Измеритель влажности Советский патент 1988 года по МПК G01N22/04 

00

со

ел

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения - повышение точности измерений, Измеритель содержит резонатор (Р) 1, однополосные модулятооы 2 и 3, делители 4-7 частоты, низкочастотный генератор 8, синхронный детектор 9, регистратор 10, СВЧ-детектор П, полосовой фильтр 12, фазоврашатель 13, ограничитель 14, фазовый детектор 15, фильтр 16 нижних частот, сумматор 17, СВЧ-генератор 18, направленный ответ- витель 19. Для достижену я цели вход модулятора 2 соединен с вторым входом детектора 11, второй вход модулятора 3 соединен с выходом Р 1, вход делителя 5 соединен с выходом генератора 8. Сигнал с генератора 18 через ответвитель 19 возбуждает Р 1, связанный с материалом 20. В зависимости от влажности материала 20 изменяется добротность Р 1. Таким образом, измеряя добротность Р 1, можно определить влажность материала 20. 2 ил. 20 . (Л

Фиг.1

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ и может использоваться в СВЧ-влагометрии для контроля влажности различных материалов.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема измерителя влажветвителя 19, сдвинутый по частот модулятором 2. Вследствие этого н выходе СВЧ-детектора 11 появляетс сигнал на частоте генератора 8 с зовым сдвигом, пропорциональным р стройке СВЧ-генератора 18 относит но собственной частоты резонатора Указанный сигнал через фазовращат

ности; на фиг. 2 - диаграммы, поясня-ю 3 и ограничитель 14 поступает на

ющие его работу.

Измеритель влажности содержит резонатор 1, первый 2 и второй 3 однополосные модуляторы, первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 делители частоты, низкочастотный генератор 8, синхронный детектор 9, регистратор 10, СВЧ-детектор 11, полосовой фильтр 12, фазовращатель 13, ограничитель 14, фазовый детектор 15, фильтр 16 нижних частот, сумматор 17 СВЧ-генератор 18, направленный от- ветвитель 19, а также исследуемый материал 20.

На фиг.2 приведены: спектр 21 - сигнал на выходе резонатора 1; спектр 22 - сигнал на выходе второго однополосного модулятора 3; спектр 23 - сигнал на выходе первого однополосного модулятора 2; с, , с - остатки соответственно неполностью подавленной несущей и зеркального сигнала; - собственная частота резонатора 1; - частота полезного сигнала на выходе СВЧ-детектора 1 1 .

Измеритель работает следующим образом.

Сигнал с выхода СВЧ-генератора 18 через направленный ответвитель 19 в-озбуждает резонатор 1 , связанный с исследуемым материалом 20. В зависимости от влажности последнего изменяется добротность резонатора 1. Таким образом, измеряя последнюю, определяют влажность исследуемого материала 20.

Добротность резонатора 1, измеряют по наклону его фазочастотной характеристики, который пропорционален добротности. Для этого СВЧ-генератор 18 настраивается в резонанс с резонатором 1 с помощью петли фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ); с выхода резонатора 1 сдвинутый по фазе (сдвиг пропорционален взаимной расстройке резонатора 1 и СВЧ-генератора 18) сигнал посгупает на СВЧ-детектор 11, }ia друго11 ихид которого поступает сигнал с ртапратенного ответвителя 19, сдвинутый по частоте модулятором 2. Вследствие этого на выходе СВЧ-детектора 11 появляется сигнал на частоте генератора 8 с фазовым сдвигом, пропорциональным расстройке СВЧ-генератора 18 относительно собственной частоты резонатора 1. Указанный сигнал через фазовращатель

5

0

0

вход фазового детектора 15, на опорный вход которого поступает сигнал с делителя 7 частоты, вследствие чего на выходе детектора 15 образуется напряжение, пропорциональное расстройке СВЧ-генератора 18 относительно собственной частоты резонатора 1, которое через фильтр 16 и сумматор 17 поступает на управляющий вход СВЧ-генератора 18 и изменяет его частоту до тех пор, пока она не станет равной собственной частоте резонатора 1 .

Кроме того, сигнал с выхода гене- 5 ратора 8 через делитель 6 частоты и сумматор 17 поступает на СВЧ-генератор 18, вызывая ее девиацию. Петля ФАПЧ не компенсирует эту девиацию из-за введения фильтра 16. Девиация частоты вызывает на выходе резонатора 1 девиацию фазы, пропорциональную наклону его фазочастотной характеристики, т.е. его добротности. Эта девиация выделяется на выходе фазового детектора 15 и через синхронный детектор 9 поступает на регистр 10.

Однако на выходах модуляторов 2 и 3 присутствуют также и сигналы на несущей и зеркальной частотах с уровнями (н и Si, соответственно, что

приводит к погрешности измерения.

(

Для компенсации сУц сигнал с выхода генератора 8 поступает на однополосный модулятор 3 через делитель 5 частоты на три, а на однополосный модулятор 2 - через делитель 4 частоты. Спектры 22 и 23 сигналов на выходах модуляторов 2 и 3 соответственно имеют вид, приведенный на фиг. 2. Если частоту генератора 8 условно принять равной 6-Q, полезный сигнал на выходе СВЧ-детектора 11 имеет частотуЗ (разность между частотами входных сигналов). С выхода СВЧ-детектора 11 фильтром 12 выделяется сигнал на частоте SL, который через фазовращатель 13 и ограничитель 14 поступает на фазовый детектор 15, на другой вход которого по5

0

5

0

5

ступает сигнал с частотой i2 полученный делением частоты на шесть делителем 7.

В полосу прозрачности фильтра 12, настроенного на частотуj7, попадают лишь два сигнала

k r.osCQt +Ч )

k(co8(at +% -%),

где k - коэффициент пропорциональности.

Первый из сигналов является полезным (Ч несет информацию о влажности а второй - мешающий, но теперь он не зависит от качества подавления несущей.

Фсгрмула изобретени

Измеритель влажности, содержащий последовательно соединенные СВЧ-де- тектор, полосовый фильтр, фазовращатель, ограничитель, фазовый матор, СВЧ-генератор, направленный ответвитель и резонатор, связанный исследуемым материалом, последовательно соединенные низкочастотный

5

0

5 Q

генератор, первый делитель частоты и первый однополосный модулятор, второй вход которого соединен с выходом вторичного тракта направленного ответвителя, последовательно соединенные второй делитель частоты и второй однополосный модулятор, выход которого соединен с первым входом СВЧ-детектора, последовательно соединенные третий делитель частоты, вход которого соединен с выходом низкочастотного генератора, синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора, и регистратор, а также четвертый делитель частоты, вход которого соединен с выходом низкочастотного генератора, а выход - с вторым входом фазового детектора, причем второй выход третьего делителя частоты соединен с вторым входом сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, выход первого однополосного модулятора соединен с вторым входом СВЧ-детектора, второй вход второго однополосного модулятора соединен с выходом резонатора, а вход второго делителя частоты соединен непосредственно с выходом низкочастотного генератора,

42;

-Зй -2Л

Составитель В, Гончаров Редактор Н. Рогулич Техред М.Дидык Корректор С. Шекмар

Заказ 1761/43

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

т;

о;, f t25

+3Si

Подписное