SU1453337A1 - Способ измерени диэлектрической проницаемости листовых материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике измерений на СВЧ. Цель изобретени  - повышение точности измерений. Способ измерени  реализуетс  следующим образом . СВЧ-сигнал фиксированной стабильной частоты а раздел ют на измерительный сигнал (ИС) и опорный сигнал . ИС смещанзт по частоте низкочастотным сигналом Uj. Смещенный по частоте СВЧ-сигнал проходит через исследуемый материал с диэлектрической проницаемостью и принимаетс  приемной антенной. ИС с частотой со-П, прошедший через исследуемый материал, смешиваетс  с опорным сигналом и выдел етс  низкочастотный ИС, который сравнивают по фазе с сигналом U. и уменьшают частоту низкочастотного сигнала до получени  нулевой разности фаз. Затем дополнительно задерживают опорный сигнал.фиксированной частоты сз на фазовый угол (f и вновь уменьшают частоту низкочастотного сигнала до восстановлени  нулевой разности фаз. Диэлектрическую проницаемость исследуемого материала определ ют по формуле 5 Гц, / 21Г С/ (F, -Fj ) d+1 z , где Cfj - величина дополнительного фазового сдвига (ФС); С - скорость распространени  электромагнитной энергии в свободном пространстве; d - толщина исследуемого материала; F, и Fjj - смещение частоты низкочастотного сигнала до и после- введени  дополнительного ФС. 1 ил. сл с

Description

СП

00

со

со

Изобретение относитс  к технике измере15ий на СВЧ.

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

На чертеже представлена структурна  электрическа  схема устройства, реализующего способ измерени  диэлектрической проницаемости листовьпс материалов.

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, направленный ответвитель 2, блокЗ сдвига частоты, низкочастотный генератор 4, излучающую антенну 5, исследуемый материал 6, приемную антенну 7, смеситель 8, фазовращатель 9, фильтр 10 нижних частот (НЧ), усилитель 11 низкой частоты, фазовый детектор 12, фильтр 13 НЧ, индикатор 14, фильтр 15 НЧ, частотомер 16.

Устройство работает следующим образом .

Сигнал СВЧ-генератора 1 с помощью направленного ответвител  2 раздел етс  на измерительный и опорный. Измерительный сигнал смещаетс  по частоте в блоке 3 сдвига частоты сигналом НС-генератора 4. Смещенный по частоте сигнал поступает в излучающу антенну 5. Энерги  СВЧ-сигнала, прошедшего через ис следуемый материал 6 принимаетс  приемной антенной 7 и поступает на один из входов смесител  8, на другой вход которого поступает опорный сигнал. В опорном канале включен фазовращатель 9, вначале установленный в нулевое положение. Из смешанных СВЧ-колебаний фильтром 10 нижних частот выдел етс  сигнал с частотой НЧ-генератора 4, фаза которого пропорциональна значению диэлектрической проницаемости исследуемого материала 6. Выделенный сигнал усиливаетс  усилителем 11 и поступает на один из входов фазового детектора 12, на другой вход которого поступает через фильтр 15 НЧ, аналогичный фильтру Ш, напр жение с генератора 4. Выходное напр жение фазового детектора 12, пропорциональное разности фаз входных напр жений, через фильтр 13 НЧ,. который выдел ет посто нную составл ющую напр жени , воздействуе; на индикатор 14.

Изменением частоты НЧ-генератора 4 устанавливают нулевое показание индикатора 14 и производ т отсчет, частоты FI НЧ-сигнала по цифровому частотомеру 16. Затем фазовращате0

лем 9 ввод т дополнительный фазовый сдвиг tfp в опорный канал. Изменением частоты НЧ-генератора 4 восстанавливают нулевое показание индикатора 14 и измер ют частоту F НЧ-сигнала. По калибровант ому фазовому сдвигу if фазовращател  9 и двум значени м частот F i НЧ-генератора 4 определ ют диэлектрическую проницаемость исследуемого материала 6, который может перемещатьс  между а;нтеннами 5 и 7.

Таким образом, предпагаемый спо5 соб соответствует критерию изобретени  новизна. Соответствие критерию изобретени  существенные отличи  заключаетс  в следующем. Совокупность ррвых операций смешивани  смещенного по частоте СВЧ-сигнала с СВЧ-сиг- налом фиксированной, частоты, выделение сигнала частоты смещени , регулировани  его частоты до совпадени  его фазы с фазой смещающего сигнала,

5 измерени  ее значени , введени  дополнительного фазового сдвига в СВЧ- сигнал фиксированной частоты, который выбирают больше порога чувствительности в п ть-дес ть раз, измерени  ее значени  и вычислени  диэлектрической проницаемости исследуемого материала по формуле позвол ет повысить точность измерени  диэлектрической проницаемости листовых и рулонных материалов.

Способ измерени  диэлектрической проницаемости листовых материалов реализуетс  следующим образом.,

СБЧ-сигнал фиксированной стабильной частоты (О : U U, cos((ot+q),), где U, - амплитуда сигнала; tf, - его фаза, раздел ют на измерительный и опорный. Измерительный сигнал смещают по частоте НЧ-сигналом U (Ot + j) , где и V- амплитуда сигнала; Cfj - его фаза, и передают на излучающую антенну. Смещенный по частоте СВЧ-сигнал

)t+4 ,-4 j , где и, - амплитуда сигнала;

ц,- qij,- его фаза,

проходит через исследуемый материал с диэлектрической проницаемостью & и принимаетс  приемной антенной. При толщине исследуемого материала d при- 55 н тый сигнал запаздывает относительно

опорного сигнала на врем  (T|t-1), где С - скорость распространени 

0

5

0

45

50

электромагнитной энергии в свободном пространстве.

Измерительный сигнал с частотой (О-Я, прошедший через исследуемый материал , смешиваетс  с опорным сигналом , и выдел етс  низкочастотный измерительный сигнал

4 и„4 (u-Q) U t+ Cfj,

где U - амплитуда сигнала.

Низкочастотный измерительный сигнал сравнивают по фазе с низкочастотным сигналом Uj и уменьшают частоту

зультате смешивани  смещенных тг гагс- тоте сигналов с СВЧ-сигналом, находилась в пределах 20 - 30 МГц.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ измерени  диэлектрической проницаемости листовых материалов 10 на СВЧ, заключающийс  в разделении СВЧ-сигнала на опорный и измерительный сигналы, облучении измерительным сигналом, смещенным по частоте низкочастотным сигналом исследуемого матенизкочастотного сигнала до получени  15 риала, формирование смешанного сигнулевой разности фаз

   2 S-(w-a,)-(fr-1)21fK,

   нала Ъутем смешени  опорного и прошедшего через исследуемый материал сигналов, регулировании частоты низ- где ,1,2,3... - целые числа, харак- кочастотного сигнала до совпадени 

   теризующие число. .2о Фаз сигналов, смещении частоты СВЧ- полных циклов; сигнала низкочастотным сигналом до S,- кругова  частота следующего совпадени  фаз, измерении смещени , соответ- смещени  частоты сигнала с последую- ствующа  нулевой щим расчетом диэлектрической прони- разности фаз (сг,: ) 25 цаемости, отличающийс 

   Затем дополнительно задерживают тем, что, с целью повьщ1ени  точности,

   выдел ют измерительный низкочастотный сигнал из смешанного сигнала, смешивают его с низкочастотным сиг- 30 налом, добиваютс  совпадени  фаз измерительного низкочастотного сигнала и низкочастотного сигнала, измен ют фазу опорного сигнала, вновь пере- страиваю,т частоту низкочастотного сигнала до совпадени  фаз измерителы

   , -- v-f.mm л  - -tfajJIlV J CtfJi. dlU I

   опорный сигнал фиксированной частоты СО на фазовый угол Cfj, и вновь уменьшают частоту НЧ-сигнала до восстановлени  нулевой разности фаз

   2Tr(w-ni)(-1)-q,, 27K,

   где j- кругова  частота смещени , восстанавливающа  нулевую разность фаз (,). Диэлектрическую проницаемость исследуемого материала определ ют по формуле

   r iL C Лг-Г- о С Л

   . (Q,,) -L2ir ()Г7

   где F,, Fj - значени  частоты НЧ-сигнала до и после введени  дополнительной задержки опорного сигнала.

   Однозначность определени  диэлектрической проницаемости Е. по разности частот F, -Fj обеспечиваетс  при выборе фазового сдвига cf из услови 

   tp, 5 - 10)йц,,,

   где utp - порог чувствительности фазового детектора.

   35

   40

   ного низкочастотного сигнала и низкочастотного сигнала, измер ют второе смещение частоты, а диэлектрическую проницаемость рассчитывают по формуле

   .

   -- Ол.

   27 (P,-Pi)d

   45

   50

   где Ц - величина дополнительного

   фазового сдвига; С - скорость распространени  электромагнитной энергии в свободном пространстве; d - толщина исследуемого материала;

   F - смещение частоты низкочастотного сигнала до введени  дополнительного фазового сдвига;

   Значение частоты низкочастотного второго сигнала F выбирают такой, чтобы частота низкочастотного измери- тельного сигнала, образованна  в ре1А53337

   зультате смешивани  смещенных тг гагс- тоте сигналов с СВЧ-сигналом, находилась в пределах 20 - 30 МГц.

   Формула изобретени 

   Способ измерени  диэлектрической проницаемости листовых материалов на СВЧ, заключающийс  в разделении СВЧ-сигнала на опорный и измерительный сигналы, облучении измерительным сигналом, смещенным по частоте низкочастотным сигналом исследуемого материала , формирование смешанного сигвыдел ют измерительный низкочастотный сигнал из смешанного сигнала, смешивают его с низкочастотным сиг- 0 налом, добиваютс  совпадени  фаз измерительного низкочастотного сигнала и низкочастотного сигнала, измен ют фазу опорного сигнала, вновь пере- страиваю,т частоту низкочастотного сигнала до совпадени  фаз измерителы

   5

   0

   ного низкочастотного сигнала и низкочастотного сигнала, измер ют второе смещение частоты, а диэлектрическую проницаемость рассчитывают по формуле

   .

   -- Ол.

   27 (P,-Pi)d

   где Ц - величина дополнительного

   фазового сдвига; С - скорость распространени  электромагнитной энергии в свободном пространстве; d - толщина исследуемого материала;

   F - смещение частоты низкочастотного сигнала до введени  дополнительного фазового сдвига;

   F,j - второе смещение частоты после введени  дополнительного фазового сдвига.

   44

   га

   HhA

   н-А

   0