Антенна для измерения влажности почвогрунтов и сыпучих материалов Советский патент 1987 года по МПК G01N22/04 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике СВЧ-влаго- метрии, и может быть использовано для измерения влажности почвогрунтов, а также сыпучих материалов.,

Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет получения калибровочного сигнала, а также упрощение очистки поверхности антенны от остатков исследуемого материала.

На фиг. 1 изображена предлагаемая Ю антенна; на фиг. 2 - структурная схема влагомера.

Конструкция волноводно-щелевой антенны представляет собой систему широких наклонных щелей 1, прорезанных на узких стенках прямоугольного волновода 2, корот- козамкнутого металлической заглушкой 3 с заострением на конце для облегчения ввода антенны в исследуемый материал. Широко- полосность волноводно-щелевой антенны сни15

тающую только на излучение в свободное пространство. Первоначальным этапом, предшествующим процессу определения влагосо- держания, является калибровка устройства измерения влажности при помощи подвижной металлической насадки 5 и аттенюатора 7 выходной мощности. При этом насадка перемещается от направленного ответвителя 8 по отрезку прямоугольного волновода 10 к волноводно-щелевой антенне 9 и закорачивает все щелевые излучатели последней. В этом случае часть мощности сигнала, полностью отраженного от антенны, поступает во вспомогательный канал направленного ответвителя на детектор 11 и регистрируется далее измерительным прибором 12. Калибровка завершается установкой аттенюатором максимального показания измерительного прибора и смешением металлической насадки в первоначальное положение, при котором антенна работает только на излужает жесткие требования к стабильности 20 чение. Далее небольшим усилием волновод- частоты генератора СВЧ. Диэлектрическиено-щелевая антенна 9 вводится в исследуемый влажный материал, что приводит к прие му волноводно-щелевой антенной некоторой доли мощности сигнала, отраженного от материала и распространяюшегося в сторону

вкладыши 4, заполняюшие полости ше- лей, предохраняют антенну от возможного попадания в ее внутреннюю область влажного материала при контакте с ним в процессе измерения. Калибровочная насадка 5 служит как для калибровки измерительного прибора, так и для очистки поверхности антенны от остатков влажного материала, остающегося на ней после измерения влажности почвогрунтов и сильноувлажненных сыпучих материлов. Ее длина равна длине волноводно-щелевой антенны.

25

30

направленного ответвителя. При этом величина показаний измерите„1ьного прибора 12 находится в прямой зависимости от степени его увлажнения, причем чем больще влажность исследуемого материала, тем выше уровень отраженного сигнала поступает в вспомогательный канал направленного ответвителя 8 на детектор 11, что приводит к большим показаниям измерительного прибора 12. Для устранения влияния солености на показания истинного влагонаправленного ответвителя. При этом величина показаний измерите„1ьного прибора 12 находится в прямой зависимости от сте пени его увлажнения, причем чем больще влажность исследуемого материала, тем выше уровень отраженного сигнала поступает в вспомогательный канал направленного ответвителя 8 на детектор 11, что приводит к большим показаниям измерительного прибора 12. Для устранения влияния солености на показания истинного влагоУстройство измерения влажности почвогрунтов и сыпучих материалов состоит из генератора 6 СВЧ, собранного на туннель- , содержания почвогрунтов и сыпучи.х- мате- ном диоде и соединенного через аттеню-риалов устройство измерения влажности

атор 7 и направленный ответвитель 8 с волноводно-щелевой антенной 9, причем между направленным ответвителем и антенной включен отрезок прямоугольного волновода 10

длиной, равной глубине максимального погружения антенны, и исследуемый материал. Во вспомогательный канал направленного ответвителя включен детектор 11, сигнал с которого поступает на измерительный прибор 12. Отрезок прямоугольного волновода снабжен металлической калибровочной насадкой 5, плотно прилегающей к его поверхности и имеющей возможность перемещаться на антенну, причем длина калибровочной насадки равна длине волноводно- щелевой антенны.

Устройство измерения влажности почвогрунтов и сыпучих материалов работает следующим образом.

В исходном состоянии колебания гене40

45

50

работает на длине волны К 3,2 см. Шкала измерительного прибора для каждого конкретного почвогрунта и сыпучего материала градуируется в единицах процентного влагосодержания в процессе серии предварительных промежуточных измерений его влажности. Разрешаемый участок влажного материала при измерениях определяется и ограничен длиной волноводно-щелевой антенны 9, а глубина зондирования объема влажного материала - длиной отрезка прямоугольного волновода 10, соединяюшего вол- новодно-щелевую антенну с направленным ответвителем.

Для повышения точности измерений в случае определения влагосодержания слабоувлажненных материалов необходимо увеличить разрешаемый участок за счет удлинения волноводно-щелевой антенны, в случае же наличия законов распределеДля повышения точности измерений в случае определения влагосодержания слабоувлажненных материалов необходимо увеличить разрешаемый участок за счет удлинения волноводно-щелевой антенны, в случае же наличия законов распределератора 6 СВЧ через аттенюатор 7, направ-55 ния влагосодержания по глубине, что имеет

ленный ответвитель 8 и отрезок прямоуголь-место для большинства почвогрунтов, с ценого волновода 10 поступают на волноводно-лью локализации разрешаемого участка исщелевую антенну 9, согласованную и рабо-следуемого материала целесообразно в ка

5

тающую только на излучение в свободное пространство. Первоначальным этапом, предшествующим процессу определения влагосо- держания, является калибровка устройства измерения влажности при помощи подвижной металлической насадки 5 и аттенюатора 7 выходной мощности. При этом насадка перемещается от направленного ответвителя 8 по отрезку прямоугольного волновода 10 к волноводно-щелевой антенне 9 и закорачивает все щелевые излучатели последней. В этом случае часть мощности сигнала, полностью отраженного от антенны, поступает во вспомогательный канал направленного ответвителя на детектор 11 и регистрируется далее измерительным прибором 12. Калибровка завершается установкой аттенюатором максимального показания измерительного прибора и смешением металлической насадки в первоначальное положение, при котором антенна работает только на излу0 чение. Далее небольшим усилием волновод- но-щелевая антенна 9 вводится в исследуемый влажный материал, что приводит к прие му волноводно-щелевой антенной некоторой доли мощности сигнала, отраженного от материала и распространяюшегося в сторону

чение. Далее небольшим усилием волновод- но-щелевая антенна 9 вводится в исследуемый влажный материал, что приводит к прие му волноводно-щелевой антенной некоторой доли мощности сигнала, отраженного от материала и распространяюшегося в сторону

направленного ответвителя. При этом величина показаний измерите„1ьного прибора 12 находится в прямой зависимости от степени его увлажнения, причем чем больще влажность исследуемого материала, тем выше уровень отраженного сигнала поступает в вспомогательный канал направленного ответвителя 8 на детектор 11, что приводит к большим показаниям измерительного прибора 12. Для устранения влияния солености на показания истинного влагосодержания почвогрунтов и сыпучи.х- мате- риалов устройство измерения влажности

содержания почвогрунтов и сыпучи.х- мате- риалов устройство измерения влажности

работает на длине волны К 3,2 см. Шкала измерительного прибора для каждого конкретного почвогрунта и сыпучего материала градуируется в единицах процентного влагосодержания в процессе серии предварительных промежуточных измерений его влажности. Разрешаемый участок влажного материала при измерениях определяется и ограничен длиной волноводно-щелевой антенны 9, а глубина зондирования объема влажного материала - длиной отрезка прямоугольного волновода 10, соединяюшего вол- новодно-щелевую антенну с направленным ответвителем.

Для повышения точности измерений в случае определения влагосодержания слабоувлажненных материалов необходимо увеличить разрешаемый участок за счет удлинения волноводно-щелевой антенны, в случае же наличия законов распределения влагосодержания по глубине, что имеет

честве активных элементов устройства измерения влажности почвогрунтов и сыпучих материалов использовать волноводно-щеле- вую антенну небольшой длины.

Устройство измерения влажности почво- грунтОБ и сыпучих материалов, собранное на традиционной элементной базе 3-см диапазона, представляет собой единую жесткую конструкцию, все составленные элементы которой крепятся на волноводе и направленном ответвителе, придавая ей простую форму и транспортабельность.

Формула изобретения Антенна для измерения влажности поч- вогрунтов и сыпучих материалов, выполненная в виде щелевого зонда с заостренным концом, отличающаяся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет получения калибровочного сигнала, а также упрош,ения очистки поверхности антенны от остатков исследуемого материала, зонд снабжен насадкой, выполненной в виде металлического листа, охватывающего зонд и установленного с возможностью перемещения вдоль зонда.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике СВЧ-вла- гометрии, и может бытЬ использовано для измерения влажности почвогрунтов, а также сыпучих материалов. Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет получения калибровочного сигнала, а также упрош,ение очистки поверхности антенны от остатков исследуемого материала. Конструкция волноводно-ш,еле- вой антенны представляет собой систему широких наклонных щелей 1, прорезанных на узких стенках прямоугольного волновода 2, короткозамкнутого металлической заглушкой 3 с заострением на конце для облегчения ввода антенны в исследуемый материал. Диэлектрические вкладыши 4, заполняющие полости ш,елей, предохраняют антенну от возможного попадания в ее внутреннюю полость исследуемого материала. Калибровочная насадка 5 служит как для калибровки измерительного прибора, так и для очистки поверхности антенны 2 ил. (Л N3 00 ел 00 О5 .1

Ifl-H- -Н-Е

10

ifwЧ/////1Г

сшг.2