Способ измерения диэлектрической проницаемости листовых материалов Советский патент 1989 года по МПК G01R27/26 

СП

00

со

со

Изобретение относится к технике измере15ий на СВЧ.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства, реализующего способ измерения диэлектрической проницаемости листовьпс материалов.

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, направленный ответвитель 2, блокЗ сдвига частоты, низкочастотный генератор 4, излучающую антенну 5, исследуемый материал 6, приемную антенну 7, смеситель 8, фазовращатель 9, фильтр 10 нижних частот (НЧ), усилитель 11 низкой частоты, фазовый детектор 12, фильтр 13 НЧ, индикатор 14, фильтр 15 НЧ, частотомер 16.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал СВЧ-генератора 1 с помощью направленного ответвителя 2 разделяется на измерительный и опорный. Измерительный сигнал смещается по частоте в блоке 3 сдвига частоты сигналом НС-генератора 4. Смещенный по частоте сигнал поступает в излучающу антенну 5. Энергия СВЧ-сигнала, прошедшего через ис следуемый материал 6 принимается приемной антенной 7 и поступает на один из входов смесителя 8, на другой вход которого поступает опорный сигнал. В опорном канале включен фазовращатель 9, вначале установленный в нулевое положение. Из смешанных СВЧ-колебаний фильтром 10 нижних частот выделяется сигнал с частотой НЧ-генератора 4, фаза которого пропорциональна значению диэлектрической проницаемости исследуемого материала 6. Выделенный сигнал усиливается усилителем 11 и поступает на один из входов фазового детектора 12, на другой вход которого поступает через фильтр 15 НЧ, аналогичный фильтру Ш, напряжение с генератора 4. Выходное напряжение фазового детектора 12, пропорциональное разности фаз входных напряжений, через фильтр 13 НЧ,. который выделяет постоянную составляющую напряжения, воздействуе; на индикатор 14.

Изменением частоты НЧ-генератора 4 устанавливают нулевое показание индикатора 14 и производят отсчет, частоты FI НЧ-сигнала по цифровому частотомеру 16. Затем фазовращате0

лем 9 вводят дополнительный фазовый сдвиг tfp в опорный канал. Изменением частоты НЧ-генератора 4 восстанавливают нулевое показание индикатора 14 и измеряют частоту F НЧ-сигнала. По калибровант ому фазовому сдвигу if фазовращателя 9 и двум значениям частот F i НЧ-генератора 4 определяют диэлектрическую проницаемость исследуемого материала 6, который может перемещаться между а;нтеннами 5 и 7.

Таким образом, предпагаемый спо5 соб соответствует критерию изобретения новизна. Соответствие критерию изобретения существенные отличия заключается в следующем. Совокупность ррвых операций смешивания смещенного по частоте СВЧ-сигнала с СВЧ-сиг- налом фиксированной, частоты, выделение сигнала частоты смещения, регулирования его частоты до совпадения его фазы с фазой смещающего сигнала,

5 измерения ее значения, введения дополнительного фазового сдвига в СВЧ- сигнал фиксированной частоты, который выбирают больше порога чувствительности в пять-десять раз, измерения ее значения и вычисления диэлектрической проницаемости исследуемого материала по формуле позволяет повысить точность измерения диэлектрической проницаемости листовых и рулонных материалов.

Способ измерения диэлектрической проницаемости листовых материалов реализуется следующим образом.,

СБЧ-сигнал фиксированной стабильной частоты (О : U U, cos((ot+q),), где U, - амплитуда сигнала; tf, - его фаза, разделяют на измерительный и опорный. Измерительный сигнал смещают по частоте НЧ-сигналом U (Ot + j) , где и V- амплитуда сигнала; Cfj - его фаза, и передают на излучающую антенну. Смещенный по частоте СВЧ-сигнал

)t+4 ,-4 j , где и, - амплитуда сигнала;

ц,- qij,- его фаза,

проходит через исследуемый материал с диэлектрической проницаемостью & и принимается приемной антенной. При толщине исследуемого материала d при- 55 нятый сигнал запаздывает относительно

опорного сигнала на время (T|t-1), где С - скорость распространения

0

5

0

45

50

электромагнитной энергии в свободном пространстве.

Измерительный сигнал с частотой (О-Я, прошедший через исследуемый материал, смешивается с опорным сигналом, и выделяется низкочастотный измерительный сигнал

4 и„4 (u-Q) U t+ Cfj,

где U - амплитуда сигнала.

Низкочастотный измерительный сигнал сравнивают по фазе с низкочастотным сигналом Uj и уменьшают частоту

зультате смешивания смещенных тг гагс- тоте сигналов с СВЧ-сигналом, находилась в пределах 20 - 30 МГц.

Формула изобретения

Способ измерения диэлектрической проницаемости листовых материалов 10 на СВЧ, заключающийся в разделении СВЧ-сигнала на опорный и измерительный сигналы, облучении измерительным сигналом, смещенным по частоте низкочастотным сигналом исследуемого матенизкочастотного сигнала до получения 15 риала, формирование смешанного сигнулевой разности фаз

2 S-(w-a,)-(fr-1)21fK,

нала Ъутем смешения опорного и прошедшего через исследуемый материал сигналов, регулировании частоты низ- где ,1,2,3... - целые числа, харак- кочастотного сигнала до совпадения

теризующие число. .2о Фаз сигналов, смещении частоты СВЧ- полных циклов; сигнала низкочастотным сигналом до S,- круговая частота следующего совпадения фаз, измерении смещения, соответ- смещения частоты сигнала с последую- ствующая нулевой щим расчетом диэлектрической прони- разности фаз (сг,:я) 25 цаемости, отличающийся

Затем дополнительно задерживают тем, что, с целью повьщ1ения точности,

выделяют измерительный низкочастотный сигнал из смешанного сигнала, смешивают его с низкочастотным сиг- 30 налом, добиваются совпадения фаз измерительного низкочастотного сигнала и низкочастотного сигнала, изменяют фазу опорного сигнала, вновь пере- страиваю,т частоту низкочастотного сигнала до совпадения фаз измерителы

, -- v-f.mm ля - -tfajJIlV J CtfJi. dlU I

опорный сигнал фиксированной частоты СО на фазовый угол Cfj, и вновь уменьшают частоту НЧ-сигнала до восстановления нулевой разности фаз

2Tr(w-ni)(-1)-q,, 27K,

где j- круговая частота смещения, восстанавливающая нулевую разность фаз (,). Диэлектрическую проницаемость исследуемого материала определяют по формуле

r iL C Лг-Г- о С Л

. (Q,,) -L2ir ()Г7

где F,, Fj - значения частоты НЧ-сигнала до и после введения дополнительной задержки опорного сигнала.

Однозначность определения диэлектрической проницаемости Е. по разности частот F, -Fj обеспечивается при выборе фазового сдвига cf из условия

tp, 5 - 10)йц,,,

где utp - порог чувствительности фазового детектора.

35

40

ного низкочастотного сигнала и низкочастотного сигнала, измеряют второе смещение частоты, а диэлектрическую проницаемость рассчитывают по формуле

.

-- Ол.

27 (P,-Pi)d

45

50

где Ц - величина дополнительного

фазового сдвига; С - скорость распространения электромагнитной энергии в свободном пространстве; d - толщина исследуемого материала;

F - смещение частоты низкочастотного сигнала до введения дополнительного фазового сдвига;

Значение частоты низкочастотного второго сигнала F выбирают такой, чтобы частота низкочастотного измери- тельного сигнала, образованная в ре1А53337

зультате смешивания смещенных тг гагс- тоте сигналов с СВЧ-сигналом, находилась в пределах 20 - 30 МГц.

Формула изобретения

Способ измерения диэлектрической проницаемости листовых материалов на СВЧ, заключающийся в разделении СВЧ-сигнала на опорный и измерительный сигналы, облучении измерительным сигналом, смещенным по частоте низкочастотным сигналом исследуемого материала, формирование смешанного сигвыделяют измерительный низкочастотный сигнал из смешанного сигнала, смешивают его с низкочастотным сиг- 0 налом, добиваются совпадения фаз измерительного низкочастотного сигнала и низкочастотного сигнала, изменяют фазу опорного сигнала, вновь пере- страиваю,т частоту низкочастотного сигнала до совпадения фаз измерителы

5

0

ного низкочастотного сигнала и низкочастотного сигнала, измеряют второе смещение частоты, а диэлектрическую проницаемость рассчитывают по формуле

.

-- Ол.

27 (P,-Pi)d

где Ц - величина дополнительного

фазового сдвига; С - скорость распространения электромагнитной энергии в свободном пространстве; d - толщина исследуемого материала;

F - смещение частоты низкочастотного сигнала до введения дополнительного фазового сдвига;

F,j - второе смещение частоты после введения дополнительного фазового сдвига.

44

га

HhA

н-А

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения - повышение точности измерений. Способ измерения реализуется следующим образом . СВЧ-сигнал фиксированной стабильной частоты а разделяют на измерительный сигнал (ИС) и опорный сигнал. ИС смещанзт по частоте низкочастотным сигналом Uj. Смещенный по частоте СВЧ-сигнал проходит через исследуемый материал с диэлектрической проницаемостью и принимается приемной антенной. ИС с частотой со-П, прошедший через исследуемый материал, смешивается с опорным сигналом и выделяется низкочастотный ИС, который сравнивают по фазе с сигналом U. и уменьшают частоту низкочастотного сигнала до получения нулевой разности фаз. Затем дополнительно задерживают опорный сигнал.фиксированной частоты сз на фазовый угол (f и вновь уменьшают частоту низкочастотного сигнала до восстановления нулевой разности фаз. Диэлектрическую проницаемость исследуемого материала определяют по формуле 5 Гц, / 21Г С/ (F, -Fj ) d+1 z , где Cfj - величина дополнительного фазового сдвига (ФС); С - скорость распространения электромагнитной энергии в свободном пространстве; d - толщина исследуемого материала; F, и Fjj - смещение частоты низкочастотного сигнала до и после- введения дополнительного ФС. 1 ил. сл с

0