Устройство для измерения влажности диэлектрических материалов Советский патент 1985 года по МПК G01N22/04 

1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для контроля влажности хлопк сырца, а также сыпучих, твердых и жидких материалов. Цель изобретения - повышение точ ности и достоверности измерений. На чертеже приведена структурная электрическая схема .устройства для измeISeния влажности диэлектрических материалов. Устройство для измерения влажности диэлектрических материалов содержит СВЧ-гёнератор 1, аттенюатор делитель 3 мощности, направленный о ветвитель 4, антенну 5, измерительну ячейку 6, металлический, экран 7, пер вый и второй детекторы 8, 9, усилитель-ограничитель 10,линию 11 задержки, блок 12 совпадения,генератор 13 импульсов, блок пересчета (на чертеже не показан). Устройство для измерения влажности диэлектрических материалов работает следуинцго образом. . После включения устройства в сеть первоначально устанавливают интервал tjj (или частоту „ - ) следования импульсов генератора 13 имцуль сов из условия (1,1 - 1,2) Тп +Ьс: Емакс где. Tj|- - время распространения прямо го и отраженного импульсов от момента излучения до вхо да блока 12 совпадения; nctf максимально возможная относительная диэлектрическая проницаемость исследуемого материалаJ Ц - время задержки линии 11 задержки. Причем -длительность зондируюш;их импульсов выбирается из условия ho + htjSM ui(0,4-0,7) где hg - толщина исследуемого матери ала (образца); hg - расстояние от плоскости изл . чения () антенны до п верхности исследуемого ма териала; Сиин относительная Д1юлектрическая проницаемость сухого ма териала; С - скорость света. 53 Связь влажности- исследуемого материала со временем распространения в нем СВЧ-импульса обусловлена тем, что диэлектрическая проницаемость исследуемого материала им определяется диэлектрической проницаемостью сухого исследуемого материала и диэлектрической проницаемостью воды . Для большинства диэлектрических материалов Eg Е JDIO поэтому чем больше влажность исследуемого материала, тем больше его диэлектричачская проницаемость Время распространения электромагнитного поля в среде связано с диэлектрической проницаемостью формулой: h - толщина материала; С - скорость света; - диэлектрическая проницаемость материала. Из формулы видно, что влажность исследуемого материала пропорциональна времени распространения в нем СВЧ-импульса. : Импульсы с выкода генератора 13 импульсов подают на модулирукнций вход СВЧ-генератора 1 (например, нажатием кнопки Пуск). Одновременно с его выхода через аттенюатор 2 СВЧ-импульсы поступают в приемнопередакяцую антенну 5. Основная часть энергии СВЧ-импульсов излучается в направлении исследуемого диэлектрического материала, помещенного в измерительную ячейку 6,- а некоторая (калиброванная) часть ее поступает через делитель 3 мощности, например направленный ответвитель, на первый детектор 8, где СВЧ-импульсы детектируются и поступают на первьй вход блока 12 совпадения. Излученная часть энергии СВЧ-импульса распределяется следующим образом: часть ее отражается от исследуемого материала, часть в нем поглощается, а остальная часть отражается от металлического экрана 7. Отразившаяся часть энергии СВЧ-импульса со сдвигом во времени относительно момента излучения, равным , Ь поступает в антенну 5, откуда через направленный 3 ответвитель 4 поступает иа второй детектор 9, где детектируется и подается на вход усилителя-ограничи теля 10. С выхода последнего через линию .11 задержки импульсы поступаю на второй вход блока 12 совпадения. Усилитель-ограничитель 10 еьщеля ет полезный сигнал, ограничивает амгоштуду импульса, отраженного от поверхности исследуемого материала и усиливает амплитуду импульса, отраженного от металлического экрана Линия 11 задержки выполняет две функции: исключает наложение мощностей отраженного от металлическог экрана 7 и полезного импульсов с последукщим излучением импульсов в плоскости приема (передачи антенны 5) и исключает ложное срабатывание блока 12 совпадения от помехи, проса чиваняцейся в момент излучения импуль са в направленный ответвитель 4.Время задеркки линии задержки выбирают г (1,5 - 2Пи. Блок 12 совпадения регистрирует только импульсы, отразившиеся от ме 534 таллического экрана 7, время распространения которых в исследуемом материале характеризует его интегральную влажность.. . Для этого уменьшают (вручную или автоматически) интервал следования импульсов ty генератора 13 импульсов до момента одновременного прихода импульсов с выхода детектора 8 и с .выхода линии 11 задержки на блок .12 совпадения (момент равенства t ц Ту). В этот момент с выхода блока 12 совпадения на управляемый вход генератора 13 импульсов поступает . сигнал, по которому прекращает регулировку частоты (интервала)следования импульсов (в случае регулировки поступающий сигнал указывает на необходимость ее прекращения) . После чего импульсы с генератора 13 импульсов подают на блок пересчета, где частота (интервал) следования импульсов преобразуется в показания интегральной влажности Исследуемого материала.

УСТРОЙСТВО .ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАШОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор, делитель мощности и первый детектор,генератор импульсов, выход которого подключен к модулирующему входу СВЧ-генератора и входу блока пересчета, второй детектор и антенну, перед которой размещена измерительная ячейка, отличаю-, щ е е с я тем, что, с целью повываения точности и достоверности измере-. НИИ, к выходу второго детектора последовательно подключены усшштельо гран носите ль, линия задержки и блок совпадения, второй вход которого соединен с выходом первого детектора, а также введены металлический отражатель, установленный за измеритель ной ячейкой, и направленный ответвитель, вход основного плеча которого соединен с антенной, выход - с вторым выходом делителя мощности, а к выхо ду вспомогательного плеча подключен вход второго детектора, при этом генератор импульсов выполнен регулкруемьм по частоте следования импульсов, а его управляняций вход соединен с выходом блока совпадения. .юг