Устройство для обработки измерительных сигналов в резонансном СВЧ-влагомере Советский патент 1988 года по МПК G01N22/04 

10

;зВс5н

ЕТ 7в .

Фы.;

10

15

20

30

вам для исследования физических и химических свойств веществ с помогчью 1 адиоволн диапазона СВЧ и может быть использовано для угзмерения влажности различных диэлектрических материалов. Цель изобретения - повышение точности измерений,

«

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства ля обработки измерительных сигналов B резонансном СВЧ-вллгомере; на фиг. 2 - эпюры электрических сигналов на на различных элементах схемы.

Устройство для обработки измерительных сигналов в резонансном СВЧ- влагомере содержит первый детектор 1, второй детектор 2, генератор 3 прямоугольных импульсов, первый и второй управляемые ключи 4 и 5, элемент 6 памяти, третий детектор 7, блок 8 измерения отношений, индикатор 9 и резистор 10.

Первьп детектор 1 (диод СВЧ) рас- 25 положен в СВЧ-тракте (не показан) и соединен с входом второго детектора 2 и входом генератора 3 прямоугольных импульсов. Выход генератора 3 прямоугольньк импульсов соединен с управляюгцими вх(1дами ключей 4 и 5. Конденсатор 11, входящий в сост-ав второго детектора 2, подключается к нему через первый управляемый ключ 4. К выходу второго детектора 2 подключен элемент 6 памяти (например конденсатор), выход которого соединен с входами второго управляемого ключа 5 и третьего детектора 7. Выходы второго 2 и третьего 7 детекторов подключены к первому и BTopoNry входам блока 8 измерения отношений. Выходы блока 8 измерения отношений соединены с входами индикатора 9.

Второй 2 и третий 7 детекторы являются идентичными пиковыми детекторами, выполненными на операционных усилителях 12 и 13, полупроводниковых диодах 14 и 15 и запоминающих конденсаторах 11 и 16.

Генератор 3 прямоугольных импульсов содержит операционный усилитель 17, стабилитрон 18 и конденсатор 19.

Управляемые ключи 4 и 5 представляют собой устройства, содержащие, например, КМ/1П-структуры.

Блок 8 измерения отношений представляет co6oii аналого-цифровой преобразователь (AJin) .

35

40

45

50

55

0

5

0

0

5 5

0

5

0

5

ции пикового детектора, когда ключи 4 и 5 разомкнуты. Для того, чтобы обеспечить режим работы повторителя, к выходу второго детектора 2 подключен резистор 10.

Первый детектор 1 предназначен для формирования первичного электрического сигнала, несущего информацию о влажности образца, и управляющего сигнала для генератора 3 прямоугольных импульсов.

Генератор 3 прямоугольных импульсов предназначен для формирования управляющих импульсов для ключей 4 и 5.

Второй детектор 2 в режиме пикового детектирования предназначен для формироваг{ия опорного напряжения, подаваемого на первый вход блока 8 измерения отношений, а в режиме повторителя - для формирования входного напряжения третьего детектора 7.

Устройство работает следую1цим образом.

На первый детектор 1 при периодическом изменении соотношения между частотой генератора СВЧ и собственной частотой рабочего резонатора выделяется электрический сигнал в виде колоколообразных импульсов, причем напряжение в основании этих импульсов Up зависит от мощности генератора СВЧ и не зависит от влажности исследуемого образца, а напряжение в вершине импульсов и зависит от влажности. Эти напряжения подаются на входы второго детектора 2 и генератора 3 прямоугольных импульсов. Генератор 3 формирует прямоугольные импульсы, отри--- цательный фронт которых соответствует началу импульса на выходе первого детектора 1, а положительный - моменту достижения максимального поглощения в исследуемом образце. Пока напряжение на входе второго детектора 2 и генератора 3 равно Не, первые и вторые ключи 4 и 5 замкнуты, второй детектор 2 работает в режиме пикового детектирования, конденсаторы 11 и 6 заряжаются и на первый вход блока 8 измерения отношений подается опорное напряжение UQ , Начало импульса на выходе первого детектора 1 формирует отрицательньп1 фронт прямоугольно- То импульса на выходе генератора 3. Первый и BTopofi ключи 4 и 5 размыкаются, и второй детектор 2 начинает работать я режиме повторения. При этом

напряжение на входе второго детектора 2 уменьшается, потенциал верхней обкладки конденсатора 6 уменьшается на величину 11, равную изменению па- дения напряжения на резисторе 10, а напряжение на входе третьег о детектора 7 достигает также величины U. Это напряжение запоминается конденсатором 16 и подается на второй вход блока 8 измерения отношений. При это на выходах блока 8 измерения отношений формируется цифровой сигнал, соответствующий отношению Un/Up, KoVo- рый подается на индикатор 9. В момен когда напряжение U,, достигает своего максимального значения, напряжение на входе генератора 3 прямоугольных импульсов становится минимальным и формирует положительньй фронт пря- моугольного импульса на выходе генератора 3. Первый и второй ключи 4 и 5 замыкаются, и начинается новый цик измерения.

Эпюры напряжения (фиг. .) на раз- личных элементах схемы поясняют работу предлагаемого устройства. Эпюра а показывает временную зависимость напряжения на выходе первого детектора 1. Размах колоколообразных им- пульсов, пропорциональный величине поглощения СВЧ-энергии исследуемым образцом, равен U Uo - U, где Up - напряжение в основании; U - напряжение в вершине импульса. Прямоугольные импульсы, вьфабатьгеаемые генератором 3 прямоугольных импульсов (эпюра 5), имеют длительность, равную половине длительности колоколообразных импульсов, и период, рав- ный периоду повторения этих импульсов. Эпюра в показывает потенциал на верхней обкладке элемента 6 памяти, а эпюра г- потенциал на перво

0

О о

5

входе блока 8 измерения отношений. На эпюре а изображена временная зависимость потенциала на нижней обкладке конденсатора 6, а на эпюре е - потенциал на втором входе блока 8 измерения отношений.

При работе влагомера напряжения и и DO могут изменяться из-за изменения мощности генератора СВЧ или чувствительности первого детектора 1, но отношение этих напряжений при постоянной влажности исследуемого образца остается постоянн1 1м. Поэтому изменение показаний индикатора 9 может быть связано только с изменением влажности.

Формула изобретения

Устройство для обработки измерительных сигналов в резонансном СВЧ- влагомере, содержащее последовательнЬ соединенные Первый и второй детекторы, блок измерения отношений и индикатор, генератор прямоугольных импульсов, выход которого соединен с первым детектором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены элемент памяти, первый и, второй управляемые ключи, третий детектор, причем выход второго детектора через первый управляемьп ключ соединен с первым входом блока измерения отношений и через последовательно включенные элемент памяти и третий детектор с вторым входом блока измерения отношений, при этом вход второго детектора подключен через второй управляемый ключ к общей шине, а управляющие входы первого и второго управляемых ключей - к выходу генератора прямоугольных импульсов. (

Изобретение относится к устр-вам для исследования физич. и химич. св-в веществ. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устр-во содержит детекторы (Д) 1 и 2, г-р 3 прямоугольных импульсов, блок 8 измерения отношений, индикатор 9, резистор 10. Введены управляемые ключи 4 и 5, эл-т 6 памяти, детектор 7. Д 1 расположен в СВЧ-тракте и соединен с входом Л 2 и г-ра 3. Д 2 и 7 являются идентичными пиковыми Д, выполненными на операц. усилителях 12 и 13, полупроводниковых диодах 14 и 15 и запо- ьтнающих конденсаторах 11 и 16. Г-р 3 содержит операц. усилитель 17, стабилитрон 18 и конденсатор 19. Г-р 3 предназначен для формирования управляющих импульсов для ключей 4 и 5. Блок 8 представляет собой АЦП. П 2 выполняет функции пикового Д,. когда ключи 4 и 5 разомкнуты. Для того, чтобы обеспечить режим работы повторителя, к Д 2 подключен резистор 10. Д 1 предназначен для формирования эл. сигнала, несущего информацию о влажности образца, и управляющего сигнала для г-ра 3. Д 2 в режиме пикового детектирования предназначен для формирования опорного напряжения, подаваемого на 1-й вход блока 8, а в режиме повторителя - для формирования входного напряжения Д 7. 2 ил. сл

Фиг. 2