Устройство для измерения влажности и плотности материалов Советский патент 1987 года по МПК G01N22/04 

113

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения влажности и плотности почв и других сред.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг, I приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - конструкция комбинированного СВЧ-акустического зонда.

Устройство для измерения влажности и плотности материалов содержит контроллер 1, низкочастотный генератор 2, цепь 3 согласования, СВЧ-гене ратор 4, направленный ответвитель 5, цепь 6 согласования, детектор 7, усилитель 8 постоянного тока (УПТ) с управляемым коэффициентом усиления передающий и приемньш акустические преобразователи 9 и 10, передающую и приемную СВЧ-антенны 11 и 12, усилитель 13, формирователь 14 импульсов, счетчик 15, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 16, приемник 1 два масштабных УПТ 18 и 19, блок 20 аналогового умножения, третий УПТ 21 с управляемым коэффициентом усиления два буферных каскада 22 и 23, индикаторы 24 и 25 и соединительный

тракт 26.

Устройство работает следующим образом.

Контроллер 1 включает оба генератора 2 и 4 и запускает счетчик 15. Сигнал от генератора 2 через цепь 3 согласования и передающий акустический преобразователь 9 попадает в исследуемую среду, пройдя через которую, воспринимается приемным акустическим преобразователем 10 и предварительно усиленный в усилителе 13 формирует в формирователе 14 импульс срыва счетчика в счетчике 15. Время счета равно времени.прохождения акустического сигнала через среду и пропорционально ее плотности. ЦАП 16 преобразует цифровую информацию о плотности в аналоговую, которая поступает в цепь обработки.

Второй канал работает следующим образом. Генератор 4 модулированным сигналом, например, дециметрового или метрового диапазона возбуждает соединительный тракт 26, направленный ответвитель 5 и через цепь 6 согласования передающую антенну 11. Част1 мощности колебаний через до92

.полнитель ный- канал направленного от5 f - 1,

ветвителя 5, детектор 7 и усилитель 8 постоянного тока поступает в гене- ратор 4 и обеспечивает стабилизацию

величины выходной мощности колебаний генератора. Излученная передающей антенной 1 1 мощность колебаний частично поглощается в исследуемой среде и принимается приемной антенной 12, а

затем поступает в приемник 17-и затем в цепь обработки.

В цепи обработки сигналы из дополнительного и СВЧ-каналов через масштабные УПТ 19 и 18, необходимые для

установления соответствия между показаниями индикаторов и величиной мощности прошедшего через среду импульса, поступают в блок 20 аналогового умножения, где осуществляется деление первого сигнала на второй. В результате деления на выходе блока 20 появ- ляе тся сигнал, величина которого определяется только плотностью исследуемого образца. Это является возможным потому, что величина поглощенной в среде СВЧ-мощности является мерой

рез нее акустической волны также пропорциональна влажности

V «V ibyxa о

1+G V

1 +

W

- и- -

Л PC

5

0

5

где . V

iSlj ко РСГ

G -

V W скорость звука в среде; плотность сухого грунта;

относительная влажность;

скорость звука в абсолютной сухой среде; величина объемного содержания влаги.

Часть сигнала СВЧ-канала поступает на вход третьего УПТ 21, коэффициент усиления которого управляется сигналом из блока 20 аналогового умножения. Поскольку плотность вещества не влияет на форму зависимости излучательной способности этого вещества (а также коэффициента погло- 0 щения СВЧ-сигналов) от его влажности, но добавляет масштабный множитель, таким включением УЦТ 21 удается получить на его выходе сигнал, ве- личина которого зависит только от влаж- с ности.Таким образом совместная обработка информации, полученной в акустическом и СВЧ-каналах,исключает неоднознач- ность в измерениях влажности и плотности, которая вызывается соответственно влиянием плотности на влажност и наоборот и позволяет получить на выходе блока 20 информацию только о плотности, а на выходе УПТ 21 - только о влажности, после чего эта инфор мация поступает соответственно на буферные каскады 23 и 22. Контроллер 1 обеспечивает пяти - семикратное повторение процесса измерения, после чего включает буферные каскады 22 и 23 и усредненная за пять - семь циклов информация отображается на индикаторах влажности 24 и плотности 25. На фиг. 2 изображен один из идентичных измерительных зондов. На мед- ном фидере 27 длиной 1,5 м укреплены ВЧ разъем 28 типа СР-50-2в2С и мед- ньй переходной кожух 29, с которым соединена пластиковая головка 30. В верхнем конце головки 30 находится акустический кольцевой преобразователь 31 из пьезокерамики ЦТС с посе- ребенными электродами..Внутренний электрод преобразователя 31 посредством катушки 32 индуктивности сое- динен со штыревой антенной 33, внешний электрод по периметру 34 припаян к переходному кожуху 29. Вся конструкция залита сверху эпоксидной смолой.

Формула изобретения

Устройство для измерения в лажнос- ти и плотности материалов, содержаще СВЧ-генератор, соединенный с передаю ,щей антенной, приемную антенну, подключенную к приемнику, и канал измерения плотности, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, канал измерения плотности содержит низкочастотный генератор, соединенный с передающим акустическим преобразователем, и последовательно соединенные приемный акустический преобразователь, формирователь импульсов, счетчик, цифро- аналоговый преобразователь и блок аналогового умножения, первый выход которого является выходом канала измерения плотности, к выходу приемни- ка подключен усилитель постоянного тока с управляемым коэффициентом усиления, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока аналогового умножения, при этом выход приемника соединен с вторым входом блока аналогового умножения, а выход усилителя постоянного тока с управляемым коэффициентом усиления является выходом сигнала влажности.

Фиг2

Составитель Ю. Мамонтов Редактор А, Шандор Техред в.Кадар Корректор В. Бутяга

Заказ 2501/35 Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного-комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгор од, ул. Проектная, А

Изобретение относится к измерительной технике и повьшает точность измерений. Совместная обработка информации, полученной в акустич. и СВЧ-каналах, исключает неоднозначность в измерениях влажности и плот- ности, к-рая вызьшается соответст- венло влиянием плотности на влажность и наоборот, и позволяет получить на выходе блока 20 аналогового умножения информацию только о плотности, а на выходе у-ля 21 постоянного тока - только о влажности. Затем эта информация поступает соответственно на буферные каскады (БК) 23 и 22. Контроллер 1 обеспечивает пяти-семикрат- ное повторение процесса измерения, после чего включает БК 22 и 23, и усредненная за пять - семь циклов информация отображается на индикаторах влажности 24 и плотности 25. 2 ил. с (Л эо 30 ФигЛ