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

Изобретение относится к измерительной технике.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения влажности материалов.

Устройство для измерения влажности материалов содержит СВЧ-генератор 1, первый тройник 2, первый регулируемый аттенюатор 3, второй тройник 4 и детектор 5, измерительную ячейку 6, циркулятор 7, второй регулируемый аттенюатор 8, третий регулируемый аттенюатор 9, блок 10 сравнения, генератор 11 счетных импульсов, преобразователь код-напряжение (ПКН) 12, блок 13 опроса и адресации, блок 14 памяти, блок 15 преобразования параллельного кода в последовательный, блок 16 коммутации, делитель 17 частоты, блок 18 управления, преобразователь код-ток (ПКТ) 19, а также вычислитель 20.

Устройство для измерения влажности материалов работает следующим образом.

Весь цикл приема преобразования в вычислитель 20 информации о затухании А, фазовом сдвиге ф и величине R, отраженной от границы раздела сред воздух-материал электромагнитной волны, происходит за четыре такта.

Первый такт начинается с появления на выходе «Пуск делителя 17 частоты разрешения, поступающего в блок 18 управления. Последний устанавливается в положение, при котором принимаются следующие состояния: первый и второй регулируемые аттенюаторы 3 и 8 не пропускают СВЧ-энергию по опорному и ответвленному каналам в сторону детектора 5, а третий регулируемый аттенюатор 9 пропускает СВЧ-энергию от СВЧ-генератора I на вход детектора 5 и навыходе последнего устанавливается напряжение Urt, зависящее от влажности образца 21. В это же время импульсы с генератора 11 счетных импульсов через блок 18 управления поступают в блок 14 памяти и в ПКН 12. ПКН 12 преобразует счетные импульсы в напряжение до тех пор, пока оно не станет равным напряжению на выходе детектора 5. В момент равенства этих напряжений на выходе блока 10 сравнения появляется сигнал логического нуля (log 0), который при помощи блока 18 управления запрещает запись импульсов в ПКН 12 и блок 14 памяти, а блоку 13 разрешает произвести опрос блока 14 памяти и последовательную адресацию десятичного кода в вычислитель 20.

Передача информации в вычислитель 20 осуществляется при помощи блока 15 преобразования параллельного кода в последовательный и блока Л 6. Блок 15 подключен к блокам 14 и 16 так, что при последовательном опросе блока 14 памяти, начиная со старшего разряда, блок 15 заставляет отработать тот элемент блока 16, который

соответствует содержащейся в блоке 14 цифре, и происходит перезапись числа из блока 14 памяти в вычислитель 20.

По окончании перезаписи с блока 13 в

блок 18 управления поступает сигнал «Такт, и последний устанавливается в состояние второго такта. В результате принимаются следующие исходные состояния: второй - и третий регулируемые аттенюаторы 8, 9 не пропускают СВЧ-энергию от СВЧ-генератора 1 на вход детектора 5, первый регулируемый аттенюатор 3 пропускает СВЧэнергию от СВЧ-генератора 1 на вход детектора 5, в ПКН 12 команда «Сброс после окончания первого такта не поступает и на его выходе сохраняется напряжение равное Un (первого такта).

При этих условиях блок 10 сравнения принимает первоначальное состояние, в котором приложенное к его входу напряжение опорного канала всегда больще или равно

напряжению измерительного канала В блоке 14 памяти перед началом новой записи стирается число предыдущего такта, и вся схема готова к приему информации с опорного канала.

Во время второго такта с генератора 11

счетных импульсов поступают импульсы в блок 14 памяти и в блок ПКТ 19. При этом на выходе ПКТ 19 растет ток управления перовым регулируемым аттенюатором 3, который уменьшает величину СВЧ-энергии до значения, равного напряжению на выходе

ПКН 12.

В момент равенства этих напряжений, приложенных к входу блока 10 сравнения, на его выходе вновь появляется сигнал «log О, и процесс опроса и адресации информации повторяется с той лишь разницей, что записанное с опорного канала в блок 14 памяти число переписывается в вычислитель 20.

В третьем такте перед началом записи нового числа в ПКН 12 происходит сброс информации, и напряжение на его выходе становится равным нулю, а ПКТ 19 сохраняет состояние предыдущего такта, третий регулируемый аттенюатор 9 открывается и

на выходе детектора 5 в результате суперпозиции волн опорного, и измерительного каналов устанавливается результирующее напряжение Uf., зависящее от разности фаз в опорном и измерительном каналах, т. е.

Up 2Ucos фp или cosiy/,

где фр - результирующий фазовый сдвиг при

.

Это напряжение (Up), как и в двух предыдущих тактах, преобразуется в десятичный код и записывается в вычислитель 20.

В четвертом такте первый и третий аттенюаторы 3 и 9 запрещают прохождение СВЧ-энергии по опорному и измерительному

каналам, а второй регулируемый аттенюатор 8 открывается, разрешая прохождение электромагнитной волны, отраженной от границы раздела сред воздух-материал, на вход детектора 5.

В результате на первом входе блока 10 сравнения вновь появляется напряжение, величина которого определяется аналогично первому такту и записывается в. вычислитель 20.

По окончании четвертого такта запись массива исходных данных в вычислитель 20 прекращается и с блока 13 опроса и адресации в блок 16 коммутации поступает команда на перевод вычислителя 20 на начало работы с нулевого регистра (пуск и останов

вычислителя 20). В результате происходит обработка данных по формуле

и„(1-)

A 20lg

и„

где и„, и„, Uo - амплитуды напряжений на входе и выходе образца 21 и отраженной от границы раздела сред соответственно,

определяют величину затухания А, по которой судят о влажности исследуемого материала, когда его толщина превышает глубину проникновения отраженной электромагнитной волны более чем в 2 раза.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ МАТЕРИАЛА, содержащее СВЧ-генератор, выход которого соединен с входом первого тройника, к одному из выходов которого последовательно подсоединены первый регулируемый аттенюатор, второй тройник и детектор, к второму входу первого тройника подсоединено первое плечо циркулятора, к второму плечу которого подключен вход измерительной ячейки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, к третьему плечу циркулятора подсоединен второй регулируемый аттенюатор, выход которого соединен с входом детектора, между выходом измерительной ячейки и вторым входом второго тройника включен третий регулируемый аттенюатор, к выходу детектора последовательно подключены блок сравнения, второй вход которого соединен с первым выходом вве денного блока управления через введенные преобразователь код-напряжение, блок опроса и адресации, блок памяти, блок преобразования параллельного кода в последовательный и блок коммутации, выход которого является выходом устройства, а также введены преобразователь код-ток, включенный между вторым выходом блока управления и управляющим входом первого регулируемого аттенюатора, генератор счетных импульсов, соединенный входом «Счет блока управления, и делитель частоты, вход которого подключен к выходу генератора счетных импульсов, а его выходы соединены соответственно с входами «Пуск и «Опрос блока управления, при этом выход блока сравнения соединен с входом «Стоп блока /О управления, выходы «Счет и «Опрос которого подключены соответственно к входам блока опроса и адресации и блока памяти, управляющие входы второго и третьего ре- 5 гулируемых аттенюаторов соединены соот- ветственно с вторым и третьим выходами блока управления, тактовый вход которого соединен с соответствующим выходом блока опроса и адресации, подсоединенного выходом «Адрес к управляющему входу блока коммутации. СО сл