Устройство для автоматического измерения изменений диэлектрической проницаемости веществ Советский патент 1987 года по МПК G01R27/26 

11

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для автоматического измерения изменений диэлектрической проницаемости веществ.

Устройство для автоматического измерения изменений диэлектрической проницаемости веществ содержит СВЧ- генератор, состоящий из кварцевого генератора 1 и умножителя 2 частоты измерительный резонатор 3, СВЧ-дете тор 4, блок 5 автоматической подстройки частоты, модулятор 6, первый фазовращатель 7, СВЧ-смеситель 8, : первый компаратор 9 напряжения, первый триггер 10, второй фазовраща- тель 11, второй компаратор 12 напряжения, генератор 13 импульсов ста-.; бильной частоты, блок 14 совпадения регистратор 15 мнимой составляющей диэлектрической проницаемости, формрователь 16 импульсов, первьм делитель 17 частоты, второй триггер 18, ключ 19, генератор 20 импульсов опоной частоты, второй делитель 21 частоты, третий триггер 22, регистратор 23 действительной составляющей диэлектрической проницаемости, первый и второй делители 24 и 25 мощности, резонансньй усилитель 26„

Устройство для измерения изменен диэлектрической проницаемости вещес работает следующим образом.

Сигнал кварцевого генератора 1 с помощью умножителя 2 преобразуется частоте измерительного резонатора 3 Изменение сигнала на выходе СВЧ-де- тектора 4 от частотной расстройки при этом имеет вид резонансной кри

вой. Для получения информации об из- 45 сигнал поступает на компаратор 12,

менении диэлектрической проницаемости вещества, помещенного в измерительньй резонатор 3, сигнал, подаваемый на вход измерительного резонатора 3, модулируется по фазе сигналом о низсигнал с выхода которого поступает на один из входов триггера 10, На второй вход триггера 10 сигнал поступает с выхода компаратора 9, на вход 50 которого сигнал поступает от модулятора 6 через фазовращатель 7. Компараторы 9 и 12 работают с одним входным напряжением, второе входное напряжение равно нулю. В этом.случае

кой частоты. Модуляция осуществляется в первых каскадах умножителя 2, что снижает требования к величине индекса фазовой модуляции на выходе модулятора 6. Частота кварцевого генера- компарато1аы 9 и 12 работают как нуль- тора 1 через умножитель 2 непрерывно органы и вырабатывают импульсные сиг- поддерживается равной частоте измери- налы при переходе входного напряже- тельного резонатора 3 с помощью бло- ния через нуль. Импульсы с выходов ка 5. Формирование выходного сигнала/; компараторов 9 и 12, соответствующие

пропорционального изменению мнимой составляющей диэлектрической проницаемости Д&, осуществляется путем измерения фазы у модуляционного сигнала, функционально связанного с нагруженной добротностью резонатора 3.

При подаче на смеситель 8 частотно-модулированных сигналов, сдвинутых по фазе на 90°:

1 t °з Wot + га cos ) J

mi Ujt) U,,t

+ la cos

(V

-У),

на его выкоде получается сигнал:

0

U(t)

+ m cos -m cos a

Urn,- Un

+ racos Q,. t

M

M

5

2 (M-ff) + cosCa t -) Первое слагаемое является второй гармоникой СВЧ-сигналов U,(t) и U (t) а второе - сложным колебанием модуляционной частоты.

После преобразования второго слагаемого получают

Un,(t) .,.3in| ( -|),

где Uj2(t) - компонент с частотной модуляцией, которьй можно выделить избирательным усилителем.

Частотно-модулированные СВЧ-сигна- лы через первый -делитель 24 мощности с выхода измерительного резонатора 3 через второй делитель 25 и с выхода измерительного резонатора 3 через второй фазовращатель 11 поступают на СВЧ-смеситель 8, с выхода которого сигнал модуляционной частоты выделяется и усиливается резонансным усилителем 26,

С выхода резонансного усилителя 26

сигнал с выхода которого поступает на один из входов триггера 10, На второй вход триггера 10 сигнал поступает с выхода компаратора 9, на вход которого сигнал поступает от модулятора 6 через фазовращатель 7. Компараторы 9 и 12 работают с одним входным напряжением, второе входное напряжение равно нулю. В этом.случае

компарато1аы 9 и 12 работают как нуль- органы и вырабатывают импульсные сиг- налы при переходе входного напряже- ния через нуль. Импульсы с выходов компараторов 9 и 12, соответствующие

моменту перехода напряжения через нуль в выбранном направлении, поступают на. входы триггера 10, на выходе которого получается импульс, длитель- ность которого пропорциональна вре- менному сдвигу, пропорциональному добротности резонатора 3. Триггер 10 на время, равное длительности его выходного импульса, открывает блок 14

совпадения, через который импульсы

от генератора 13 поступают на регистратор 15. Формирование сигнала, пропорционального изменению действительной составляющей диэлектрической проницаемости , осуществляется еле- дующим образом. Сигнал с выхода кварцевого генератора 1 через формирователь 16 поступает для синхронизации на генератор 20, делитель 17 частоты и один из входов триггера 18. На второй вход триггера 18 сигнал поступает с выхода делителя 17 частоты. Сигнал с выхода триггера 18 поступает на один из входов ключа 19. На второй вход ключа 19 поступает сигнал с триггера 22, на входы которого поступают сигналы от генератора 20 и делителя 21 частоты. Формирователь 16 импульсов служит для получения узких импульсов, формируемых из напряжения кварцевого генератора 1. Делитель 17 частоты и триггер 18 формируют импульс длительностью

т, к,т., -.f-i ,

где К| - коэффициент деления делителя 17 частоты;

f - частота кварцевого генера л

тора 1.

Генератор 20, делитель 21 и триггер 22 формируют импульс напряжения длительностью

Т,

где К - коэффициент деления делителя 21 частоты/

f 1

о Тд - частота следования импуль-

сов генератора 20. Оба импульса напряжения подаются на соответствующие входы ключа 19, который открыт только в течение времени дТ Tj - Т,. В течение време- ни дТ через ключ 19 к регистратору 2 проходят импульсы от генератора 20 с периодом повторения Т. При K f К, Т,,

., - К ТоТкг „ ufkr

и - -- 7 1

J-oГиг

5

O

0

5

0

5

0

где . - частота кварцевого генератора 1 до изменения диэлектрической проницаемости вещества.

I

Формула изобретения

Устройство для автоматического измерения изменений диэлектрической проницаемости веще ств, содержащее последовательно соединенные СВЧ-гене- ратор и .первый делитель мощности, из- мерительньй резонатор, второй делитель мощности, СВЧ-детектор, выход . которого через блок автоматической подстройки частоты соединен с управляющим входом СВЧ-генератора, моду- лирзтощий вход которого подключен к выходу модулятора, резонансньш усилитель, регистратор действительной составляющей диэлектрической проницаемости и регистратор мнимой составляющей диэлектрической проницаемости, отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, второй делитель мощности включен между выходом измерительного резонатора и входом СВЧ-детектора, первый выход первого делителя мощности соединен с входом измерительного резонатора, между выходом модулятора и входом регистратора мнимой составляющей диэлектрической проницаемости введены последовательно соединенные первый фазовращатель, первый компаратор, первый триггер и блок совпадения, между вторым выходом второго делителя мощности и входом резонансного усилителя введены последовательно соединенные второй фазовращатель и СВЧ-смеситель, второй вход которого подключен к второму выходу первого делителя мощности, введены последовательно соединенные формирователь импульсов, первый делитель частоты, второй триггер и ключ, выход которого подсоединен к входу регистратора, действительной составляющей диэлектрической проницаемости, между выходом формирователя импульсов и вторым входом ключа введены последовательно соединенные генератор импульсов опорной частоты, делитель частоты и третий триггер, выход резонансного усилителя через- введенный компаратор напряжения соединен с вторым входом первого тригге51290203

pa, второй вход блока совпадения подключен к выходу введенного генератора импульсов стабильной частоты, выход генератора импульсов опорной частоты соединен с управляющим входом ключа и вторым входом третьего триггера, второй вход второго триггера подключен к выходу формирователя импульсов, при этом СВЧ-генератор состоит из последовательно соединенных .кварцевого генератора и умножителя

10

м

Редактор Л. Повхан

Составитель Р. Кузнецова

Техред А.Кравчук Корректор И. Муска

Заказ 7895/41 Тираж 751Подписное

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

частоты, выход которого является выходом СВЧ-генератора, второй вход - модулируиадим входом СВЧ-генератора, управляющий вход кварцевого генератора является управляющим входом СВЧ - генератора, а его выход соединен с входом формирователя импульсов, причем второй вход блока автоматической подстройки частоты соединен с выходом модулятора.

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения повышение разрешающей способности. Устройство содержит СВЧ-генератор, состоящий из -кварцевого генератора 1 и умножителя 2 частоты, измерительный резонатор 3, СВЧ-детектор-4, блок 5 АПЧ, модулятор 6, фазовраща- тели 7 и 11, СВЧ-смеситель 8, компараторы 9 и 12 напряжения, три триггера 10, 18 и 22, генератор 13 импульсов стабильной частоты, блок 14 совпадения, регистратор 15 мнимой составляющей диэлектрической проницаемости, формирователь 16 импульсов, делители частоты 17 и 21, ключ 19, генератор 20 импульсов опорной частот ты, регистратор 23 действительной составляющей диэлектрической прониг цаемости, делители мощности 24 и 25 резонансный усилитель 26, 1 ил. (Л ю со о N9 О со