SU1730599A1 - Измеритель показател преломлени воздуха - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике измерений на СВЧ показател  преломлени  среды резонансным способом и может быть использовано при исследовани х диэлектрических свойств газов. Цель изобретени  - упрощение конструкции. Измеритель содержит управл емый кварцевый генератор 1, СВЧ-умножитель 2 частоты, измерительный резонатор 3, концевой выключатель 4 амплитудный детектор 5, интеграторы 6 и 9 компаратор 7, Т-триггер 8, блок 10 управлени , блок 11 пам ти и блок 12 счета. Упрощение конструкции достигаетс  благодар  введенным последовательно соединенным интегратору 6, компаратору 7, Т-триггеру 8, интегратору 9, которые выполн ют функции блока автоматической подстройки частоты генератора 1 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к технике физических измерений на СВЧ, а именно к измерению показател  (коэффициента) преломлени  среды резонансным методом, и может быть использовано при исследовани х диэлектрических свойств газов, в радиометеорологии .

Известны измерители показател  преломлени  воздуха (радиорефрактометры), в которых резонансна  частота измерительного резонатора копируетс  и переноситс  на источник СВЧ-мощности с помощью системы АПЧ. К таким измерител м относитс , например, радиорефрактометр Крей- на, который представл ет собой два источника СВЧ-мощности на клистронных генераторах, частоты которых подстроены пассивно (методом зат гивани ) или активно (с помощью системы АПЧ) к резонансным частотам двух объемных резонаторов- - вакуумированного и открытого. Выделенна  в кристаллическом смесителе разностна  частота двух клистронных генераторов несет информацию о показателе преломлени  воздуха, проход щего через открытый (измерительный) резонатор.

Однако така  структура радиорефрактометра весьма неэкономична, поскольку требует использовани  большого количества электронного оборудовани : двух источников СВЧ-мощности и двух систем (каналов АПЧ, усилител  посто нного тока, источника частоты модул ции).

Построение радиорефрактометров по однорезонаторной схеме позвол ет существенно упростить структуру данного устройства .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  измеритель показател  преломлени  атмосферы.

Известный измеритель показател  преломлени  атмосферы,выполненный по однорезонаторной структуре, переносит изменение частоты измерительного резонатора , несущего информацию о показателе преломлени  воздуха с помощью системы АПЧ на частоту УКГ. В блоках цифровой обработки производитс  цифрова  обработка частоты УКГ при проведении калибровки (измерительный резонатор откачан) и при проведении собственно измерений показател  преломлени  воздуха (измерительный резонатор открыт дл  доступа воздуха).

Система АПЧ, используема  в данном устройстве и служаща  дл  автоматической подстройки частоты источника СВЧ -УКГ по частоте объемного СВЧ-резонатора содержит детектор СВЧ, линейку усилителей промежуточной частоты, фазовый детектор,

усилитель посто нного тока, источник частоты модул ции.

Таким образом, система АПЧ выполненна  по данной схеме, требует большого количества электронного оборудовани .

При использовании данного измерител  в качестве автономного прибора возрастает актуальность уменьшени  потребл емой мощности, что требует при0 менени  более надежной и экономной системы подстройки частоты.

Цель изобретени  - упрощение конструкции измерител  показател  преломлени .

5Благодар  упрощению структуры измерител  показател  преломлени  воздуха, использованию вместо сложных узлов системы АПЧ элементов цифровой техники повышаетс  надежность всего устройства в

0 целом, уменьшаетс  потребл ема  мощность , масса и габариты.

На чертеже представлена структурна  схема измерител  показател  преломлени  воздуха.

5Измеритель показател  преломлени 

воздуха содержит последовательно соединенные управл емый кварцевый генератор 1, СВЧ-умножитель 2 частоты, измерительный резонатор 3 с установленным на его

0 торцовой поверхности концевым выключателем 4, амплитудный детектор 5, первый интегратор 6, компаратор 7, Т-триггер 8 и второй интегратор 9. Выход последнего соединен с входом управл емого кварцевого

5 генератора 1, второй вход компаратора 7 соединен также с выходом амплитудного детектора 5, выход управл емого кварцевого генератора 1 соединен с входом блока 10 управлени , второй вход которого соединен

0 с выходом концевого выключател  4. Один из выходов блока 10 управлени  соединен с входом блока 11 пам ти, выход которого соединен с одним из входов блока 12 счета, второй вход которого соединен с вторым

5 выходом блока 10 управлени .

Измеритель показател  преломлени  воздуха работает следующим образом.

С момента включени  питани  в схеме автоматически устанавливаетс  периодиче0 ское изменение (качание) частоты УКГ, а следовательно, и СВЧ на выходе источника СВЧ-мощности.

Изменение частоты УКГ осуществл етс  следующим образом.

5 Измерительный объемный резонатор и детектор СВЧ представл ют собой СВЧ-ди- скриминатор, преобразующий частотно-мо- дулированные СВЧ-колебани  в СВЧ-колебани , модулированные по амплитуде и выдел ющий частоту качани  на

детекторе СВЧ. Сигнал частоты качани  в таком виде подаетс  непосредственно на один из входов компаратора уровней сигналов . На второй вход компаратора этот сигнал поступает через интегратор 6. В момент совпадени  уровней сигналов на обоих входах компаратора на его выходе образуетс  перепад напр жени , который измен ет состо ние Т-триггера. Перепад напр жени  на выходе Т-триггера интегрируетс  интегратором 9. Если до момента совпадени  уровней сигналов на входах компаратора частота УКГ возрастает, то после совпадени  Т-триггер измен ет состо ние из единичного в нулевое. Это вызывает линейное убывание напр жени  на выходе интегратора 9, а тем самым и частоты УКГ. При уменьшении напр жени  на входе компаратора, непосредственно подключенного к выходу детектора СВЧ, уровень 1 уменьшаетс  до О. При движении по частотной (резонансной) характеристике объемного реознатора влево и достижении равенства мгновенного значени  напр жени  на одном входе компаратора и проинтегрированного значени  напр жени  на другом входе компаратор измен ет выходное напр жение из единичного в нулевое, триггер переходит из нулевого состо ни  в единичное, интегратор 9 вырабатывает линейно возрастающее напр жение, которое увеличивает частоту УКГ по линейному закону. Далее процесс повтор етс .

Таким образом, частота СВЧ-источника измен етс  от одной точки, наход щейс  на наклонной ветви резонансной характеристики объемного резонатора, к другой точке, наход щейс  симметрично относительно резонансной частоты на другой наклонной ветви резонансной характеристики. В замкнутом конце, содержащем УКТ, СВЧ-умно- житель частоты, измерительный резонатор, детектор СВЧ, первый интегратор, компаратор , триггер, второй интегратор, осуществл етс  периодическое качание СВЧ, симметричное относительно резонансной частоты измерительного объемного резонатора .

Средн   частота частотных автоколебаний источника СВЧ-мощности, соответствующа  резонансной частоте измерительного объемного резонатора и несуща  информацию о показателе преломлени  среды, за- полн ющей внутренную полость измерительного объемного резонатора, переноситс  на частоту УКГ и далее измер етс  блоком счета. Дл  устранени  ошибок осреднени  в счетчиках блока пам ти и блока счета измерительный интервал дл 

стробировани  счетчиков формируетс  из частоты качани  путем ее делени .

Перед проведением измерений показател  преломлени  воздуха в измерителе предусмотрено проведение калибровки.

Процесс калибровки заключаетс  в установлении соответстви  между априорно известным значением показател  лреломлени  среды, заполн ющей рабочую полость изме0 рительного объемного резонатора, и числом импульсов, просчитываемых в счетчике блока пам ти. В измерителе показател  преломлени  воздуха в качестве калибровочной среды используетс  вакуум, показатель преломле5 ни  которого равен 1, дл  чего рабоча  полость измерительного объемного резонатора закрываетс  герметичными крышками, и производитс  откачка резонатора. При откачке резонатора герметичные крышки, снабжен0 ные концевым выключателем, прижимаютс  к резонатору. В момент достижени  вакуума 2 -10 мм рт.ст. срабатывает концевой выключатель и частота УКГ, несуща  информацию о показателе преломлени  среды,

5 заполн ющей резонатор в откачанном состо нии , поступает в счетчик блока 12 пам ти , где она просчитываетс  в определенном интервале времени и хранитс  в оперативной пам ти.

0 При проведении собственно измерений показател  преломлени  воздуха частота УКГ поступает через блок управлени  в блок счета, который просчитывает эту частоту и производит на сумматоре операцию вычи5 тани  цифровых эквивалентов этой частоты и частоты УКГ после проведени  калибровки .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Измеритель показател  преломлени 

   0 воздуха, содержащий последовательно соединенные управл емый кварцевый генератор , СВЧ-умножитель частоты, измерительный резонатор с установленным на его торцовой поверхности концевым вы5 ключателем, амплитудный детектор и блок АПЧ, выход которого соединен с входом управлени  частотой управл емого кварцевого генератора, последовательно соединенные блок управлени , блок пам ти и блок счета,

   0 причем первый вход блока управлени  соединен с выходом концевого выключател , а второй выход - с вторым входом блока счета, о т- личающийс  тем, что, с целью упрощени  конструкции, блок АПЧ выполнен в виде по5 следовательно соединенных первого интегратора , компаратора, Т-триггера и второго интегратора, выход которого  вл етс  выходом блока АПЧ, второй вход компаратора и вход первого интегратора соединены с выходом амплитудного детектора.