Автоматический СВЧ-влагомер Советский патент 1986 года по МПК G01N22/04 

t

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ и может быть использовано при контроле влажности хлопка-сырца и продуктов его переработки. Цель изобретения - повышение точности и распшрение диапазона измеряемых значений влажности.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема автоматического СБЧ-влагомера; на фиг.2 - временная диаграмма модулирующих сигналов в измерительном и опорном каналах.

Автоматический СВЧ-влагрмер содержит СВЧ-генератор 1, делитель 2 мощности, передающую антенну . 3, приемную антенну 4, измерительную ячейку 5 для исследуемого материала, первый амплитудный модулятор 6,второй ам- плитудньй модулятор 7, сумматор 8 мощности, управляемьй аттенюатор 9, смеситель 10, интегратор 11 и диф- .ференциальный усилитель 12, источник 13 опорного напряжения, первый, второй и третий избирательные усилители 14-16j вычислитшхь 17 и индикатор 18, генератор 19 тактовых импульсов, распределитель 20 импульсов, первый, второй и третий генераторы 21-23 низкой частоты, первьш, второй и третий ключи 24-26, первьй и второй сумматоры 27 и 28 трехканальный делитель 29 мощности.

Автоматический СВЧ-влагомер работает следующим образом.

Сверхвысокочастотные колебания с выхода СВЧ-генератора 1 через делитель 2 мощности делятся на опорный и измерительный Каналы и после прохождения через исследуемый материал поступают на первый амплитудный мо- дулятор-6 и второй амплитудньм модулятор 7 и модулируются по амплитуде частотами W, W , W,. с первого, второго и третьего генераторов 21-23. При этом модуляция происходит слеДую- щим образом. С генератора 19 на распределитель 20 с частотой W - - -Wg, W, W поступают прямоугольные импульсы.

Сигналом с первого выхода распределителя 20 открьгоается первьй ключ 24 и через второй сумматор 28 запирается опорньй канал. При этом СВЧ-коле- бания после прохождения через иссле- дуемьй материал модулируется первым амплитудным.модулятором 6 по амплитуде частотой W с первого генератора 21 низкой частоты (фиг.2).

1242782 Z

Сигналом с второго выхода распределителя 20 открывается второй ключ 25 и СВЧ-колебания амплитудными модуляторами 6 и 7 одновременно модули- 5 руются частотой W с третьего генел.™... .,-4.

ратора 23 низкой частоты (фиг.2).

Сигналом с третьего выхода распределителя 20 открывается третий ключ 26 и через первый сумматор 27 0 запирается измерительный канал. При этом СВЧ-колебания в опорном канале вторым амплитудным модулятором 7 через второй сумматор 28 модулируются частотой Vl со второго генерат ора 22 15 низкой частоты (фиг,2).

Частоты W, W, W подбираются из соотношения W nWg, W mW , , Сигнал и, , промодулированньй первым амплитудным модулятором 6 часго20

25

30

35

40

50

той с первого генератора 21 низкой частоты, на входе смесителя 10 равен

(P)U,(1+m,sinW,t)sin(W;,t +ср,),

где Uj - амплитуда СВЧ сигнала на выходе измерительного канала ;

т - коэффициент модуляции первого амплитудного модулятора 6; W« - частоты СВЧ-колебаний;

сдвиг фазы в измерительном канале;

затухание управляемого аттенюатора 9,

Сигнал и, промодулированньй вторым амплиту цным модулятором 7 часто10

о Ч ,

N(P) кой частоты, на входе смесителя равен

и N(P)U2,(,,t)sin(W t+Cfp, 45 .п,

m,

W

о

2

амплитуда СВЧ сигнала на выходе опорного Канала; коэффициент модуляции второго амплитудного модулятора 7;

частота СВЧ-колебаний; сдвиг фазы в опорном канале;

N(P)- затухание управляемого аттенюатора 9.

Сигнал и, промодулированный од- 55 новременно первьм и вторым амплитудными модуляторами 6 и 7 частотой Wj с третьего генератора 23 низкой час- .тоты, на входе смесителя 10 равен

Сигналом с второго выхода распределителя 20 открывается второй ключ 25 и СВЧ-колебания амплитудными модуляторами 6 и 7 одновременно модули- руются частотой W с третьего генел.™... .,-4.

ратора 23 низкой частоты (фиг.2).

Сигналом с третьего выхода распределителя 20 открывается третий ключ 26 и через первый сумматор 27 запирается измерительный канал. При этом СВЧ-колебания в опорном канале вторым амплитудным модулятором 7 через второй сумматор 28 модулируются частотой Vl со второго генерат ора 22 низкой частоты (фиг,2).

Частоты W, W, W подбираются из соотношения W nWg, W mW , , Сигнал и, , промодулированньй первым амплитудным модулятором 6 часго

той с первого генератора 21 низкой частоты, на входе смесителя 10 равен

(P)U,(1+m,sinW,t)sin(W;,t +ср,),

где Uj - амплитуда СВЧ сигнала на выходе измерительного канала ;

т - коэффициент модуляции первого амплитудного модулятора 6; W« - частоты СВЧ-колебаний;

сдвиг фазы в измерительном канале;

затухание управляемого аттенюатора 9,

Сигнал и, промодулированньй вторым амплиту цным модулятором 7 часто10

о Ч ,

N(P) кой частоты, на входе смесителя равен

и N(P)U2,(,,t)sin(W t+Cfp, .п,

m,

W

о

2

амплитуда СВЧ сигнала на выходе опорного Канала; коэффициент модуляции второго амплитудного модулятора 7;

частота СВЧ-колебаний; сдвиг фазы в опорном канале;

N(P)- затухание управляемого аттенюатора 9.

Сигнал и, промодулированный од- новременно первьм и вторым амплитудными модуляторами 6 и 7 частотой Wj с третьего генератора 23 низкой час- .тоты, на входе смесителя 10 равен

Формула изобретения Автоматический-СВЧ-влагомер, содержащий последовательно соединенные СВЧ-генератор, делитель мощности, пе вый амплитудный модулятор-, сумматор мощности, управляемый аттенюатор, смеситель и трехканальный делитель мощности, выходы которого через со- ответствукицие первый, второй и тре- тий избирательные усилители соединены с входами вычислителя, .к выходу jKOToporo подключен индикатор, последовательно размещенные передающую антенну, вход которой соединен с вто рым выходом делителя мощности, измерительную ячейку и приемную антенну, выход которой через второй амплитудньп модудятор подключен к второму входу сумматора мощности,первый и второй генераторы низкой частоты, .при этом между выходом смесителя и управляюидим входом управляемого аттенюатора последовательно включены интегратор и дифференциальньй усили- тель, к опорному входу которого под- 1слючен источник опорного напряжения, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьшшния точности и расширения диапазона измеряемых значений влажности, в него введены последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, распределитель импульсов, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого генератора низкой частоты, и первый сумматор, выход которого подключен к управляющему входу второго амплитудного модулятора, последовательно соединенные третий генератор низкой частоты, второй ключ, второй вход кото-, рого соединен с вторым выходом распределителя и fflyльcoв, а выход подключен к второму входу первого сумматора, последовательно соединенные третий ключ и второй сумматор, выход которого соединен с управляющим входом первого амплитудного модулятора, второй вход подключен к выходу второго ключа, а третий вход соединен с первым выходом распределителя импульсов, при зтом третий вькод распределителя импульсов подключен к третьему входу первого сумматора и первому входу третьего ключа, второй вход которого соединен с выходом второго генератора низкой частоты.

Изобретение относится к технике измерений на СЕЧ и м.б. использовано при контроле влажности хлопка-сырца и продуктов его переработк,и. Повьша- ется точность и рас1Ш1ряется диапазон измеряемых значений влажности, СВЧ- влагомер содержит СВЧ генератор 1, делитель мощности (ДМ) 2,. переданлцую 3 и приемную 4 антенны, измерительную ячейку 5 для исследуемого материала, два амплитудных модулятора 6, 7, сумматор 8 мощности, управляемый аттенюатор 9, смеситель 10, интегратор 11, дифференциальный усилитель 12 источник 13 опорного напряжения, три избирательных усилителя 14-16, вычислитель 17, индикатор 18, генератора 21,22 НЧ, трехканальньш ДМ 29.- Цель достигается введением генератора 19 тактовых импульсов, распредели- теля 20 импульсов, третьего генератора 23 НЧ, трех ключей 24-26, двух сумматоров 27, 28..2 ил. с U5 Фиг.1

fJ, uTj

/i3Mepf//7 e/ 6f 6/i/

Редактор Н.Рогулич

Составитель Ю.Мамонтов

Техред О.ГортвайКорректо) В.Бутяга

3694/39

Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Произ водственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

(P)U,(1+m,)sin(Wot+tf,) + + U(1+m sinW3)sin(Wot + tf2) .

Сигнал CO смесителя 10 поступает через интегратор 11 на второй вход дифференциального усилителя 12 и сра нивдется с опорным напряжением, поданным на первый вход дифференциалы ного усилителя 12 с выхода источника 13. Величина опорного напряжения задается равной уровню сигнала на выходе смесителя 10 при подаче на его вход СВЧ мощности, не превышающей 100 мкВт, с целью вывода смесителя 10 на квадратичный участок характеристики. С выхода дифференциального усилителя 12 сигнал подается на вход управляемого аттенюатора 9 и изменяет величину-затухания таким образом, чтобы уровень СВЧ мощности на входе смесителя 10 не превьшал 100 мкВт. С выхода смесителя 10 сигнал, содержащий частоты W,, Wj, W, подается на входы избирательных усилителей 14-16, каждый из которых вы- деляет составляющую с одной частотой - W,, W , W. При этом сигналы на выходах избирательных усилителей 14-16 соответственно равны

U|p N(P)ka2U2 m.sinW, t; (P)ka,u ,mjSinW f,

ticpj NW4 Jm-lJ7m iCOSW,t-co5(cf,)

где k - коэффициент 1, зависящий от скважности импульсов на выходах распределителя 2Й импульсов;

где и, N(P),,(cf,-q,)

гЧ ,

U;.. N(P)kc,U m,

Влажность W вычисляется по формуле .

Ад Фа

фТа,-ор- АТа,

где а,,0,0, а - коэффициенты, определяемые экспериментально путем из

а - коэффициент апроксимацирг

характеристики смесителя 10;

и, и - амплитуды напряжений измерительного и опорного каналов;

m m - коэффициенты модуляции амплитудных модуляторов 6 и 7;

N(P) - затухание управляемого аттенюатора 9;

if,, q.,- сдвиг фазы СВЧ-волны в измерительном и опорном каналах.

В вычислителе 17 сигналы с выходов измерительных усилителей 14-16 преобразуются в цифровую форму и по амплитудам э.тих сигналов вычисляется затухание А, разность фаз измери- тельного и опорного каналов Ф и влажность исследуемого материала VJ .

Затухание СВЧ-колебаний определяется по формуле .

2iy.z niNlPi iofK 1,, 112 МГОЧ -ё ,12

ka,U2,N(P)

и.

«ги.

при га га.

35

Ра зность фаз Ф измерительного и опорного каналов вычисляется по формуле

Ф агссо5( },

Uq),U(,

амплитуда

сигнала;

амплитуда

сигнала;

амплитуда

сигнала.

мерения коэффициента ослабления и фазового сдвига, вносимых материалами с известной плотностью, влажностью и постоянной толщиной слоя.