Способ контроля анизотропии диэлектрических материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01N22/00 

i

Изобретение относится к контроль- но-измерител1 ной технике и может б1лт использовано для бесконтактного неразрушающего контроля диэлектрических материалов и изделий.

Цель изобретения - повьппенне чувствительности и точности контроля.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства контроля анизотропии диэлектрических материалов; на фиг. 2 эпюры напряжения, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит ВЧ-генератор 1S формирователь 2 поляризации, вращатель 3 плоскости поляризации, датчик 4 угла поворота, передающую все- поляризованную антенну 5, приемную всеполяризованную антенну 6, дополнительный вращатель,7 плоскости поляризации , анализатор 8 поляризации СВЧ-детектор 9, усилитель 10, линейный детектор 11, пиковый детектор 12 блок 13 обработки, индикатор 14, фазовый детектор 5, фильтр 16 нижних частот и контролируемый образец 17.

Устройство работает следующим образом.

СВЧ-колебания, генерируемые СВЧ- генератором 1, преобразуют в колебания эллиптической поляризации эллиптичности S при помощи формирователя 2 и направляют на вращатель 3, в котором поляризационный эллипс медленно вращается с частотой F . Этой волной облучают контролируемый образец 17 при помощи передающей все- поляризованной антенны 5 и принимают прощедшее излучение приемной всепо- ляризованной антенной 6, После прохождения контролируемого образца 17 структура поляризационного эллипса (отношение -его осей) изменяется в зависимости от того, как в данный момент времени он ориентирован относительно главных осей анизотропии контролируемого образца Г/. Затем эллипс поляризации прошедшей вол- нь1 анализируют при помощр вращения его с частотой fj F в дополнительном вращателе 7 и преобразования волны в линейнополяризованную в анализаторе 8, После этого сигнал детектируется СВЧ-детектором 9 и усиливается усилителем 10. Эпюра сигнала в точке А на выходе усилителя- приведена на фиг. 2а, Отношение соседних максимумов и минимумов сигнала на частоте f дает значение эллип

59042

тичности в данный момент времени, поскольку анализатор 8 при вращении эллипса, дополнительным вращателем 7 в минимуме сигнала выделяет малую ось эллипса, а в максимуме - большую.

Из фиг. 2 видно, что в момент времени t эллиптичность прошедшей волны минимальна. Это соответствует ориентации эллипса поляризации падаQ ющей волны вдоль той оси анизотропии, которая вызывает сжатие эллипса при прохождении образца. В момез т времени t эллипс поляризации падающей волны растягивается , эллиптич- 5 ность становится максимальной, что соответствует ориентации зллипса поляризации падающей волкы вдоль другой оси анизотропии. Эллиптичность прошедшей волны в момент t равна

Т 5 -ir где S - начальная эллиптич 1ность, задаваемая формирователем 2,

Т, и Т - коэффициенты прохождения по главным осям анизотропии к.онтро- 25 лируемого образца 17, а эллиптичность прошедшей волны в момент t.

Т составляет S - , Отношение этих эл2

липтичностей будет нести информацию jg об анизотропии контролируемого образца 17

(1)

После усиления сигнала выделяют его постоянную составляющую а при помощи фильтра 16. Сигнал на выходе фильтра 16 и в точке В показан

на фиг. 2S. Затем выделяют экстремальные значения сигнала на частоте FO, для чего его детектируют по частоте f в линейном детекторе 1 1 (с предварительным центрированием входного сигнала,т.е. с обрезанием постоянной составляющей). Эпюра напряжения частоты Р„ на выходе лиейного детектора 11 U в точке С показана на фиг..26. Экстремальные

50

значения сигнала на частоте F,

о

и а (фиг. 26) выделяют при помоши пикового детектора 12.

Минимальная эллиптичность прощед- JJ шей волны, соответствующая моменту времени t , равна

S . -i ,,з , . Т, а,

Максимальная эллиптичность в момент времени t, равна

Т

та. Т 2

,aw а -а.

(3)

fria

В блоке 13 обработки осуществляется деление этих сигналов с получением величины

сТ 2 я 4-а

Jiajsf f -а )

О М ИКС

(4)

и а

Выходной сигнал линейного детектора 11, помимо пикового детектора 12, подается на фазовый детектор 15, опорный сигнал к которому подводится с датчика 4, подсоединенного к вращателю 3, Поскольку фаза выходного низкочастотного сигнала на частоте Fff определяется разностью угла поворота эллипса поляризации падающей волны и угла, соответствующего направлению главной оси анизотропии, то выходной сигнал фазового детектора 1 5 будет определяться направлением главных осей анизотропии.

В индикаторе 14 производится индикация выходных сигналов блока 13 обработки и фазового детектора 15, первый из которых пропорционален квадрату степени анизотропии контролируемого образца 17, а второй определяется направлением главных осей анизотропии.

Формула изобрете.ния

1. Способ контроля анизотропии диэлектрических материалов, основанный на облучении контролируемого образца электромагнитной волной, вращении плоскости поляризации прошедшей волны с частотой f , преобразовании ее в линейно поляризованную волну и измерении фазы и отношения экстремальных значений выходного низкочастотного сигнала, по Которым судят соответственно об ориентации главной оси анизотропии и ее величине, отличающий. с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности контроля, дополнительно вращают плоскость по

ляризации падающей волны с частотой F, « f , при этом поляризацию зондирующей волны выбирают эллиптической, измеряют постоянную составляющую и экстремальные значения выходного низкочастотного сигнала на частоте F , о степени анизотропии д судят по величине

t-| f J.) - JfijI J S - iB-fWa

a -a

MOiHC

a +a

5

5

0

5

0

5

где а а , а

макс мин

т, ,т.

0

5

-постоянная составляющая;

-экстремальные значения выходного сигнала на частоте F ;

-коэффициенты прохождения волны через контролируемый .образец для случаев, когда плоскость поляризации

параллельна первой и второй главным осям анизотропии, а начальную эллиптичность падлющей волны S выбирают так, чтобы выполТнялись условия S Tf,-

7.

2. Устройство контроля анизотропии диэлектрических материалов, содержащее последовательно ные СВЧ-генератор, формирователь поляризации, передающую и приемную всеполяризованные антенны, вращатель плоскости поляризации, анализатор поляризации, СВЧ-детектор, усилитель, пиковьш детектор, блок об- работки и индикатор, а также фазовый детектор, включенньв между усилителем и индикатором, и датчик угла поворота, выход которого подключен к опорному входу фазового детектора отличающееся тем, что, с целью порьшения чувствительности и точности контроля, в него введены дополнительный вращатель плоскости поляризации, включенный между формирователем поляризации и передающей всеполяризованной антенной,линейный детектор, включенный между усилителем и пиковым детектором, фильтр нижних частот, вход которого подсоединен к выходу усилителя, а выход - к дополнительному входу блока обработки, причем датчик угла поворота подключен к дополнтттельному вра- щатеЛю плоскости поляризации.

А (max

О mi/7 ао

0 (тох

S

Изобретение Ъ носится к контрольно-измерительной технике. Повышается чувствительность и точность контроля. Устр-во содержит СВЧ-г р 1, формирователь 2 поляризации, вращатель 3 плоскости поляризации,датчик 4 угла поворота, передающую всеполя- ризованную антенну 5, приемную все- поляризованную антенну 6, анализатор 8 поляризации, СВЧ-детектор 9, у-ль 10, пиковый детектор 12, блок 13 обработки, индикатор 14,.фазовый детектор 15 и контролируемый образец 17. Для достижения цели введен дополнительный вращатель 7 плоскости поляризации, линейный детектор 11, фильтр 16 нижних частот. Дополнительно вращают плоскость поляризации падающей волны с частотой F,f (f - частота вращения плоскости поляризации прошедшей волны). Поляризацию зондирующей волны выбирают эллиптической, измеряют постоянную составляющую и экстремальные значения выходного НЧ- сигнала на частоте Г„ . О степени анизотропии судят по величине (Т /Т )

Uc

Umax Omin

Редактор В.Данко

Составитель Скороходов Техред М.Ходанкч

Заказ 4814/42 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг. 2

Корректор С.Черни