СВЧ-влагомер Советский патент 1983 года по МПК G01N22/04 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам радиоволнового контроля влажности, и может быть использовано для определения влажности листовых диэлектрических материалов и поверхностных слоев непроводящих объемных материалов. Известен микроволновой измерител влажности, содержащий .свип-генератор СВЧ-колебаний, волноводный тракт, датчики влажности, подводящие СВЧ-энергию к выбранным точкам материала, индикаторное устройство причем выходные сигналы датчиков пропорциональны содержанию влаги в образце Г . Недостатками измерителя влажности являются сложность конструкции, настройки и низкая разрешающая способность прибора. Каждый датчик сое тоит из двух рупорных антенн, должен иметь по два фильтра, настроенных на одну частоту, разные датчики должны иметь фильтры, настроенные на разные частоты с перекрывающимион полосами пропускания. Вследствие большой площади раскрыва рупоров, каж,цый датчик дает -инфррмацию о влажности относительно большого объема. Материала о Наиболее близким к изобретению является СВЧ-влагомер, содержащий отрезок кшкрополосковой линии, один конец которой соединен с выходом СВЧ- свип-генератора, а другой подключей к входу индикатора, вход развертки которого подсоединен к выходу генератора пилообразного напряжения СВЧ свип-генератора 2 Однако устройство имеет низкую разрешающую способность, так как не обеспечивает локальности измерений , Цель изобретения - повышение ра решающей способности„ С этой целью в СВЧ-влагомер, содержащий отрезок У1ИКрОПОЛОСКОВОЙ линии, один конец которой соединен с выходом СВЧ свип-генератора, а другой подключен к входу индикатор вход развертки которого подсоединен ;к выходу генератора пилообразного напряжения СВЧ свип-генератора, вве дены диэлектрические резонаторы с отличающимися резонансными размерами, электрически связанные с токоне сущим проводником отрезка микрополосковой линии, при этом одни из торцов диэлектрических резонаторов контактируют с исследуемым материалог о. Величина сдвига резонансной частоты или изменение добротности диэлектрических резонаторов (ДР) пропорциональна, влажности материала в точке, где установлен данный ДР На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема СВЧ-влагомера на фиг, 2 - резонансные кривые ДР, получаемые на экране осциллографа; на фиг. 3 - экспериментально полученная кривая зависимости резонансной частоты ДР от влажности бумаги. СВЧ-влагомер состоит из СВЧ свипгенератора 1, ферритового вентиля 2, переменного аттенюатора 3, ДР 4, различных резонансных размеров, расположенных на некогором расстоянии друг от друга в выбранных точках измерения влажности вдоль токонесущего проводника 5 отрезка микрополосковой линии передачи на диэлектрической подложке б, детектора 7, сигнгш с которого подается на вход А индикатора двухлучевого осциллографа 8. Выход частотомера, встроенного в СВЧ свип-генератор, соединен с входом В двухлучевого осциллографа. Для развертки на двухлучевой осциллограф подается пилообразное Нсшряжение от СВЧ свип-генератора. Отрезок микрополосковой линии передачи соединен с источником и приемником сигнала при помощи коаксиально-полосковых переходов 9. При измерении влажности материала, например бумаги, отрезок микрополосковой линии и ДР 4 размещаются поперек листа 10 перпендикулярно направлению его движения и верхними торцами касаются поверхности листа о ДР 4 выполнены в виде цилиндров или параллелепипедов из керамического материала с высокой диэлектрической проницаемостью и малым тангенсом угла диэлектрических потерь В диапазоне СВЧ. Они имеют детерминированный сдвиг резонансной частоты g относительно друг друга, что достигается различием в величинах диаметров (или ширины в случае параллелепипедов). Высота всех ДР. 4 одинакова. Устройство работает следующим образом, СВЧ-колебания от СВЧ свип-генератора 1 посредством отрезка микрополосковой линии передачи возбуждают в ДР 4 резонансные колебания. Полоса свипирования выбрана так ,что на экране 11 двухлучевого осциллографа 8 видны резонансные кривые 12 от всех ДР 4. Вначале на ДР 4 помещается полностью обезвоженный материал, при этом происходит сдвиг резонансных частот ДР 4 и изменения их добротности, обусловленные электрическими свойствами обезвоженного материала. При помощи метки 13 частотомера измеряются резонансные частоты или добротности каждого Д 4 f выбор того или иного измеряемого параметра обусловлен конкретными

свойствами материала) . Затем над резонаторами помещается исследуемый материал. Изменение влажности материала в какой-либо точке листа 10 вызывает сдвиг резонансной частоты и изменение добротности ДР 4, установленного в этой точке (положение 14) . По величине сдвига резонансной частоты или по изменению добротности определяется содержание влаги в данной точке листа 10. Шкала двухлучевого осциллографа 8 по горизонталк градуируется в единицах длины для того, чтобы можно было связать

/J

ZlA

/«каждую резонансную кривую с определенной точкой по ширине листа 10.

Использование ДР 4 в качестве датчиков влажности обеспечивает локальность измерений.

Предлагаемый СВЧ-влагомер можно применять для измерения распределения влажности по ширине листовых диэлектрических материалов, например бумаги, тканей, резины, а также для контроля степени увлажнения поверхностных слоев толщина до 3мм и сигнализации появления влаги на поверхности непроводящих объемных твердых тел.

X

.12

СВЧ-ВЛАГОМЕР, содержащий отрезок микрополосковой линии, один конец которой соединен с выходом СВЧ свип-генератора, а другой подключен к входу индикатора, вход развертки которого подсоединен к выходу генератора пилообразного напряжения СВЧ свип-генератора, отличающийся тем, что, с целью повьшения разрешающей способности, в него введены диэлектрические резонаторы с отличающимися резонансными размерами, электрически связанные с токонесущим проводником отрезка микрополосковой линии, при этом один из торцов диэлектричсеких резонаторов контактируют с исследуемым мате13иалом. (Л