Устройство для измерения влажности материалов Советский патент 1988 года по МПК G01N22/04 

со

Од

со

Изобретение относится к СВЧ-измерительной технике и обеспечивает повышение точности измерений. Сигнал СВЧ-генератора 1 делится волноводным мостом 2 на измерительный и опорный сигналы. Опорный сигнал проходит через ферритовый вентиль З , детекторную секи,ию 4 и реостат 5 на регистрирующий прибор 11. Измерительный сигнал проходит через вентиль 3 и излучается передающей антенной 6 в направлении кюветы 8 с исследуемым материалом. На передней стенке 7 кюветы 8 расположена, корректирующая линза в виде металлических колец разного диаметра, расположенных на определенных расстояниях от центра кюветы 8 и имеющих определенную длину. В центре- стенки 7 расположены кольца резонансных размеров. Удаленные кольца имеют уменьшающиеся размеры. За счет выполнения корректирующей линзы обеспечивается более равномерная амплитуда волны, поступающей в кювету 8. Часть СВЧ-мощности поглощается влажным материалом. По величине разности опорного и измерительного сигнала су дят о его влажности. 3 ил. i (Л

Фиг. /

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для экспресс-измерения влажности с СВЧ-влагометрии.

Цель изобретения - повьшение точ- ности измерений.

На фиг,1 изображена структурная электрическая схема реализации устройства дпя измерения влажно :ти ма- териалов; на фиг.2 - распределение амплитуды поля электромагнитной волны вдоль крышки кюветы; на фиг. 3 - распределение металлических колец на крышке кюветы.

Устройство для измерения влажности материалов содержит СВЧ-генератор 1, волноводный мост 2, опорный и измерительный тракты и регистрирующий прибор. В опорном тракте имеют- ся ферритовый вентиль З , детекторная секция 4, реостат 5 установки начального уровня. Измерительный тракт содержит ферритовый вентиль 3 передающую антенну 6, стенку 7 кюве- ты 8, приемную антенну 9, индикатор, включаюпц й детекторную се1щию 10, регистрирующий прибор 11.

Устройство для измерения влажности материалов работает следующим об- разом.

Сигнал, вырабатываемый СВЧ-гене- 1 (фиг.1), делится волновод- ным мостом 2 на две равные части.Эти сигналы поступают в опорньй и из мери тельный тракты. Сигнал опорного тракта проходит через ферритовый вентиль 3 , преобразуется в сигнал постоянного тока детекторной секцией 4, проходит через реостат 5 и направляется на регистрирующий прибор 11. Сигнал измерительного тракта по волноводам проходит через вентиль З и, достигая передающей антенны 6, излучается в.свободное пространство. Между передающей 6 и приемной 9 антеннами помещена кювета 8 с исследуемым материалом. На передней стенке 7 кюветы 8 выполнена система металлических колец 12 разного диаметра, рассчитан ных пр формуле (l). Металлические кольца расположены на наружной поверхности стенки 7. Достигая передней стенки 7 кюветы 8, часть волны отражается от колец 12. Так как дли- на колец 12, расположенных вблизи центра кюветы 8, близка к резонансной, а колец 12, находящихся дальше от центра, меньше резонансной, то отражение электромагнитной волны в центре сильнее. В результате амплитуда волны, прошедшей в кювету 8, становится более равномерной (иг.З, кривая 1) по сравнению с амплитудной падающей на стенку 7 (фиг.З, кри-. . . вая l).Часть мощности волны, распространяющейся в .кювете 8, поглощается влагой, содержащейся в материале. ДЬстигая задней стенки кюветы 8, волна частично отражается от нее внутрь кюветы В, часть выходит из кюветы 8 в свободное пространство, где принимается приемной антенной 9. Далее .- сигнал измерительного тракта проходит детекторную секцию 10 и подается на регистрирующий прибор II, в котором сравнивается с сигналом опорного тракта. Вследствие потерь в измерительном тракте его сигнал будет меньше опорного сигнала. По величине разности сигналов можно, судить о влажности исследуемого волокнистого материала. -,

Длина L каждого металлического к;ольца 12 и его расстояние до центра кюветы 8 дх выбраны из соотношения

|f(|f-)

f

(1 - 0,8 cos -ij- ).

(1)

где Ар - длина рабочей волны в свободном пространстве; - относительная диэлектрическая проницаемость материала стенки 7 кюветы 8j Л - толщина стенки 7 кюв;еты 8; 21 - ширина кюветы 8.

Стенка 7 кюветы 8 с металлически- ми кольцами 12 представляет собой дифракционную структуру из колец , ,. разного диаметра. Известно, что максимальное отражение электромагнитных волн происходит от колец, обладаю- ших резонансными размерами. Стенка 7 рассчитана так, что в центре стенки 7 кюветы 8 расположены кольца 12 ре зонансных размеров, а при удале- НИИ от центра размеры их уменьшаются Это позволяет выровнять амплитудный фронт волны.

Формула изобретения

Устройство для измерения влажности материалов, содержащее последова гельно соединенные СВЧ-генератор и передающую антенну, в раскрыве кото-рой размещена корректирующая линза, приемную антенну, соединенную с индикатором, кювету для исследуемого материала, установленную между передающей и приемной антеннами, о т л иг чающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, коррек- тирующая линза выполнена в виде металлических колец, расположенных на стенке кюветы, обращенной к передающей антенне, при этом длина каждого металлического кольца и расстояние до центра кюветы выбраны из соотноще- ния

Хс

(4Г- 1)1

Ло

(1 г

- 0,8 cos ),

де L - длина кольца;

д- длина рабочей волны в свободном пространстве;

- относительная диэлектрическая проницаемость материала стенки кюветы;

А - толщина стенки кюветы} 21 - ширина кюветы;

X - расстояние металлического кольца до центра кюветы.

Фиъ,3