СВЧ-измеритель влажности диэлектрических материалов Советский патент 1987 года по МПК G01N22/04 

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ и может быть использовано для непрерывного контроля влажности, диэлектрических материалов в движущемся бумажном полотне, картоне, тканях, натуральной и синтетической кожах и т.д.

Целью изобретения является повышение точности измерения влажности в движущемся диэлектрическом материале .

На чертеже приведена структурная электрическая схема СВЧ-измерителя влажности диэлектрических материалов.

СВЧ-измеритель влажности диэлектрических материалов содержит СВЧ-ге- нератор 1, к вькоду которого подключены последовательно соединенные амплитудный модулятор 2, первый Y-цирку- 20 одит через свободное плечо первого

25

30

лятор 3, автоматический прерьшатель 4, второй Y-циркулятор 5, приемопередающая антенна 6 и отражатель 7, между которыми движется контролируемый материал 8 под углом к направлению излучения СВЧ-колебаний. К свободному плечу Y-циркулятора 3 подключены последовательно соединенные аттенюатор 9, линия 10 задержки и двой ной волноводньй тройник 11, второй вход которого соединен со свободным плечом второго Y-циркулятора 5. Выход двойного волноводного тройника 11 соединен с последовательно соединенными детекторной секцией 12, первым избирательным усилителем 13, фазовым детектором 14, вторым избирательным усилителем 15, фазочувстви- тельным выпрямителем 16 и измерительным прибором 17. Управляющие входы амплитудного модулятора 2 и фазового детектора 14 соединены с выходом низкочастотного генератора 18. К выходу последнего подключен также делитель 19 частоты, парафазные выходы которо- в го соединены с управляющими входами фазочувствительного выпрямителя 16, а управляющий вход автоматического прерывателя 4 - с одним из парафазных выходов делителя 19 частоты.

СВЧ-измеритель влажности диэлектрических материалов работает следующим образом.

Сигнал СВЧ-генератора 1 поступает на амплитудньй модулятор 2, где моду- gc лируется напряжением низкочастотного генератора 18. Амплитудно-модулиро- ванные СВЧ-колебания через первьм Y-циркулятор 3, автоматический преY-циpкyляtopa 3, аттенюатор 9, линию 10 задержки на второй вход двойного волноводного тройника 11.

В результате периодической работы автоматического прерьшателя 4 отраженный от отражателя 7 и самого ав- томатического прерывателя 4 СВЧ-сигнал поочередно через плечи двойного волноводного тройника 11 поступает на детекторную секцию 12. Вьщеление огибающей продетектированного СВЧ- сигнала осуществляется первым избира тельным усилителем 13, настроенным на частоту низкочастотного генератора 18. Сравнение этих напряжений по фазе с фазой модулирующего сигнала осуществляется в фазовом детекторе 14. Фаза огибающей СВЧ-сигнала, прошедшего контролируемьм материал 8, содержит информацию о фазовой задерж ке СВЧ-сигнала в контролируемом материале 8. Для исключения интерферен ционных искажений фазы огибающей СВЧ сигнала, отражаемого непосредственно контролируемым материалом 8, последний расположен под углом примерно 45° к плоскости отражателя 7. Поэтому сдвиг фазы огибающей СВЧ-сигнала, принятого приемопередающей антенной 6, относительно фазы огибающей излучаемого СВЧ-сигнала пропорционален только удвоенному значению фазов.ой задержки контролируемого материала 8

В один такт коммутации, когда автоматический прерыватель 4 открыт, разность фаз между низкочастотным входным напряжением фазового детекто ра 14 и модулирующим напряжением низ кочастотного генератора 18 равна

40

50

5

рыватель А, второй Y-циркулятор 5 и антенну 6 воздействуют на контролируемый материал 8. Автоматический прерыватель Д, выполненный, например, на p-i-п-диоде, управляется прямоугольными импульсами, которые формируются делителем 19 частоты из напряжения низкочастотного генератора 18. При открытом автоматическом прерьша- теле 4 модулированный СВЧ-сигнал проходит через движущийся диэлектрический материал 8, отражается от отражателя 7, вновь поступает на приемопередающую антенну 6, а затем - на первый вход двойного волноводного тройника 11. При закрытом автоматическом прерывателе 4 модулированный СВЧ-сигнал отражается от него и про0 одит через свободное плечо первого

5

0

в

c

Y-циpкyляtopa 3, аттенюатор 9, линию 10 задержки на второй вход двойного волноводного тройника 11.

В результате периодической работы автоматического прерьшателя 4 отраженный от отражателя 7 и самого ав- t томатического прерывателя 4 СВЧ-сигнал поочередно через плечи двойного волноводного тройника 11 поступает на детекторную секцию 12. Вьщеление огибающей продетектированного СВЧ- сигнала осуществляется первым избирательным усилителем 13, настроенным на частоту низкочастотного генератора 18. Сравнение этих напряжений по фазе с фазой модулирующего сигнала осуществляется в фазовом детекторе 14. Фаза огибающей СВЧ-сигнала, прошедшего контролируемьм материал 8, содержит информацию о фазовой задержке СВЧ-сигнала в контролируемом материале 8. Для исключения интерференционных искажений фазы огибающей СВЧ- сигнала, отражаемого непосредственно контролируемым материалом 8, последний расположен под углом примерно 45° к плоскости отражателя 7. Поэтому сдвиг фазы огибающей СВЧ-сигнала, принятого приемопередающей антенной 6, относительно фазы огибающей излучаемого СВЧ-сигнала пропорционален только удвоенному значению фазов.ой задержки контролируемого материала 8.

В один такт коммутации, когда автоматический прерыватель 4 открыт, разность фаз между низкочастотным входным напряжением фазового детектора 14 и модулирующим напряжением низкочастотного генератора 18 равна

0

0

ЛМ, (со)+(.,н-д,-,,

где с)(0}) - время задержки СВЧ-сигнала частоты со в контролируемом материале; - частота модулирующего напряжения низкочастотного генератора 18; Cf - суммарньш фазовый сдвиг,

вносимый амплитудным моду- io лятором 2, детекторной секцией 12 и первым избирательным усилителем 13; ср, - суммарньй фазовый сдвиг,

вносимый блоками 3-6; tp - фаза модулирующего напряжения низкочастотного генератора 18.

В другой такт коммутации, когда автоматический прерыватель 4 закрыт, разность фаз между указанными напряжениями равна

uq , )-(| ., где ср - суммарный фазовьш сдвиг.

Фор

мула изобретения СВЧ-измеритель влажности диэлектрических материалов, содержащий СВЧ- генератор, последовательно соединенные первый Y-циркулятор, автоматический прерыватель, второй Y-циркулятор и приемопередающую антенну, перед раскрьшом которой помещен отражатель, к третьему плечу первого Y-циркулято- ра подключены последовательно соединенные аттенюатор, линия задержки и двойной волноводный тройник, второй вход которого сдединен с третьим пле- 15 чом в горого Y-циркулятор а, а его выход соединен с детекторной секцией, низкочастотньш генератор, фазочувст- вительньш выпрямитель, к выходу которого подключен измерительный прибор, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения влажности в движущемся диэлектрическом материале, в него введены амплитудный модулятор, вход которого сое20

вносимьм блоками 3,4,9 и 10. 25 динен с выходом СВЧ-генератора, а В результате работы автоматичес- выход - с входом первого Y-циркулято- кого прерывателя 4 на выходе фазового ра, последовательно соединенные пер- детектора 14 возникает переменная составляющая частоты коммутации

вый избирательный усилитель, вход которого соединен с выходом детекторQU() с амплитудой

(йМ , -ЬЧ г)(со) + д|-ср,, где S - крутизна преобразования фазового детектора. В/град.

Низкочастотное напряжение Ujj усиливается вторым избирательным усилителем 15, настроенным на частоту выходного сигнала делителя 19 частоты, и выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 16, который управляется парафазными напряжениями делителя 19 частоты. Выпрямленное напряжение измеряется или регистрируется измерительным прибором 17.

Составитель В.Гончаров Редактор И.Рыбченко Техред М.Ходанич Корректор О.Кравцова

Заказ 6396/32 Тираж 776Подписное

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

а

- io

63037

Фор

мула изобретения СВЧ-измеритель влажности диэлектрических материалов, содержащий СВЧ- генератор, последовательно соединенные первый Y-циркулятор, автоматический прерыватель, второй Y-циркулятор и приемопередающую антенну, перед раскрьшом которой помещен отражатель, к третьему плечу первого Y-циркулято- ра подключены последовательно соединенные аттенюатор, линия задержки и двойной волноводный тройник, второй вход которого сдединен с третьим пле- 15 чом в горого Y-циркулятор а, а его выход соединен с детекторной секцией, низкочастотньш генератор, фазочувст- вительньш выпрямитель, к выходу которого подключен измерительный прибор, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения влажности в движущемся диэлектрическом материале, в него введены амплитудный модулятор, вход которого сое20

динен с выходом СВЧ-генератора, а выход - с входом первого Y-циркулято- ра, последовательно соединенные пер-

вый избирательный усилитель, вход которого соединен с выходом детектор

ной секции, фазовый детектор и второй избирательный усилитель, вькод которого соединен с входом фазочувстви- тельного вьшрямителя, а также делитель частоты, вход которого соединен с выходом низкочастотного генератора, а парафазные выходы соединены с управляющими входами фазочувствительно- го вьтрямителя, причем выход низкочастотного генератора соединен также

с управлякяцими входами амплитудного модулятора и фазового детектора, а один из парафазных выходов делителя частоты соединен с управляющим входом автоматического прерывателя.

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения - повышение точности измерения влажности в движущемся диэлектрическом материале. Измеритель содержит СВЧ-г-р 1, амплитудньй модулятор (AM) 2, Y-циркуляторы 3 и 5, автоматический прерьгеатель 4, приемно-передающую антенну 6, отражатель 7, контролируемый материал 8, аттенюатор 9, линию задержки 10, двойной волноводный , ; тройник 11, детекторную секцию 12, избирательные у-ли 13 и 15, фазовый детектор (ФД) 14, фазочувствительный выпрямитель 16, измерительный прибор 17, низкочастотный г-р 18 и делитель частоты (ДЧ) 19. Цель достигается введением AM 2, у-лей 13 и 15, ФД 14 и ДЧ 19, с помощью которых в измерителе получают информацию о фазовой задержке СВЧ-сигнала в контролируемом материале 8. 1 ил. (Л 00 О5 00 о Од f2