SU1666943A1

SU1666943A1 - Method of metering spacial conductance medium distribution and sensitive element for its implementation

Info

Publication number: SU1666943A1
Application number: SU884627208A
Authority: SU
Inventors: Александр Михайлович Амельянец; Юрий Никитич Пчельников; Борис Соломонович Коган; Сергей Анатольевич Балакирев
Original assignee: Специальное конструкторско-технологическое бюро Морского гидрофизического института АН УССР; Московский Институт Электронного Машиностроения
Priority date: 1988-11-17
Filing date: 1988-11-17
Publication date: 1991-07-30

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к способам и устройствам дл измерени пространственного распределени электрической проводимости среды. Цель изобретени - повышение точности измерений при одновременном расширении диапазона измерений по пространственной координате. Чувствительный элемент, подключенный через направленный ответвитель к выходу ВЧ-генератора и входу измерител , помещают в исследуемую среду, например морскую воду. Возбуждают в среде поверхностную электромагнитную волну магнитного типа, выдел ют отраженную средой волну и измер ют зависимость амплитуды отраженной волны от времени ее запаздывани . Затем с помощью градуировочных характеристик по измеренным значени м амплитуды отраженной волны и времени запаздывани отраженной волны определ ют распределение электрической проводимости среды. Чувствительный элемент выполнен из двух идентичных металлических электродов в форме штыревых гребенок, расположенных параллельно одна против другой штыр ми навстречу, а зазор между электродами заполнен диэлектрическим материалом. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.The invention relates to a measurement technique, in particular, to methods and devices for measuring the spatial distribution of the electrical conductivity of a medium. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy while simultaneously expanding the measurement range along the spatial coordinate. A sensing element connected through a directional coupler to the output of the RF generator and the input of the meter is placed in the test medium, such as sea water. A surface electromagnetic magnetic-type wave is excited in the medium, the reflected wave is extracted from the medium, and the dependence of the amplitude of the reflected wave on its delay time is measured. Then, using the calibration characteristics, the distribution of the electrical conductivity of the medium is determined from the measured values of the amplitude of the reflected wave and the delay time of the reflected wave. The sensing element is made of two identical metal electrodes in the form of pin-type combs arranged parallel to one another against the pins, and the gap between the electrodes is filled with a dielectric material. 2 sp.f-ly, 3 Il.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к способам и устройствам дл измерени пространственного распределени электрической проводимости среды, например морской воды, и может быть использовано преимущественно в гидрофизических исследовани х, а также в различных отрасл х народного хоз йстваThe invention relates to a measurement technique, in particular, to methods and devices for measuring the spatial distribution of the electrical conductivity of a medium, for example, seawater, and can be used mainly in hydrophysical studies, as well as in various parts of the national economy.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени при одновременном расширении диапазона измерений по пространственной координате.The aim of the invention is to improve the measurement accuracy while simultaneously expanding the measurement range along the spatial coordinate.

На фиг. 1 и 2 представлена конструкци чувствительного элемента, на фиг. 3 - структурна схема установки дл осуществлени способа.FIG. 1 and 2 show the structure of the sensing element; FIG. 3 shows an installation diagram for implementing the method.

Чувствительный элемент дл измерени пространственного распределени электрической проводимости среды, например морской воды, содержит два идентичных металлических электрода, выполненных методом напылени на подложке 1 из ленточного диэлектрического материала например полиамида. Электроды имеют форму отрезков штыревых гребенок со штыр ми 2, 3 и основани ми 4,5. Гребенки расположены параллельно одна против другой штыр ми 2, 3 навстречу, штырь 2 против штыр 3.A sensing element for measuring the spatial distribution of the electrical conductivity of a medium, such as seawater, contains two identical metal electrodes made by sputtering onto a substrate 1 of tape dielectric material, for example polyamide. The electrodes are in the form of pin-die segments with pins 2, 3 and bases 4.5. Combs are parallel to one another pins 2, 3 towards, pin 2 against pin 3.

о о ,оLtd

22

соwith

В установке (фиг. 2) чувствительный элемент 6 через направленный ответвитель 7 подключен к выходу генератора 8 высокочастотных электромагнитных колебаний и входу измерител 9 амплитуды отраженных сигналов (например, в виде электронно-лучевого индикатора, на экране которого по одной из координат осуществл етс временна развертка, а по другой отображаетс амплитуда волны). В качестве устройств 7 и 9 можно использовать стандартный импульсный рефлектометр. В качестве генератора 8 может быть использован стандартный генератор ГЧ-107.In the installation (Fig. 2), the sensitive element 6 is connected via a directional coupler 7 to the output of the generator 8 high-frequency electromagnetic oscillations and to the input of the meter 9 the amplitude of the reflected signals (for example, in the form of an electron-beam indicator, on the screen of which one of the coordinates is time-scan and the wave amplitude is displayed differently). As devices 7 and 9, you can use a standard pulse reflectometer. As the generator 8 can be used standard generator GCh-107.

Соединение чувствительного элемента 6 с направленным ответвителем 7 контактное .Подключение направленного ответвите- л 7 осуществлено к расположенным в одном поперечном сечении торцам 10, 11 оснований 4, 5.The connection of the sensing element 6 with the directional coupler 7 is contact. The directional coupler 7 is connected to the ends of 10, 11 bases 4, 5 located in one cross section.

Работает чувствительный элемент следующим образом.Works sensitive element as follows.

Чувствительный элемент б помещают в измер емую среду (не показана) либо устанавливают плоскостью на поверхности измер емой среды. К торцам 10, 11 автогенератора 8 через направленный ответвитель 7 прикладывают высокочастотную противофазную разность потенциалов. В результате на штыр х 2, 3 возбуждаетс поверхностна электромагнитна волна, распростран юща с вдоль оснований 4, 5. При выбранном расположении гребенок со штыр ми 2 и 3 одна против другой (двухр дна структура) и зеркально-симметрично электрическое поле возбужденной волны сосредоточено в подложке 1 и со средой не взаимодействует. Магнитное поле волны распределено во внешних област х пространства , так что в среде распростран етс волна магнитного типа. В результате взаимодействи магнитного пол со средой на границах раздела областей среды с различной проводимостью происходит отражение волны к торцам 10,11. Отраженную волну выдел ют направленным ответвителем 7 и затем подают на вход измерител 9. Поскольку амплитуда отраженной волны зависит от проводимости среды, по ее измеренному значению с помощью градуировочной характери стики суд т о проводимости в области среды, которой отвечает соответствующее значение измеренного времени запаздывани волны, По этому значению времени запаздывани с помощью градуировочной характеристикиThe sensing element b is placed in a measuring medium (not shown) or set by a plane on the surface of the measured medium. At the ends 10, 11 of the oscillator 8 through a directional coupler 7 is applied high-frequency antiphase potential difference. As a result, a surface-induced electromagnetic wave is excited on the pins x 2, 3, propagating along the bases 4, 5. With the arrangement of the combs with pins 2 and 3 chosen one against the other (two-sided structure) and the mirror-symmetric electric field of the excited wave is concentrated in substrate 1 and does not interact with the medium. The magnetic field of the wave is distributed in the outer regions of space, so that a magnetic type wave propagates in the medium. As a result of the interaction of the magnetic field with the medium at the boundaries of the regions of the medium with different conductivities, the waves are reflected to the ends 10,11. The reflected wave is separated by a directional coupler 7 and then fed to the input of the meter 9. Since the amplitude of the reflected wave depends on the conductivity of the medium, its measured value is used to determine the conductivity in the medium region, which corresponds to the corresponding value of the measured wave lag time, For this lag time value using a calibration characteristic

суд т о пространственной координате области среды.judge of the spatial coordinate of the environment.

Так как электрическое поле со средой не взаимодействует, отражени волны на грани , цах раздела областей среды с различной диэлектрической проницаемостью не происходит . Тем самым исключаетс обусловленна неоднородностью пространственного распределени диэлектрической проницаемости среды погрешность измерени проводимости .Since the electric field does not interact with the medium, wave reflection on the faces, cuts of the separation of regions of the medium with different dielectric constant does not occur. Thus, due to the nonuniformity of the spatial distribution of the dielectric constant of the medium, the error in conductivity measurement is excluded.

В результате исключени взаимодействи электрического пол со средой скорость волны не зависит от диэлектрической проницаемости среды. Следовательно, исключаетс обусловленна изменением диэлектрической проницаемости среды погрешность измерени пространственной координаты.As a result of the exclusion of the interaction of the electric field with the medium, the wave velocity does not depend on the dielectric constant of the medium. Therefore, the measurement error of the spatial coordinate, due to a change in the dielectric constant of the medium, is excluded.

Claims

1. A method for measuring the spatial distribution of the electrical conductivity of a medium, namely, that

the medium, using a segment of electrodynamic slowing structure, excites the surface electromagnetic wave, isolates the reflected wave, and measures its amplitude as a function of time.

delays in which the spatial distribution of the conductivity of the medium is judged, characterized in that, in order to increase the measurement accuracy while simultaneously expanding the measurement range along the spatial coordinate, a magnetic type electromagnetic surface wave is excited in the medium, for excitation of which a two-wire electrodynamic intermediate wave is used to excite structures with mirror symmetry of electrodes.

2. A sensing element for measuring the spatial distribution of the electrical conductivity of the medium, containing a metal electrode of a periodic cross section, which is also distinguished by the fact that, in order to improve the measurement accuracy and expand the measurement range along the spatial coordinate, it

it is equipped with a second electrode identical to the first one, both electrodes made in the form of a pin comb, the combs are arranged parallel to the pins towards, and the gap between the electrodes is filled with a dielectric material.

1

FIG. 2

I P I T G ill}

I I I I III II

Fig.Z