электромагнитна  волна, пройд  через блок 5 выде- лени  отраженной волны, детектируетс  сверхвысокочастотным детектором 6 отраженного сигнала. Продетектированный сигнал Ug поступает на первый вход дифференциального усилител  7, на второй вход которого подаетс  посто нное напр жение Uni от источника 19 опорного напр жени . Выходной сигнал дифференциального усили5

5 5 о 5

0

0

5 0

тел  7, пропорциональный разности (Uoi - -Ug) поступает на регул тор 4 мощности, например на pin диоде. Очевидно, выпр мленный сверхвысокочастотным детектором 6 отраженный сигнал определ етс  величиной СВЧ мощности, генерируемой сверхвысокочастотным генератором 1, коэффициентом отражени  полупрозрачного отражател , коэффициентами передачи и неравномерностью частотных характеристик излучающей антенны 8, волноводов, блоком 5 выделени  отраженного сигнала сверхвысокочастотного детектора 6. В результате регулировани  СВЧ мощности исключаетс  вли ние неравномерности частотных характеристик СВЧ тракта и уровн  генерируемой сверхвысокочастотным генератором 1 мощности на разных частотах. Кроме того, практически исключаетс  неравномерность частотных характеристик приемной антенны 10 и сверхвысокочастотного детектора 12, если они однотипны с излучающей антенной 8 и сверхвысокочастотным детектором 6 соот- ветственноЧтобы исключить вли ние на качество стабилизации уровн  излучаемой мощности СВЧ колебаний сигнала, отраженного влажным материалом, антенны располагаютс  так, чтобы направление распространени  электромагнитных колебаний составл ло угол ф 45° с плоскостью, в которой движетс  влажный материал. При этом отраженна  влажным материалом волна не попадает в излучающую антенну 8.

Таким образом, применение полупрозрачного отражател  и специальной ориентации антенны позвол ет осуществить стабилизацию СВЧ мощности излучени  в широком диапазоне частот.

Приемна  антенна 10 воспринимает про- н.1едщую через влажный материал с эффективной толщиной d do/cos9 электромагнитную волну и на нагрузке сверхвысокочастотного детектора 12 при генерации сверхвысокочастотным генератором 1 колебаний с длиной волны ч выдел етс  продетекти- рованный сигнал, равный

U,V PoKi2e-(,(1)

а при генерации колебаний с длиной волны

PoKi e- + « ,(2)

где РО - излучаема  мощность СВЧ колебаний;

Ki2- коэффициент передачи сверхвысокочастотного детектора 12; ао - коэффициент затухани  сухого материала;

YI.Y2-нормированные коэффициенты затухани , завис щие от количества влаги в материале при длине волны А.1 и Ха соответственно. После логарифмического преобразовател  13 и регулируемого видеоусилител  14

амплитуды сигналов LJi™ будут иметь значени :

, lOgPo- ao(I+Yi)

31 UM Ki4K,3Ui2 KullogPo -«0 (1+72) d.

Переменна  составл юща  сигнала на входе усилител  16 огибающей равна

Ui6 Uu -Uu Knaod ().(4)

В то же врем  на выходе усредн ющего фильтра 15 выдел етс  средний уровень сигнала, равный

и,, j( logPo - -(2+7,+72)

Сигнал, пропорциональньш logPo, может быть скомпенсирован подачей посто нного смещени  Uo2 на второй вход регулируемого видеоусилител  14. Коэффициент передачи регулируемого видеоусилител  14 можно представить следующим образом

Кt.) ,2Ki7

,(2+Yi+Y2) -Од

(5)

где Ki4 - посто нна  величина.

Таким образом, сигнал, поступающий на индикаторный прибор 18, может быть представлен следующим выражением:

UBUX Ki/KieUn Ki7-Ki6-Ki4aodX

Х(т,-у.)К,гкЛК| - 71-72

к2+Yi+Y2

где

Ki6 - коэффициент передачи

Claims (2)

1. Сверхвысокочастотный влагомер, содержащий управл емый по частоте сверхвысокочастотный генератор, к выходу которого подключены последовательно соединенные разв зывающий аттенюатор и регул тор мощности, излучающую и приемную антенны между которыми расположен контролируемый материал под углом к направлению излучени , последовательно соединенные первый сверхвысокочастотный детектор, вход которого подключен к приемной антенне и логарифмический преобразователь, синхронный детектор, к выходу которого подключен индикаторный прибор, а также низкочастотный управл ющий генератор, соединенный своим выходом с управл ющими входами синхронного детектора и сверхвы- сокочастотного генератора, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  точности измерений , путем исключени  вли ни  переменной длины волны, в него введены полупрозрачный отражатель, расположенный перед излучающей антенной, блок выделени  отраженного сигнала, последовательно соединенные второй сверхвысокочастотный детектор и дифференциальный усилитель, источник опорного напр жени , причем блок выделени  отраженного сигнала своим входом соединен с выходом регул тора мощности , первым выходом - с излучающей антенной, вторым выходом - с вторым сверхвысокочастотным детектором, к выходу дифференциального усилител  подключен управл ющий вход регул тора мощности, при этом второй вход дифференциального усилител  соединен с первым входом источника

усилител  16 огибающей) 40 опорного напр жени .

К|7 - коэффициент передачи синхронного детектора 17;

К К|б Км К|4-2 - посто нна  величина, так как технически можно достичь высокой стабильности усилител  16 огибающей и синхронного детектора 17.

Как видно из полученного выражени , выходной сигнал влагомера не зависит от толщины d контролируемого материала (плотности, структуры и т. п.) в сухом состо нии характеризуемых величиной ао. Кроме того, так как величины yi и 72 вход т

45

50

2. Влагомер по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  точности измерений путем исключени  вли ни  толщины материала , в него введены последовательно включенные регулируемый видеоусилитель и усилитель огибающей сигнала, усредн ющий фильтр, при этом выход логарифмического преобразовател  соединен с первым входом регулируемого видеоусилител , второй вход - с выходом усредн ющего фильтра , третий вход - с вторым выходом источника опорного напр жени , выход - с входом усредн ющего фильтра, причем выход усилител  огибающей сигнала соединен

Редактор Н. Яцола Заказ 3991/35

С сигнальным входом синхронного детектора. Составитель Ю. .Мамонтов

Те.хред И. ВересКорректор А. Обручар

Тираж 778Подписмое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

в числитель и знаменатель выражени  (6), то их температурные изменени  в некоторых пределах будут слабо вли ть на величину выходного сигнала.

10

20

15

25

,

35

Формула изобретени 

1. Сверхвысокочастотный влагомер, содержащий управл емый по частоте сверхвысокочастотный генератор, к выходу которого подключены последовательно соединенные разв зывающий аттенюатор и регул тор мощности, излучающую и приемную антенны между которыми расположен контролируемый материал под углом к направлению излучени , последовательно соединенные первый сверхвысокочастотный детектор, вход которого подключен к приемной антенне, и логарифмический преобразователь, синхронный детектор, к выходу которого подключен индикаторный прибор, а также низкочастотный управл ющий генератор, соединенный своим выходом с управл ющими входами синхронного детектора и сверхвы- сокочастотного генератора, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  точности измерений , путем исключени  вли ни  переменной длины волны, в него введены полупрозрачный отражатель, расположенный перед излучающей антенной, блок выделени  отраженного сигнала, последовательно соединенные второй сверхвысокочастотный детектор и дифференциальный усилитель, источник опорного напр жени , причем блок выделени  отраженного сигнала своим входом соединен с выходом регул тора мощности , первым выходом - с излучающей антенной, вторым выходом - с вторым сверхвысокочастотным детектором, к выходу дифференциального усилител  подключен управл ющий вход регул тора мощности, при этом второй вход дифференциального усилител  соединен с первым входом источника

40 опорного напр жени .

2. Влагомер по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  точности измерений путем исключени  вли ни  толщины материала , в него введены последовательно включенные регулируемый видеоусилитель и усилитель огибающей сигнала, усредн ющий фильтр, при этом выход логарифмического преобразовател  соединен с первым входом регулируемого видеоусилител , второй вход - с выходом усредн ющего фильтра , третий вход - с вторым выходом источника опорного напр жени , выход - с входом усредн ющего фильтра, причем выход усилител  огибающей сигнала соединен