SU949541A1 - Широкополосный диэлькометрический измеритель - Google Patents

Description

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля:параметров, материалов и может быть использовано для определения физико-механических <

свойств веществ и материалов и оценки качества готовых изделий по изменению их диэлектрических характеристик в полосе частот.

Известно устройство контроля вег. | ществ, материалов и изделий, основанное на измерении приращений диэлектрического параметра в полосе частот и содержащее многоканальные задающие и приемно-преобразовательные тракты, обеспечивающие выделение информации ’ (фазовой либо частотной) на двух, сдвинутых на постоянную величину, качающихся частотах [12.

Недостатком этого устройства яв- _ ляется низкая точность из-за сложное- ¹ ти обеспечения высокой точности измерения в широком диапазоне частот вследствие трудностей, возникающих при отделении полезного сигнала от корректирующего воздействия.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является диэлькометрический измеритель, основанный на измерении фазового сдвига, пропорционального тангенсу угла диэлектрических потерь, по принципу гетеродинирования и содержащий измерительный генератор, мостовую схему, в одно из плеч которой включен датчик емкости, фазовый детектор, две цепи, включенные в диагонали моста- и содержащие смесители, полосовые фильтры и ограничители, один из которых подключен к опорному, а другой к сигнальному входу фазового детектора, а также Образцовый генератор, гетеродин, блок развертки, выход которого соединен с частотно-регулирующим входом гетеродина, усилитель, подключенный к выходу фазового детектора, индикатор, соответствующие входы.которого соединены с выходами усилителя с выходами усилителя, измерительного генератора и блока развертки, между выходом измерительного генератора и входом мостовой схемы и между образцовым генератором и смесителями, подключенными в диагонали моста, включены смесители, соответствующие входы которых соединены с выходом гетеродина, и фильтры, выделяющие ’две качающиеся частоты, сдвинутые .на постоянную величину С21.

Недостатком известного измерителя 30 является узкий частотный диапазон из3 мерений, ограниченный полосой пропускания фильтра в канале зондирующего сигнала. Кроме того, наличие трех генераторов (включен гетеродин) в задающей части с частотами, близкими . ДРУГ другу,* приводит к паразитному 5 смешиванию фиксированных частот генераторов (помимо полезного смешивания с частотой гетеродина), причем паразитный разностный сигнал совпадает по частоте с частотой настройки 10 канала измерения, содержащего фазовый детектор. Поэтом''· известный измеритель не может обеспечить высокой точности измерения, в частности, объектов с большим затуханием, по- 15 скольку ложный сигнал может превосходить по уровню сигнал измерительной информации.

Цель изобретения - повышение точности измерения малых приращений емкоети в широком диапазоне частот.

Поставленная цель достигается тем, что в широкополосный диэлькометрический измеритель, содержащий измерительный генератор, фазосдвигающую ячейку с последовательно включенными & резистором и датчиком емкости, фазовый детектор, две цепи, состоящие из смесителей и полосовых фильтров, одна из которых включена между выхо- . дом измерительного генератора и οπορ-Ρθ ным входом фазового детектора, а другая - между выходом фазосдвигающей ячейки и сигнальным входом фазового детектора, образцовый генератор, выход которого подключен к входам сме- 35 сителей, блок развертки и индикатор, соответствующие входы которого соединены с выходами фазового детектора, измерительного генератора и блока развертки, введены автоматический ДО коммутатор балластная емкость, подклю-. чаемая к времязадающей цепи образцо вого генератора через контакты автоматического коммутатора, последовательно соединенные частотный детектор, д избирательный усилитель и синхронный детектор, выход синхронного детектора соединен с частотно регулирующим входом измерительного генератора, а вход частотного детектора подключен к выходу одного из полосовых фильтров параллельно опорному входу фазового детектора, коммутационный генератор, выход которого соединен с опорным бходом синхронного детектора и управляющим входом автоматического комму- Р-* гатора, балластная емкость и полосовые фильтры соединены с блоком развертки.

На чертеже изображена блок-схема.' предлагаемого измерителя. 60

Измеритель содержит измерительный генератор 1, фазосдвигающую ячейку 2, смесители 3 и 4, автоматический ком•мутатор 5, образцовый генератор 6, балластную емкость 7, полосовые фильт-£5 ры 8 и 9 , коммутационный генератор 10 частоты S? , фазовый детектор 11, частотный детектор 12, избирательный усилитель 13 частоты коммутации, синхронный детектор 14, блок 15 развертки и индикатор 16. Фаэосдвигающая ячейка 2 содержит резистор (R) 17 и датчик (С) 18 емкости, в зону чувствительности которого вводится исследуемый объект.

Измеритель работает следующим образом.

Выходной сигнал частоты из с измерительного генератора 1 поступает одновременно на фазосдвигающую ячейку 2 и смеситель 3. С помощью автоматического коммутатора 5, управляемого коммутационным генератором 10, к времяэадающей цепи образцового генератора 6 периодически, с частотой £2 , подключается балластная емкость 7. В результате этого на соответствующие входы смесителей 3 и 4 с образцового (генератора 6 поступает напряжение, которое манипулируется по частоте с частотой коммутации Q , принимая значение частот υύ и

Частоты,измерительного 1 и образцового б генераторов выбираются таким образом, что в отсутствие балластной· емкости 7 выполняется условие <α)^, а минимальная величина балластной емкости выбирается такой,что при подключении ее соблюдается условие (л/ < ,

т.е. о/ < (Λλι < <ju£ .

Полосовой фильтр 8 из напряжения, поступающего с выхода смесителя 3, выделяет частотно-манипулированный сигнал с частотами,, равны·' ми = Ιω^-ιυ^ι И шЬ =11^-0)’/, который подается через частотный детектор 12 и избирательный усилитель 13 частоты коммутации Ώ на сигнальный вход синхронного детектора 14, опорный вход которого соединен с коммутационным генератором 10. Выделенное синхронным детектором 14 напряжение, амплитуды которого про-, порциональна разности частот u>_o используется в качестве регулирующего воздействия, перестраивающего частоту измерительного генератора 1 до тех пор, пока не выполнится условие О)₀ Таким образом, частота сигнала измерительного генератора 1 в результате автоматической корректировки поддерживается равной ₁ Поэтому блок 15развертки, изменяя величину балластной емкости 7 и, следовательно, перестраивая частоту образцового генератора 6, осуществляет частотную развертку зондирующего сигнала ил,. Одновременно с этим блок 15 развертки служит для перестройки полосовых фильтров 8 и 9, настраивая их на разностную частоту = uijj , и подачи напряжения развертки на индикатор 16.

Так как частота uJ^ измерительного $ генератора 1 изменяется по закону, .. задаваемому блоком 15 развертки, с выхода фазосдвитающей ячейки снимается напряжение, фаза которого зависит от фазочастотных свойств объекта 10 измерения. Это напряжение подается на смеситель 4.

В результате смешивания в смесителе 4 зондирующего сигнала измери- . тельного генератора 1 и сигнала об- 15 Ьазцового генератора 6 на выходе полосового фильтра 9 выделяется на^ пряжение разностной, частоты и>₀ , фаза которого зависит от свойств контролируемого параметра объекта из~20. мерения. Это напряжение подается на сигнальный вход фазового детектора 11, а выходное напряжение полосового фильтра 8, фаза которого не зависит от фазовых сдвигов, вносимых объек- 25 том измерения, служит в качестве опорного сигнала фазового детектора 11. Выделенный фазовым детектором сигнал поступает на индикатор 16, позволяющий определять фазоючастотную характеристику исследуемого объекта. Напряжение частоты , поступающее на один из входов индикатора 16, используется для формирования частотных меток.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к средствам неразрушакщего контрол :параметров. материалов и может быть использовано дл  определени  физико-механических свойств веществ и материалов и оценки качества готовых изделий по изменению их диэлектрических характеристик в полосе частот. Известно устройство контрол  вел ществ, материалов и изделий, основан ное на измерении приращений диэлектр ческого параметра в полосе частот и содержащее многоканальные задающие и приемно-преобразовательные тракты, обеспечивающие выделение информации (фазовой ли5о частотной) на двух, сдвинутых на посто нную величину, ка чающихс  частотах tilНедостатком этого устройства  вл етс  низка  точность из-за сложнос ти обеспечени  высокой точности изме рени  в широком диалдзоне частот всл ствие трудностей, возникающих при отделении полезного сигнала от корре тирующего воздействи . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  дизлькометрический измеритель, основанный на измерении фазового сдвига, пропорционального тангенсу угла диэлектрических потерь, по принципу гетеродинировани  и содержащий измерительный генератор, мостовую схему, в одно из плеч :Которой включен датчик емкости, фазовый детектор, две цепи, включенные в диагонали моста- и содержащие смесители, полосовые фильтры и ограничители, один из которых подключен к опорному, а другой к сигнальному входу фазового детектора, а также 5бразд оный генератор, гетеродин, блок развертки, выход которого соединен с частотно-регулирующим входом гетеродина, усилитель, подключенный к выходу -фазового детектора, индикатор , соответствуюцие входы.которого соединены с выходами усилител  с выходами усилител , измерительного генератора и блока развер.тки, между выходом измерительного генератора и входом мостовой схемы и между образцовым генератором и смесител ми, подключенными в диагонали моста, включены смесители, соответствумцие входы которых соединены с выходом гетеродина, и фильтры, выдел ющие две качающиес  частоты, сдвинутые на посто нную величину С2. Недостатком известного измерител   вл етс  узкий частотный диапазон иймерений , ограниченный полосой пропус кани  фильтра в канале зондирующего сигнала. Кроме того, наличие трех ге нераторов (включен гетеродин) в за ай (цей части с частотами, близкими . друг другу; приводит к паразитному смешиванию фиксированных частот генераторов (помимо полезного смешивани  с частотой гетеродина), причем, паразитный разностный сигнал совпадает по частоте с частотой настройки канала измер.ени , содержащего фазо вый детектор. Поэтом известный изме ритель не может обеспечить высокой точности измерени , в частности, объектов с большим затуханием, поскольку ложный сигнал может превосходить по уровню сигнал измерительной информации. цель изобретени  - повышение точности измерени  малых приращений емкоети в широком диапазоне частот. Поставленна  цель достигаетс  тем что в широкополосный диэлькометрический измеритель, содержащий измери тельный генератор, фазосдвигающую  чейку с последовательно включенными резистором и датчиком емкости, фазовый детектору две цепи, состо щие из смесителей и полосовых фильтров, одна из которых включена между выходом измерительного генератора и опор ным входом фазового детектора, а дру га  - между выходом фавосдвигающей  чейки и сигнальным входом фазового детектора, образцовый генератор, выход которого подключен к входам смесителей , блок развертки и индикатор, соответствующие входы которого соеди нены с выходами фазового детектора, измерительного генератора и блока развертки, введены автоматический коммутатор балластна  емкость, подклю чаема  к врем задающей цепи образцового генератора через контакты автом тического коммутатора, пс)следователь но соединенные частотный детектор, избирательный усилитель и синхронный детектор, выход синхронного детектор соединен с частотно регулирующим входом измерительного генератора, а вход частотного детектора подключен к выходу одного из полосовых фильтров параллельно опорному входу фазового детектора, коммутационный генератор, выход которого соединен с опорным бходом синхронного детектора и управ1ЯЮЩИМ входом автоматического коммугатора , балластна  емкость и полосовые фильтры соединены с блоком развертки . На чертеже изображена блок-схема. предлагаемого измерител . Измеритель содержит измерительный генератор 1, фазосдвигаюс1УЮ  чейку 2 смесители 3 и 4, автоматический коммутатор 5, образцовый генератор 6, балластную РМКОСТЬ 7, полосовые фильт ры 8 к 9, коммутационный генератор 10 частоты 62 , фазовый детектор 11, час-тотный детектор 12, избирательный усилитель 13 частоты коммутации, синхронный детектор 14, блок 15 развертки и индикатор 16. Фазосдвигающа   чейка 2 содержит резистор (R) 17 и датчик (с) 18 емкости, в зону чувствительности которого вводитс  исследуемый объект. Измеритель работает следукщим образом . Выходной сигнал частоты ш с измерительного генератора 1 поступает одновременно на фазосдвигающую  чейку 2 и смеситель 3. С помощью автоматического коммутатора 5, управл емого коммутационным генератором 10, к врем задающей цепи образцового генератора б периодически, с частотой , подключаетс  балластна  емкость 7. В результате этого на соответствукхдие входы смесителей 3 и 4 с образцового (генератора 6 поступает напр жение, которое манипулируетс  по частоте с частотой коммутации И , принима  значение частот U) и ujlji. Частоты измерительного 1 к образцового б генераторов выбираютс  таким образом, что в отсутствие балластнойемкости 7 выполн етс  условие ш а минимальна  величина балластной емкости выбираетс  такой,что при подключении ее соблюдаетс  условие tOjj УУ , т.е. (1)} 1У U) ,2 . Полосовой фильтр 8 из напр жени , поступающего с выхода смесител  3, выдел ет частотно-манипулированный сигнал с частотами,, равны ми иО(, .l И иоЬ )j|, который подаетс  через частотный детектор 12 и избирательный усилитель 13 частоты коммутации на сигнальный вход синхронного детектора 14, опорный вход которого соединен с коммутационным генератором 10. Выделенное синхронным детектором 14 напр жение, амплитуды которого про-, пордиональна разности частот Юр используетс  в качестве регулирующего воздействи , перестраивакхцего частоту ю измерительного генератора 1 до тех пдр, пока не выполнитс  условие uJ(j U)Q Таким образом, частота сигнала измерительного генератора 1 в результате автоматической корректировки поддерживаетс  равной )rj J Поэтому блок 15развертки, измен   величину балластной емкости 7 и, следователь но , перестраива  частоту Ш( образцового генератора 6, осуществл ет частотную развертку зондирующего сигнала uj. .Одновременно с этим блок 15 развертки служит дл  перестройки полосовых фильтров 8 и 9, настраива  их на разностную частоту (л)о и) , и подачи напр жени  развертки на индикатор 16. Так как частота и) измерительног генератора 1 измен етс  по закону, . задаваемому блоком 15 развертки, с выхода фазосдвигакщей  чейки снимаетс  напр жение, фаза которого зависит от фазочастотных свойств объекта измерени . Это напр жение подаетс  на смеси Tien ь 4. В результате смешивани  в смесителе 4 зондируи цего сигнала измерительного генератора 1 и сигнала обЬазцового генератора 6 на выходе полосового фильтра 9 вьодел етс  па пр жение разностной, частоты U)Q , фаза которого зависит от свойств контролируемого параметра объекта из мерени . Это напр жение подаетс  на сигнальный вход фазового детектора 11 а выходное напр жение полосового фильтра 8, фаза которого не зависит от фазовых сдвигов, вносимых объектом измерени , служит в качестве опо ного сигнала фазового детектора 11. Выделенный фаЗовым детектором сигнал поступает на индикатор 16, позвол ющий определ ть фазоючастотную характеристику исследуемого объекта. Напр жение частоты yj , поступающее на один из Входов индикатора 16, исполь зуетс  дл  формировани  частотных ме ток. Формула изобретени  Широкополосный диэлькометрический измеритель, содержащий измерительный генератор, фазосдвигающую  чейку с последовательно включенными резистором и датчиком емкости, фазовый детектор , две цепи, состо щие из смесителей и полосовых фильтров, одна из которых включена между выходом измерительного генератора и опорным входом фазового детектора, а друга  - между выходом фазосдвигающей  чейки и сигнальным входом фазового детектора, образцовый генератор, выход которого подключен к входам смесителей, блок развертки и индикатор, соответствующие входы которого соединены с-выходс№1и фазового детектора , измерительного генератора и блока развертки, отличающийс   тем, что, с цельй повышени  точности измерени  малых приращений емкости в пмроком диапазоне частот, в него введены автоматический коммутатс, балластна  емкость, подключаема  к врем задающей цепи образцового генератора через контакты автоматического коммутатора, последовательно соединенные частотный детектор, избирательный усилитель и синхронный детектор , выход синхронного детектора соединен, с частотно-регулирующим входом измерительного генератора, а вход частотного детектора подключен к выходу одного из полосовых фильтров параллельно опорному входу фазового детектора, коммутационный генератор, выход которого соединен с опорным входом синхронного детектора и управл ющим входом автоматического коммутатора, балластна  емкость и полосовые фильтры соединены с бло-ком развертки. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 429326, кл. G 01 N 27/22, 197.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 167672, кл. G 01 N 27/22, 1965 (прототип ).