УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ РЕЗОНАНСНОГО СВЧ-ВЛАГОМЕРА Российский патент 1996 года по МПК G01N22/04 

Устройство относится к сверхвысокочастотной /СВЧ/ влагометрии и может быть использовано в влагомерах различной конструкции, в которых формируются последовательно появляющиеся эталонные и рабочие резонансные сигналы, соотношение между амплитудами которых характеризует влажность исследуемого материала.

Известно устройство обработки сигналов резонансного СВЧ влагомера, содержащее избирательный усилитель, синхронный детектор, генератор прямоугольных импульсов, индикатор /1/.

Это устройство обладает низкой точностью измерений, так как амплитуда сигналов от эталонного образца зависит от колебаний мощности СВЧ-генератора, температурных и других изменений характеристики СВЧ детектора.

Известно также устройство для обработки сигналов резонансного СВЧ влагомера, которое содержит усилитель, коммутатор из двух ключей, детектор с фильтром, генератор прямоугольных импульсов, индикатор /2/.

Генератор прямоугольных импульсов осуществляет управление высокочастотным трактом СВЧ влагомера и одновременно ключами коммутатора, так что на выход первого ключа проходят только рабочие импульсы от измеряемого образца, а на выходе второго ключа только эталонные импульсы. Далее эталонные импульсы проходят детектор с фильтром низких частот и продетектированный сигнал поступает на вход усилителя для управления его коэффициентом усиления. В следующие моменты времени рабочие сигналы от измеряемого образца проходят через усилитель и первый ключ на индикатор. Таким образом, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, коммутатор, состоящий из двух ключей, и детектор с фильтром НЧ функционально объединены в преобразователь сигналов, назначением которого является формирование поступающих на вход индикатора импульсов, амплитуда которых не зависит от колебаний уровня мощности генератора СВЧ и коэффициента передачи детектора СВЧ, а определяется только влажностью измеряемого образца.

Недостатком данного устройства является то, что показания индикатора всегда содержат величину, соответствующую эталонному сигналу, что снижает чувствительность измерения рабочего сигнала и уменьшает динамический диапазон устройства.

Другим недостатком известного устройства является повышенная систематическая погрешность, вызванная дрейфом усилителя.

Цель изобретения повышение чувствительности и точности измерения.

Цель достигается тем, что в устройство обработки сигналов резонансного СВЧ влагомера, состоящее из генератора прямоугольных импульсов, индикатора и преобразователя, который содержит усилитель, коммутатор, введены амплитудно-цифровой преобразователь /АЦП/, диод, второй коммутатор и две запоминающие емкости, причем, усилитель выполнен дифференциальным, неинвертирующий вход усилителя соединен с входной шиной устройства, выход усилителя через диод соединен с входом первого коммутатора, первые выходы коммутаторов соединены с первой запоминающей емкостью и неинвертирующим входом АЦП, вторые выходы коммутаторов соединены с второй запоминающей емкостью и инвертирующим входом АЦП, инвертирующий вход усилителя соединен с входом второго коммутатора, управляющие входы коммутаторов соединены с выходом генератора прямоугольных импульсов, вход опорного напряжения АЦП через делитель напряжения соединен с первыми выходами коммутаторов, а выход АЦП соединен с индикатором.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства.

Устройство содержит дифференциальный усилитель 1, диод 2, первый 3 и второй 4 электронные коммутаторы, генератор прямоугольных импульсов 5, первую 6 и вторую 7 запоминающие емкости, АЦП 8, делитель напряжения 9, индикатор 10. Усилитель 1, диод 2, первый 3 и второй 4 электронные коммутаторы, первая 6 и вторая 7 запоминающие емкости образуют пиковый детектор с одним входом и двумя выходами, присоединенными к входам АЦП. По функциональному назначению усилитель с диодом, коммутаторы, запоминающие емкости и АЦП с делителем напряжения составляют преобразователь.

Устройство работает следующим образом.

На неинвертирующий вход усилителя 1 с детектора СВЧ, не показанного на схеме, поступает последовательность эталонных и рабочих импульсов, синхронизированная с импульсами генератора 5. Генератор 5 управляет работой коммутаторов 3 и 4 так, что напряжение на первой запоминающей емкости 6 соответствует амплитуде эталонных импульсов, а напряжение на второй емкости 7 соответствует амплитуде рабочих импульсов. С первого выхода пикового детектора информация об амплитуде эталонных импульсов поступает на неинвертирующий вход АЦП 8 и через делитель 9 на вход опорного напряжения АЦП, а со второго выхода пикового детектора информация об амплитуде рабочих импульсов поступает на инвертирующий вход АЦП. АЦП 8 преобразует аналоговую информацию в цифровую, которая отображается индикатором 10.

Информация, отображаемая индикатором, может быть описана формулой:

где К коэффициент передачи делителя 9,
U₁ амплитуда эталонных импульсов,
U₂ амплитуда рабочих импульсов.

При равенстве U₁ и U₂ индикатор покажет ноль, при U₁ > U₂ положительную величину, а при U₁ <U₂ отрицательную. Подбирая величину К, можно совместить шкалу АЦП с требуемым динамическим диапазоном измерения влажности исследуемого образца.

Использование пикового детектора с двумя выходами и АЦП с регулируемым опорным напряжением обуславливает преимущество предлагаемого устройство перед известным, заключающееся в возможности согласования предельного диапазона значений сигнала на выходе с диапазоном изменения сигнала на входе, что повышает чувствительность измерения. Другой положительный эффект увеличение точности измерения обеспечивается применением дифференциального /операционного/ усилителя с единичным коэффициентом усиления, имеющего меньший дрейф по сравнению с усилителем, используемым в известном устройстве.

Литература.

1. Авторское свидетельство СССР N 1013829, кл. G 01 N 22/00, 23.04.83.

2. Авторское свидетельство СССР N 1219963, кл. G 01 N 22/04, 23.03.86.

Использование: в сверхвысокочастотной (СВЧ) влагометрии, в влагомерах, где формируются последовательно появляющиеся эталонные и рабочие резонансные сигналы, соотношение между амплитудами которых характеризуют влажность исследуемого материала. Сущность изобретения: достигается введением диода 2, второго коммутатора 4, запоминающих емкостей 6 и 7, которые вместе с дифференциальным усилителем 1 и первым коммутатором 3 образуют пиковой детектор с двумя выходами, соединенными с входами АЦП 8. Переключение коммутаторов производится прямоугольными импульсами с выхода генератора 5, синхронизированными с эталонными и рабочими сигналами. Информация отображаемая индикатором 10, описывается формулой: Х=К• (U₁-U₂)/U₁, где К - коэффициент передачи делителя 9, U₁, U₂ - амплитуда эталонных и рабочих импульсов соответственно. 1 ил.

Устройство для обработки сигналов резонансного СВЧ-влагомера, состоящее из преобразователя, содержащего усилитель, первый коммутатор, управляющий вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, отличающееся тем, что введены диод, второй коммутатор, две запоминающие емкости и АЦП, усилитель выполнен дифференциальным, неинвертирующий вход которого соединен с входной шиной устройства, выход дифференциального усилителя через диод соединен с входом первого коммутатора, первые выходы первого и второго коммутаторов соединены с первой запоминающей емкостью и неинвертирующим входом АЦП, вторые выходы первого и второго коммутаторов соединены с второй запоминающей емкостью и инвертирующим входом АЦП, инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с входом второго коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом генератора прямоугольных импульсов, вход опорного напряжения АЦП через введенный делитель напряжения соединен с первыми выходами первого и второго коммутаторов, а выход АЦП соединен с индикатором, причем дифференциальный усилитель, диод, первый и второй коммутаторы, первая и вторая замыкающие емкости образуют пиковый детектор.