Автоматический СВЧ-влагомер Советский патент 1987 года по МПК G01N22/04 

113

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению влажности материалов, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где влажность является важным технологическим параметром.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых значений влажности.

На фиг, 1 представлена структурная электрическая схема автоматического СВЧ-влагомера; на фиг. 2 - функциональная схема первого коммутатора, низкочастотного генератора и переключателя .

Автоматический СВЧ-влагомер содержит СВЧ-генератор 1, делитель 2 мощности, первую передающую антенну 3, кювету А для размещения исследуемого материала, первую приемную антенну 5, управляемый аттенюатор 6, индикатор 7, детектор 8, первый усилитель 9, первый коммутатор 10, перемножитель 11, генератор 12 тока, второй усилитель 13, накопительный конденсатор 14, низкочастотный генератор 15, общую шину 16, второй коммутатор 17, вторую передающую ан- .тенну 18, вторую приемную антенну 19, переключатель 20, первый 21 и второй 22 инверторы, делители 23 и 24 сигнала, диодные ключи 25-27.

Автоматический СВЧ-влагомер работает следующим образом.

Поступающий с СВЧ-генератора 1 сигнал сверхвысокой частоты делится в делителе 2 мощности между опорным и измерительным каналами. В зависимости от положения переключателя 20 в измерительном канале подключается либо первая пара антенн 3 и 5, либо вторая пара антенн 18 и 19 коммутато- . рами 10 и 17.

Коммутаторы 10 и 17 управляются низкочастотным сигналом частотой F, вырабатываемьм низкочастотным генератором 15. Режим работы низкочастотного генератора 15 задается переключателем 20. В измерительном канале мощность сигнала ослабляется в исследуемом материале, а в опорном канале - управляемым аттенюатором 6. Первый коммутатор 10 подключает к входу детектора 8 поочередно выходы опорного и выбранного переключателем 20 измерительного каналов.

Первый коммутатор 10 содержит вол- новодные тройники 23 и 24 и Р/п-ди5

24572 .

оды 25-27. В зависимости от того, какой сигнал подается на управляющий вход диодов 25-27: запирающий или отпирающий, СВЧ-энергия либо проходит

5 через них, либо нет. Таким образом, к выходу может подключаться любой вход. Низкочастотный генератор 15 и переключатель 20 обеспечивают подключение к выходу одного из каналов. Од0 новременно к выходу подключается только один канал.

Низкочастотный генератор 15 вьфа- батывает низкочастотный сигнал частотой Р, который управляет диодом 25 и

через переключатель 20, инверторы 21 и 22 - соответственно диодами 25 или 26. Один из них в зависимости ОТ положения переключателя 20 постоянно закрыт. Другой включается поочередно

0 с диодом 27. Поэтому на выход коммутатора 10 поступает поочередно сигнал с опорного канала и выбранного переключателем 20 измерительного канала.

Переменная составляющая сигнала на выходе детектора 8 представляет собой прямоугольные колебания частоты F, амплитуда которых пропорциональна величине рассогласования измерительного и опорного каналов по ослаблению, а фаза принимает значения О или относительно фазы колебаний , управляющих переключением коммутаторов 10 и 17, и определяется знаком рассогласования каналов по ослаб5 лению. Колебания с выхода детектора 8 после усиления первым усилителем 9 поступают на перемножитель 11.

На второй вход перемножителя 11

0 поступает низкочастотное колебание частоты F с низкочастотного генератора 15. Напряжение на выходе перемножителя 11 пропорционально амплитуде колебаний с выхода первого усили5 теля 9, а полярность определяется их фазой относительно фазы колебаний низкочастотного генератора 15. Выходное напряжение перемножителя 11 управляет генератором 12 тока, кото0 рый заряжает или разряжает накопительный конденсатор 14.

Скорость и знак изменения напряжения на накопительном конденсаторе 14 определяются амплитудой и фазой коле5 бания с выхода, детектора 8 и величиной и знаком рассогласования каналов по ослаблению СВЧ-мощности. Напряжение на накопительном конденсаторе

0

14 через второй усилитель 13 управляет управляемым аттенюатором 6.

Сигнал, управляющий управляемым аттенюатором 6, отображается индикатором 7. Показания индикатора пропор- циональны ослаблению управляемого аттенюатора бив установившемся режиме находятся в прямой зависимости от влажности исследуемого материала. Напряжение на накопительном конден- саторе 14 изменяется до тех пор, пока ослабление СВЧ-мощности в опорном кан але не сравняется с ослаблением в измерительном канале.

Измерение производится сначала при I положении переключателя 20. При этом подключаются антенны 3 и 5 измерительного канала, толщина материала между которыми выбрана такая, чтобы обеспечить необходимую чувстви- тельность и точность автоматического СВЧ-влагомера в диапазоне 5-20% влажности исследуемого материала. Результат измерения принимается, если влажность материала оказывается в диапа- 25 третьему входу которого подсоединена зоне 5-20%. В противном случае, пере- вторая приемная антенна, ввеДены пер- ключатель 20 устанавливается в положение II. При этом отключаются антенны 3 и 5, подключаются антенны 18

30

и 19, установленные в направлении, перпендикулярном к оси антенн 3 и 5. Толщина исследуемого материала между антеннами 18 и 19 в этом направлении выбрана из условий обеспечения максивый и второй инверторы, выход низкочастотного генератора подсоединен к третьему управляющему входу первого коммутатора и к сигнальной шине введенного переключателя, выходы первого и второго инверторов соединены попарно с первым и вторым управляющими входами первого и второго коммутатомальной чувствительности в диапазоне ров, вход первого инвертора через 20-45% влажности.

Формула изобретения

Автоматический СВЧ-влагомер, содержащий последовательно соединенные СВЧ-генератор и делитель мощности, последовательно, размещенные первую передающую антенну, кювету для разнормально замкнутый контакт перекл чателя соединен с общей шиной, а в второго инвертора через нормально замкнутый контакт переключателя со 40 динен с сигнальной шиной переключа теля, при этом вторые приемная и п редающая антенны размещены вдоль о перпендикулярной оси размещения пе вых приемной и передающей антенн.

мещения исследуемого материала, первую приемную антенну, первый коммутатор, второй вход которого через уп- равляе;мый аттенюатор соединен с вто рым выходом делителя мощности, детектор, первьй усилитель, перемножя- тель, генератор тока, второй усилитель и индикатор, выход которого соединен с управляющим входом управляемого аттенюатора, низкочастотный генератор, выход которого подключен к второму входу перемножителя, между выходом генератора тока и общей шиной включен накопительный конденсатор, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых значений влажности, введены второй коммутатор, вход которого подключен к первому выходу делителя мощности, а первый выход - к первой передающей антенне, вторая передающая антенна, подключенная к второму выходу второго коммутатора, первый коммутатор выполнен трехканальным, к третьему входу которого подсоединена вторая приемная антенна, ввеДены пер-

вый и второй инверторы, выход низкочастотного генератора подсоединен к третьему управляющему входу первого коммутатора и к сигнальной шине введенного переключателя, выходы первого и второго инверторов соединены попарно с первым и вторым управляющими входами первого и второго коммутато ров, вход первого инвертора через

нормально замкнутый контакт переключателя соединен с общей шиной, а вход второго инвертора через нормально замкнутый контакт переключателя сое- 40 динен с сигнальной шиной переключателя, при этом вторые приемная и передающая антенны размещены вдоль оси, перпендикулярной оси размещения первых приемной и передающей антенн.

К антенне 5 25

К антенне 1В

К упр. я/77/71

6

К комму т. Л

20

LnH«ii I «

Л детект. 18

1 перемн.

Редактор Г. Волкова

Составитель Ю. Мамонтов Техред М.Ходанич

Заказ 1966/42 .Тираж 777 Подписное

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

,2

Корректор О.Тигор

Изобретение обеспечивает расширение диапазона измеряемых значений влажности. Автоматический СВЧ-влаго- мер содержит СВЧ-генератор 1, делитель 2 мощности, передающие антенны 3 и 18, кювету 4 для размещения исследуемого материала, приемные антенны 5 и 19, : правляемый аттенюатор 6, индикатор 7, детектор 8, усилители 9 и 13, коммутаторы 10 и 17, перемножитель 11, генератор 12 тока, накопительный конденсатор 14, низкочастотный генератор 15 и переключатель 20. Сигнал СВЧ-генератора 1 поступает в опорный и измерительньй каналы (ОК, ИК). В зависимости от положения переключателя 20 с помощью коммутаторов 10 и 17 в ИК подключается либо пара антенн 3 и 5, либо пара антенн 18 и 19. В ИК мощность сигнала ослабляется исследуемым материалом, а в ОК - управляемым аттенюатором 6. Амплитуда прямоугольных колебаний на выходе детектора 8 пропорциональна рассогласованию ИК и ОК по ослаблению, а фаза определяется знаком рассогласования каналов по ослаблению. Напряжение перемножителя 11 управляет генератором 12 тока, который заряжает или разряжает накопительный конден са- трр 14. Напряжение накопительного конденсатора 14 управляет управляемым аттенюатором 6 и отображается на индикаторе 7. За счёт введения блоков 17-20 возможно изменение направления облучения исследуемого материала и измерение в двух диапазонах влажности. 2 ил о i (Л 4 Л -si