SU983581A1 - Автоматический измеритель изменений составл ющих комплексной диэлектрической проницаемости и времени релаксации - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерени параметров диэлектриков, а именно к исследовани м диэлектрических свойств веществ, например, при изучении кинетических и релаксационных процессов, а также при изучении диэлектрического отклика вещества на внешнее воздействие. Известно устройство дл  измерени  частотных характеристик диэлект ческих свойств веществ, содержащее свип-генератор, емкостные делители напр жени , векторомерные фазометры фазовращатели, вычислительные блоки и панорамные регулир тощие приборы, выходы свип-генератора подключены к двум делител м, состо щим из симмет рично смонтированных друг к другу и по отношению к входным и выходным цеп м емкостных датчиков и добавочных конденсаторов, а выходы датчиков , в поле одного из которых помещаетс  исследуемое вещество, соединены с входами вычислительных блоков, выходы которых подключены к панорамным регистрирующим приборам 1 Т Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность изм0| ени , обурловленнаЯ; неидентичностью  чеек сравниваемых каналов, Наиболее близким техническим ре шением к изобретению  вл етс  устройство дл  измерени  диэлектрической проницаемости, содержащее СВЧ-генератор, соединенный через СВЧ-тройник с двум  каналами из последовательно соединенных ферритового вентил , аттенюатора, трансформатора посто нного сопротивлени , выходы каналов соответственно через . опорный и измерительный резойатор соединен со входс1ми СВЧ-детектора, к входу одного из СВЧ-детекторов подключен переключатель мощности, а выход этого СВЧ-детектора соединен с резонансным усилителем, выход другого СВЧ-детектора соединен с регистратором и через блок автоматической подстройки с входом СВЧ-генератора 2J. Недостатком известного устройст™ ва  вл етс  низка  точность измерени , обусловленна  неидентичностью  чеек сравниваемых каналов, а также ограниченна  разрешающа  способность устройства по диэлектрической проницаемости. Целью изобретени   вл етс  повышение разрешающей способности устройства . Поставленна  цель достигаетс  те что в автоматический измеритель изменений составл ющих комплексной диэлектрической проницаемости и вре , мени релаксации, содержащий СВЧ-генератор , соединенный с входом СВЧтройника , измерительный и опорный резонаторы, выходы которых через СВЧ-детекторы подключены соответственно к входам резонансного усилите л  и блока автоматической подстройки частоты, выход последнего соединен с входом СВЧ-генератора, и индикатор, введены модул тор, синхронный детектор, третий СВЧ-детектор , два дифференциальных усилител , два измерител  отношений напр жений , блок опорных напр жений, блок регистрации времени релаксации причем выход СВЧ-тройника через измерительный и опорный резонаторы со динен с входом СВЧ-детекторов, другой выход первого СВЧ-детектора сое , динен соответственно с одними из входов jiepBoro дифференциального ус лител  и первого измерител  отношений напр жений, другой вход первого дифференциального усирлител  соединен через третий СВЧ детектор с ответвителем СВЧ-мощнос ти СВЧ-тройника, а выход - с другим входом первого измерител  отношений напр жений, выход которого соединен с регистратором мнимой составл ющей диэлектрической прони цаемости и с одним из входов второ , го измерител  отношений напр жений выход которого соединен с регистра тором времени релаксации, другой вход второго измерител  отношений напр жений соединен с выходом втор го дифференциального усилител , со диненного с регистратором, один из входов второго дифференциальног усилител  соединен с выходом блока опорных напр жений, а другой вход с выходом синхронного детектора, один из входов последнего соединен с выходом резонансного усилител , а другой вход - с первым выходом модул тора, второй выход которого соединен с другим входом СВЧ-генер ;тора. При этом опорный и измерительны резонаторы выполнены идентичными. На чертеже представлена функциональна  электрическа  схема устро ства. Устройство содержит рвч-генератор 1, модул тор 2, блок 3 автоматической подстройки частоты, измерительный резонатор 4, СВЧ-тройник опорный резонатор 6, СВЧ-детектор резонансный усилитель 8, синхронный детектор 9 дифференциальный усилитель 10, блок 11 опорных напр жений , регистратор 12 действительной составл ющей диэлектрической проницаемости , измеритель 13 отношений напр жений, ответвитель 14 СВЧмощности , СВЧ-детекторы 15 и 16, дифференциальный усилитель 17, измеритель 18 отношений напр жений, регистратор 19 мнимой составл ющей диэлектрической проницаемости, регистратор 20 времени релаксации и дифференциальную измерительную  чейку 21 . Устройство работает следующим образом . Выходной сигнал, несущий информацию об изменении диэлектрической проницаемости , формируетс  в каналах опорного и измерительного резонаторов б и 4. СВЧ-генератор 1, модулированный по частоте модул тором 2, стабилизируетс  по частоте с помощью олока 3 автоматической подстройки по измерительному резонатору 4, поэтому частота СВЧ-генератора 1 непрерывно поддерживаетс  равной частоте измерительного резонатора 4 в процессе измерени . СВЧ-мощность через СВЧ-тройник , 5 поступает в канал опорного резонатора б. Если частота СВЧ-генератора 1 находитс  в пределах резонансной кривой опорного резонатора б, то через него проходит СВЧ-сигнал, который выдел етс  СВЧ-детектором 7 и затем усиливаетс  на частоте модул ции резонансным усилителем 8. Усиленный высокочастотный сигнал подаетс  на синхронный детектор 9.Опррное высокочастотное напр жение на синхронный детектор 9 подаетс  от модул тора 2. С выхода синхронного детектора 9 напр жение поступает на дифференциальный усилитель 10, на второй вход которого подаетс  опорное напр жение с блока 11 опорных напр жений . Напр жением блока 11 опорных напр жений задаетс  начальный нулевой уровень на шкале регистратора 12 действительной составл ющей диэлектрической проницаемости f , который може быть либо цифровым, либо самопишущим милливольтметром. Одновременно разностное напр жение с дифференциального усилител  10 подаетс  на измеритель 13 отношений напр жений дл  формировани  выходного сигнала, пропорционального времени релаксации t .. Напр жение на выходе резонансного усилител  8 пропорционально крутизне резонансной кривой опорного резонатора 6, выполн ющего функции частотного дискриминатора. Это означает , что в зависимости от соотношени  между частотами опорного и измерительного резонаторов напр жение на выходе резонансного усилител.1 8 пропорционально производной от сигнала ре зонансной кривой опорного резонатора б. Характер и форма выходных сиг налов резонансного усилител  8, син хронного детектора 9 и дифференциал ного усилител  10 предопредел кзт вы бор рабочего участка на резонансной характеристике опорного резонатора что достигаетс  выбором, начального соотношени  между.частотами опорног и измерительного резонаторов 6 и 4. Резонансна  крива  опорного резо натора 6 соответствует зависимости напр жени  Ujg СВЧ-детектора 7 (по посто нному току) от частотной расс ройки измерительного и опорного рез наторов 4 и 6. Сигнал производной- резонансной кривой Uy. опорного резонатора 6, соответствующий текущей расстройке частот между измерительшлм и опорным резонаторами 4 и 6, выдел етс  резонансным усилителем 8 Напр жению Оц соответствует начальна  расстройка частоты опорного резонатора 6 относительно частоты измерительного резонатора 4,т.е. fi-f I . , о ич Формирование выходного сигнала, пропорциональнбго изменению мнимой составл кхцей диэлектрической проницаемости ДС, осуществл етс  в канале измерительного резонатора 4. „ Непрерывное измерение изменений л достигаетс  сравнением СВЧ-мощности , поступающей на вход измерительногр резонатора 4, с СВЧ-мощностью на его выходе. Дл  .этого с помощыб ответвител 14 СВЧ-мощности часть СВЧ-мощности посггупает на СВЧ-детек тор 15, и его Напр жение принимаетс  опорным дл  сравнени  с напр жением , которое вьвдел етс  на СВЧдетекторе 16. В исходном состо нии СВЧ-мощность до и после резонатора 4 и соответственно напр жение на СВЧ-детекторах 15 и 16 устанавливаютс  равными. Напр жение с СВЧ-детекторов 15 и 16 подаютс  Н9 дифференциальный усилитель 17, на выходе которого текущее напр жение равно разности Ди и„,-U.. Отношение гг- формируетс  на выходе измерител  отношений напр жений, на соответствующие входы которого пост пают сигналы от дифференциального усилител  17 и СВЧ-детектора 16. В приближении относительно малых изменений коэффициента диэлектрических потерь ё шкалу регистратора 19 мнимой составл ющей диэлектрической проницаемости можно програду иров ать непосредственно в единицах в . Разрешающа  способность устройства по , определ етс  начальными потер ми вещества (т.е. величиной Q) и чувствительностью днфферен циального усилител  17. Напр жени  с выходов Измерител  18 отношений напр жений и дифференциального усилител  10 подаютс  на измеритель 13 отношений напр жений, на выходе которого формируетс  сиг , нал, пропорциональный отношению ui, . , с целью обеспечени  работы уст|ройства при предельных уровн х чувствительностей по , , Ckt необходимо обеспечить идентичность сравниваемых каналов, содержащих опорный и измерительный резонаторы. Поэтому измерительный и опорный резонаторы 4 и 6 выполнены в виде единого блока идентичных резонаторов, образующих дифференциальную измерительную  чейку 21, Предельно высока  чувствитель ,ность истройства позвол ет исследовать поведение систем при относительно малых внешних возмущени х, а также исследовать релаксационные процессы , удовлетвор   условию малости взаимодействи  между молекулами (например, при измерител х времени релаксации и дидольных моментов, пол рных молекул в искол рных растворител х при Мс1лых концентраци х) . Фо1 лула изобретени  1. Автоматический измеритель изменений составл ющих -комплексной диэлектрической, проницаемости и времени релаксации, содержащий СВЧгенератор соединенный с входом СВЧтройника , измерительный и опорный резонаторы, выходы которых через СВЧ-детекторы подключены соответственно к входам резонансного усилител  и блока автоматической подстройки частоты, выход последнего соединен с входом СВЧ-генератора, и индикатор, отличающийс   тем, что, с целью повьвиени  разрешающей способности, в него, дополнительно введены модул тор, синхронный детектор, третий СВЧ-детектор , два дифференциёшьных усилител , два измерител  отношений напр жений , 0ЛОК опорных напр жений, блок регистрации времени релаксации, при чем выход СВЧ-тройниКа через измерительный и опорный резонаторы соединен с входами СВЧ-детекторов, другой выход первого СВЧ-детектора сое диНен соответственно с одними, из входов первого дифференциального усилител  и первогб измерител  отношений напр жений, другой вход первого дифференциашьного усилител  соединен через третий СВЧ-детектор

с ответвителем СВЧ-мощности СВЧтройника , а выход - с другим входом первого измерител  отношений напр жений , выход которого соединен с регистратором мнимой составл ющей диэлектрической проницаемости и с 5 одним из входов второго, измерител  отношений напр жений, выход которого соединен с регистратором времени релаксации , другой вход второго измерител  отноиени  напр жений соединен 10 с выходом второго дифференциального усилител , соединенного с регистратором , один из входов второго дифференциального усилител  соединен с ВЫХОДОМ блока опорных напр жений, 15 а другой вход - с выходом синхронного детектора,один из входов последнего соединен с выходом резонансного Усилител , а другой вход с первым выходом модул тора, выход которого соединен с другим входом СВЧ-генератора.

2. Измеритель по п.1, отличающийс  тем, что опорный и измерительный резонаторы выполнены идентичными.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР 381Q44, кл. G 01 R 27/26, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР № 263981, кл. G 01 N 27/22, 1966.

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Автоматический измеритель изменений составляющих-комплексной диэлектрической проницаемости и времени релаксаций, содержащий СВЧ40 генератор соединенный с входом СВЧтройника , измерительный и опорный резонаторы, выходы которых через СВЧ-детекторы подключены соответственно к входам резонансного усилителя и блока автоматической подстройки частоты, выход последнего соединен С входом СВЧ-генератора, и индикатор, отличающийс я тем, ’что, с целью повышения разрешающей способности, в него, до50 полнительно введены модулятор, синхронный детектор, третий СВЧ-детектор , два дифференциальных усилителя, два измерителя отношений напряжений, блок опорных напряжений, блок

   55 регистрации времени релаксации, при-: чем выход СВЧ-тройника через измерительный и опорный резонаторы соединен с входами СВЧ-детекторов, другой выход первого СВЧ-детектора сое60 динен соответственно с одними, из входов первого дифференциального усилителя и первого измерителя отношений напряжений, другой вход первого дифференциального усилителя 65 соединен через третий СВЧ-детектор с ответвителем СВЧ-мощности СВЧтройника, а выход - с другим входом первого измерителя отношений напряжений, выход которого соединен с регистратором мнимой составляющей диэлектрической проницаемости и с одним из входов второго измерителя » отношений напряжений, выход которого соединен с регистратором времени релаксации, другой вход второго измерителя отношения напряжений соединен с выходом второго дифференциального усилителя, соединенного с регистратором, один из входов второго дифференциального усилителя соединен с ,выходом блока опорных напряжений, а другой вход - с выходом синхронного детектора,'один из входов последнего соединен с выходом резонансного Усилителя, а другой вход с. первым выходом модулятора, выход которого соединен с другим входом 5 СВЧ-генератора.
2. 2. Измеритель по п.1,отличающийся тем, что опорный и измерительный резонаторы выполнены идентичными.