Сверхвысокочастотный влагомер Советский патент 1986 года по МПК G01N22/04 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения влажности диэлектрических материалов, преимущественно тканей, кож, пленок и других рулонных и листовых материалов, с ис- пользованием электромагнитного излучения сверхвысоких частот (СВЧ).

Цель изобретения - повышение точности измерений путем исключения влияния пере- менной длины волны и толщины материала.

На чертеже приведена структурная электрическая схема сверхвысокочастотного влагомера.

Сверхвысокочастотный влагомер содержит управляемый по частоте сверхвысоко- частотный генератор 1, низкочастотный управляющий генератор 2, развязывающий аттенюатор 3, регулятор 4 мощности СВЧ колебаний (например, на pin диоде), блок 5 выделения отраженного сигнала, с использованием направленного ответвителя или ферритового циркулятора, второй сверхвысокочастотный детектор 6, дифференциальный усилитель 7, излучающую антенну 8, полупрозрачный отражатель 9, выполненный например, в виде системы параллельных проводников, расположенных на расстоянии меньшем Кш,„/4 и ориентированных под углом, отличным от К.л/2 (К О, ±1, ±2, ...) по отнощен-ию к вектору поляризации излучаемой волны, приемную антенну 10, при этом контролируемый материал 11 располо- жен между антеннами под углом 45° к направлению излучения, первый сверхвысокочастотный детектор 12, логарифмический преобразователь 13, регулируемый видеоусилитель 14, усредняющий фильтр 15, усилитель 16 огибающей сигнала, синхронный детектор 17, индикаторный прибор 18, и источник 19 опорного напряжения.

Сверхвысокочастотный влагомер работает следующим образом.

Сверхвысокочастотный генератор 1 под

воздействием прямоугольного напряжения низкой частоты вырабатываемого низкочастотным управляющим генератором 2, генерирует колебания с длинами волн К и К-2 с периодом повторения низкочастотного управляющего генератора 2. СВЧ колебания через развязывающий аттенюатор 3, регулятор 4 мощности, блок 5 выделения отраженного сигнала поступают в излучающую антенну 8 и излучаются. Частично отраженная полупрозрачным отражателем 9 электромагнитная волна, пройдя через блок 5 выде- ления отраженной волны, детектируется сверхвысокочастотным детектором 6 отраженного сигнала. Продетектированный сигнал Ug поступает на первый вход дифференциального усилителя 7, на второй вход которого подается постоянное напряжение Uni от источника 19 опорного напряжения. Выходной сигнал дифференциального усили5

5 5 о 5

0

0

5 0

теля 7, пропорциональный разности (Uoi - -Ug) поступает на регулятор 4 мощности, например на pin диоде. Очевидно, выпрямленный сверхвысокочастотным детектором 6 отраженный сигнал определяется величиной СВЧ мощности, генерируемой сверхвысокочастотным генератором 1, коэффициентом отражения полупрозрачного отражателя, коэффициентами передачи и неравномерностью частотных характеристик излучающей антенны 8, волноводов, блоком 5 выделения отраженного сигнала сверхвысокочастотного детектора 6. В результате регулирования СВЧ мощности исключается влияние неравномерности частотных характеристик СВЧ тракта и уровня генерируемой сверхвысокочастотным генератором 1 мощности на разных частотах. Кроме того, практически исключается неравномерность частотных характеристик приемной антенны 10 и сверхвысокочастотного детектора 12, если они однотипны с излучающей антенной 8 и сверхвысокочастотным детектором 6 соот- ветственноЧтобы исключить влияние на качество стабилизации уровня излучаемой мощности СВЧ колебаний сигнала, отраженного влажным материалом, антенны располагаются так, чтобы направление распространения электромагнитных колебаний составляло угол ф 45° с плоскостью, в которой движется влажный материал. При этом отраженная влажным материалом волна не попадает в излучающую антенну 8.

Таким образом, применение полупрозрачного отражателя и специальной ориентации антенны позволяет осуществить стабилизацию СВЧ мощности излучения в широком диапазоне частот.

Приемная антенна 10 воспринимает про- н.1едщую через влажный материал с эффективной толщиной d do/cos9 электромагнитную волну и на нагрузке сверхвысокочастотного детектора 12 при генерации сверхвысокочастотным генератором 1 колебаний с длиной волны ч выделяется продетекти- рованный сигнал, равный

U,V PoKi2e-(,(1)

а при генерации колебаний с длиной волны

PoKi e- + « ,(2)

где РО - излучаемая мощность СВЧ колебаний;

Ki2- коэффициент передачи сверхвысокочастотного детектора 12; ао - коэффициент затухания сухого материала;

YI.Y2-нормированные коэффициенты затухания, зависящие от количества влаги в материале при длине волны А.1 и Ха соответственно. После логарифмического преобразователя 13 и регулируемого видеоусилителя 14

амплитуды сигналов LJi™ будут иметь значения:

, lOgPo- ao(I+Yi)

31 UM Ki4K,3Ui2 KullogPo -«0(1+72) d.

Переменная составляющая сигнала на входе усилителя 16 огибающей равна

Ui6 Uu -Uu Knaod ().(4)

В то же время на выходе усредняющего фильтра 15 выделяется средний уровень сигнала, равный

и,, j( logPo - -(2+7,+72)

Сигнал, пропорциональньш logPo, может быть скомпенсирован подачей постоянного смещения Uo2 на второй вход регулируемого видеоусилителя 14. Коэффициент передачи регулируемого видеоусилителя 14 можно представить следующим образом

Кt.) ,2Ki7

,(2+Yi+Y2) -Од

(5)

где Ki4 - постоянная величина.

Таким образом, сигнал, поступающий на индикаторный прибор 18, может быть представлен следующим выражением:

UBUX Ki/KieUn Ki7-Ki6-Ki4aodX

Х(т,-у.)К,гкЛК| - 71-72

к2+Yi+Y2

где

Ki6 - коэффициент передачи

1. Сверхвысокочастотный влагомер, содержащий управляемый по частоте сверхвысокочастотный генератор, к выходу которого подключены последовательно соединенные развязывающий аттенюатор и регулятор мощности, излучающую и приемную антенны между которыми расположен контролируемый материал под углом к направлению излучения, последовательно соединенные первый сверхвысокочастотный детектор, вход которого подключен к приемной антенне и логарифмический преобразователь, синхронный детектор, к выходу которого подключен индикаторный прибор, а также низкочастотный управляющий генератор, соединенный своим выходом с управляющими входами синхронного детектора и сверхвы- сокочастотного генератора, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерений, путем исключения влияния переменной длины волны, в него введены полупрозрачный отражатель, расположенный перед излучающей антенной, блок выделения отраженного сигнала, последовательно соединенные второй сверхвысокочастотный детектор и дифференциальный усилитель, источник опорного напряжения, причем блок выделения отраженного сигнала своим входом соединен с выходом регулятора мощности, первым выходом - с излучающей антенной, вторым выходом - с вторым сверхвысокочастотным детектором, к выходу дифференциального усилителя подключен управляющий вход регулятора мощности, при этом второй вход дифференциального усилителя соединен с первым входом источника

усилителя 16 огибающей) 40 опорного напряжения.

К|7 - коэффициент передачи синхронного детектора 17;

К К|б Км К|4-2 - постоянная величина, так как технически можно достичь высокой стабильности усилителя 16 огибающей и синхронного детектора 17.

Как видно из полученного выражения, выходной сигнал влагомера не зависит от толщины d контролируемого материала (плотности, структуры и т. п.) в сухом состоянии характеризуемых величиной ао. Кроме того, так как величины yi и 72 входят

45

50

2. Влагомер по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерений путем исключения влияния толщины материала, в него введены последовательно включенные регулируемый видеоусилитель и усилитель огибающей сигнала, усредняющий фильтр, при этом выход логарифмического преобразователя соединен с первым входом регулируемого видеоусилителя, второй вход - с выходом усредняющего фильтра, третий вход - с вторым выходом источника опорного напряжения, выход - с входом усредняющего фильтра, причем выход усилителя огибающей сигнала соединен

Редактор Н. Яцола Заказ 3991/35

С сигнальным входом синхронного детектора. Составитель Ю. .Мамонтов

Те.хред И. ВересКорректор А. Обручар

Тираж 778Подписмое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

в числитель и знаменатель выражения (6), то их температурные изменения в некоторых пределах будут слабо влиять на величину выходного сигнала.

10

20

15

25

,

35

Формула изобретения

1. Сверхвысокочастотный влагомер, содержащий управляемый по частоте сверхвысокочастотный генератор, к выходу которого подключены последовательно соединенные развязывающий аттенюатор и регулятор мощности, излучающую и приемную антенны между которыми расположен контролируемый материал под углом к направлению излучения, последовательно соединенные первый сверхвысокочастотный детектор, вход которого подключен к приемной антенне, и логарифмический преобразователь, синхронный детектор, к выходу которого подключен индикаторный прибор, а также низкочастотный управляющий генератор, соединенный своим выходом с управляющими входами синхронного детектора и сверхвы- сокочастотного генератора, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерений, путем исключения влияния переменной длины волны, в него введены полупрозрачный отражатель, расположенный перед излучающей антенной, блок выделения отраженного сигнала, последовательно соединенные второй сверхвысокочастотный детектор и дифференциальный усилитель, источник опорного напряжения, причем блок выделения отраженного сигнала своим входом соединен с выходом регулятора мощности, первым выходом - с излучающей антенной, вторым выходом - с вторым сверхвысокочастотным детектором, к выходу дифференциального усилителя подключен управляющий вход регулятора мощности, при этом второй вход дифференциального усилителя соединен с первым входом источника

40 опорного напряжения.

2. Влагомер по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерений путем исключения влияния толщины материала, в него введены последовательно включенные регулируемый видеоусилитель и усилитель огибающей сигнала, усредняющий фильтр, при этом выход логарифмического преобразователя соединен с первым входом регулируемого видеоусилителя, второй вход - с выходом усредняющего фильтра, третий вход - с вторым выходом источника опорного напряжения, выход - с входом усредняющего фильтра, причем выход усилителя огибающей сигнала соединен

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение точности измерений путем исключения влияния переменной длины волны и толщины материала. СВЧ-влагомер содержит управляемый по частоте СВЧ г-р 1, низкочастотный управляющий г-р 2, развязывающий аттенюатор 3, регулятор .мощности 4, блок выделения отраженного сигнала (БВОС) 5, два СВЧ-де- тектора 6 и 12, дифференциальный у-ль 7, излучающую и приемную антенны 8 и 10, полупрозрачный отражатель 9, контролируемый материал II, логарифмический преобразователь 13, регулируемый видеоусилитель 14, усредняющий фильтр 15, у-ль огибающей сигнала (УОС) 16, синхронный детектор 17, индикаторный прибор 18 и источник опорного напряжения (ИОН) 19. СВЧ- влагомер обеспечивает измерение влажности диэлектрических материалов, преимущественно тканей, кож, пленок и других рулонных и листовых материалов, с использованием эл.-магн. излучения СВЧ. Цель достигается введением БВОС 5, детектора 6, дифференциального у-ля 7, полупрозрачного отражателя 9, регулируемого видеоусилителя 14, усредняющего фильтра 15, УОС 16 и ИОН 19 1 3. п. ф-лы, 1 ил. (Л ГС 4 сд со О5 ел