SU1589220A1 - Способ контрол параметров диэлектриков, имеющих цилиндрическую форму - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности и чувствительности. Сущность данного способа контрол  состоит в том, что по заданной формуле определ ют резонансную частоту возбуждени  открытого резонатора (ОР), соответствующую электродинамическому взаимодействию между ОР и диэлектрическим волноводом. Произвольным образом, например через щель св зи, в одном из зеркал 1 возбуждают ОР. Размещают исследуемый диэлектрик 2 в ОР вдоль продольной оси ОР, подстраивают рассто ние между зеркалами 1 до получени  максимальной амплитуды и добротности колебаний. Прот гивают волновод через ОР и при изменении частоты колебаний делают вывод об изменении посто нной распространени , а при изменении амплитуды колебаний регистрируют факт изменени  потерь в исследуемом диэлектрике 2. Повышение чувствительности достигаетс  за счет нелинейной зависимости и резкого характера изменени  амплитуды и добротности колебаний при малом изменении параметров волновода. Повышение точности измерений достигаетс  за счет того, что частота измерени  лежит в диапазоне волноведущих свойств исследуемого волновода, а также за счет фиксации не абсолютных значений, а относительных изменений добротности и частоты колебаний. 2 ил.

Description

Фиг.

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к способам измерени  параметров материалов, н предназначено дл  определени  па- раметров диэл ектрических волноводов и световодов в процессе непрерывного производства.

Цель изобретени  - повышение точ- ности и чувствительности.

На фиг.1 показано устройство дл  :реализации способа контрол  парамет- IpoB диэлектриков, имеющих цилиндри- ческую форму; на фиг.2 - зависимости |изменени  добротности системы резо- 1натор - волновод от изменени  дип- I метра исследуемого диэлектрика (при : 2,02).

Способ контрол  параметров ди- 1 электриков,- имеющих цилиндрическую форму, заключаетс  в следующем, t Исход  из величин контролируемьк ( параметров исследуемого диэлектрика: :его диэлектрической проницаемости ИИ диаметра d, а также характеристик I открытого резонатора: радиуса кри- i визны зеркал а и рассто ни  между зе калами 1, определ ют частоту настрой i ки открытого резонатора из соотно- ;Шени :

,5arccos(1-jVa) 2f 1 + dOe-tT

f

где d - диаметр исследуемого диэлектрика;

Е - диэлектрическа  дроницае- мость исследуемого диэлектрика

а - радиус кривизны зеркал открытого резонатораi 1 - рассто ние между зеркалами

открытого резонатораJ с - скорость света, Р - ближайшее целое значение выражени  3,682/irr(t-/d-1(H. Возбуждают в открытом резонаторе СВЧ-колебани  на частоте f. Размещают в открытом резонаторе исследуемый волновод и фиксируют начальног; значение частоты и добротности коле- банйй. Прот гивают волновод через открытый резонатор, регистрируют изменение добротности и амплитуды колебаний и по наличию этих изменений суд т о факте отклонени  посто нной распространени  исследуемого волновода от исходных данных.

При близости собственных частот резонатора и диэлектрического объ

5

0 5 0

5

Q

45 Q

55

екта образуетс  электромагнитно св занна  электродинамическа  система резонатор - волновод, обладающа  собственной спектральной частотой, на которой добротность системы пре- вьппает добротность каждого элемента в отдельности. Эффективное взаимодействие между диэлектрическим волноводом и резонатором происходит только на этой частоте. При малом отклонении параметров волновода от

резонансных (при фиксированной настройке резонатора) добротность системы резко падает.

В случае электродинамического взаимодействи  между резонатором и волноводом добротность системы резонатор- волновод более чем на пор док превышает добротность пустого резонатора (штрихпунктирна  крива ). Зависимость амплитуды колебаний от изменени  диаметра и диэлектрической проницаемостк аналогична.

Возможность определени  изменени  именно посто нной распространени  исследуемого волновода достигаетс  за счет того, что резонансна  частота диэлектрического волновода согшадает с частотой поперечного резонанса котора   вл етс  критической частотой его волноведущих свойств и однозначно определ етс  диаметром и диэлектрической проницаемостью волновода. Таким образом, любое изменение частоты поперечного, резонанса,указывает на изменение посто нной распространени  волновода. При этом резонансна  частота измен етс  при по влении эллип- сности, изменении радиуса и диэлектрической проницаемости волновода. В том случае, когда критическа  частота волновода не измен етс  (например, при одновременном увеличении диаметра волновода и уменьшении диэлектрической проницаемости) резонансна  частота системы резонатор - волновод также не измен етс , что указывает на сохранение неизменной посто нной распространени  волновода,

Повышение чувствительности достигаетс  за счет нелинейной зависимости и резкого характера изменени  амплитуды и добротности колебаний при малом изменении параметров волновода (фиг.2). В известных способах эта зависимость линейна  и малым изме- нени м измер емых параметров соответствует незначительное возкг щение

резонансной системы. Такое отличие св зано с тем фактом, что в предлагаемом способе используетс  на эффек изменени  рабочей частоты резонатора имеющий линейную зависимость, а эффект св зи поперечных колебаний диэлектрического волновода с одним из колебаний резонатора.

Повышение точности измерений достигаетс  дво ко. Во-первых, частота, на которой провод тс  измерени , лежит в диапазоне волноведущих свойств исследуемого волновода. Во-вторых, согласно предлагаемому способу необходимо фиксировать лишь факт изменени  добротности и частоты колебаний , т.е. относительное изменение, ;а не абсолютные значени , что может быть проведено с высокой точностью, недостижимой при измерении абсолютных величин.

Устройство дл  реализации способа контрол  параметров диэлектриков, имеюнщх цилиндрическую форму, содержащее открытый резонатор с цилиндрическими зеркалами 1 и исследуемый диэлектрик 2, работает следующим образом .

По формуле определ ют резонансную частоту возбуждени  открытого резонатора , соответствующую электродинамическому взаимодействию между резонатором и диэлектрическим волноводом Произвольным образом (например, через щель св зи в одном из зеркал) возбуждают открытый резонатор. Размещают исследуемый диэлектрик в открытом резонаторе вдоль продольной оси открытого резонатора, подстраивают рассто ние между зеркалами до

получени  максимальной амплитуды и добротности колебаний. Прот гивают волновод через открытьш резонатор, и при изменении частоты колебаний делают вывод об изменении посто нной распространени , а при изменении амплитуды колебаний регистрируют факт изменени  потерь в иссле- дуемом диэлектрике.

Claims (1)

1. Формула изобретен и.  

   Способ контрол  параметров диэлектриков , имеющих цилиндрическую форму, заключающийс  в размещении исследуемого диэлектрика в открытом резонаторе, перемещении его вдоль продольной оси открытого резонатора, регистрации изменени  частоты и добротности открытого резонатора, о т- личающийс  тем, что, с целью повышени  точностей и чувствительности , открытый резонатор настра- 5 ивают на частоту f, определ емую из соотношени ;

   5

   0

   21Г

   0 где

   5

   0

   сf1аdf Я+0 5 arc co s (;;:1 / а)

   l+d(7f-1)

   скорость светаj ближайшее целое значение выражений 3,682/Г7 1/а-1/ + 1, рассто ние между зеркалами открытого резонатора радиус кривизны зеркал открытого радиатора резонатора , диаметр исследуемого диэлектрика ;

   диэлектрическа  проницаемость, исследуемого диэлектрика.

   Кет

   if

   i4

   i3

   iZ

   a

   ho.i

   O,Of6 OfB

   IfQ

   d/a

   Фиг. 2

   Составитель А.Михайлова . . Редактор Л.Пчолинска  Техред М.Дидык Корректор Л.Пилипенко

   Заказ 2539

   Тираж 559

   ВНЙИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ С(;СР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Подписное