Устройство для измерения влажности Советский патент 1989 года по МПК G01N22/00 

СП

СО

к

00 СП СЛ

Изобретение относится к технике влагометрии и может быть использовано для измерения влажности сыпучих и других материалов.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона и увеличение точности измерений. j На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства для измерения влажности.

Устройство для измерения влажности содержит автодинный генератор СВЧ 1, циркулятор 2, модулятор 3 СВЧ сигнала, передающую антенну 4, приемную антенну 5, нагрузку автодинного , генератора СВЧ 6 и индикатор 7, состо 1ящий из модулирующего генератора 8, снабженного противофазными первым и вторым выходами, первого-четвертого элементов выборки и хранения (ЭВХ) 9-12 соответственно, вычитателя 13, дифференциатора 14, компаратора 15, одновибратора 16, генератора П пило- 1 образного напряжения, первого и второго вольтметров 18. и J9 соответственно. Исследуемый материал 20 размещается между передающей 4 и приемной 5 антеннами.

Устройство для измерения влажности работает следующим образом.

Колебания автодинного генератора СВЧ 1, частота которых меняется по линейному закону под действием изменения напряжения на управляющем входе автодинного генератора (в качестве управляющего элемента генератора может быть использован варак- тор), поступают на первый выход 1 циркулятора 2. Цепь внешней обратной связи автодинного генератора СВЧ образована включением между вторым II и третьим III плечами циркулятора 2 последовательно соединенных модулятора 3 СВЧ сигнала и передающей 4 и приемной 5 антеннами. Промодулиро- ванный СВЧ сигнал, прошедший через исследуемый материал 20, поступает через плечи III и I циркулятора на выход автодинного генератора СВЧ.

Ввиду линейной частотной модуляции СВЧ генератора в цепи обратной связи происходит изменение фазы сигнала у зди где s LA/cAB; Л,ЛВ длина волны в свободном пространстве и в волноводе соответственно; с - скорость света; L - длина линии обратно связи; ЛЫ - девиация частоты гене0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ратора СВЧ. При изменении фазы в цепи обратной связи от 0 до 21Г выходная мощность автодинного генератора СВЧ меняется по косинусоидальному закону:

P((l-2K cosv), где Uм- амплитуда напряжения СВЧ сигнала; 6Н - проводимость нагрузки; К, у- модуль и фаза коэффициента передачи цепи обратной связи, причем ее максимум соответствует фазеу « В соответствии с изменением выходной мощности меняется амплитуда сигнала на нагрузке автодинного генератора СВЧ 6. На этой нагрузке автодинного генератора СВЧ выделяется модулированная по амплитуде последовательность видеоимпульсов, поступающих на входы первого 9 и второго 10 элементы выборки и хранения (ЭВХ), затем на дифференциальные входы вычитателя 13. Ввиду того, что модулирующий генератор 8 управляет первым ЭВХ в фазе с модулятором, а вторым - в противофазе, на выходе вычитателя 13 выделяется сглаженная переменная составляющая сигнала на нагрузке 6, которая поступает на дифференциатор 14, При достижении переменным напряжением экстремальных значений на выходе дифференциатора появляется О, переключающий компаратор 15 и запускающий вибратор 16. Короткий импульс одновибратора останавливает генератор 17 пилообразного напряжения и подает команду на выборку третьего 11 и четвертого 12 ЭВХ, Экстремальное значение переменной составляющей запоминается третьим ЭВХ, а соответствующее ему значение пилообразного напряжения запоминается четвертым ЭВХ. Величины напряжений, хранимые в третьем и четвертом ЭВХ, измеряются вольтметрами 18 и 19 соответственно. Так как изменение фазы сигнала в цепи обратной связи автодинного генератора СВЧ пропорционально напряжению, фиксируемому вольтметром 19, то можно определить фазу прошедшего через влажный материал 20 сигнала и соответственно волновое число в материале /з. Модуль коэффициента передачи в цепи обратной связи (-ofd), где cL- коэффициент ослабления в материале; d - толщина материала. По максимальной амплитуде, фиксируемой вольтметром 18, опре- деляем модуль коэффиниента передачи

цепи обратной связи и соответственно коэффициент ослабления в материале rf При одновременном определении of и р влажного материала функция преобразования устройства для измерения влажности имеет вид

у,. ()

MelMo wWjV wjheicpc-i)1

где olg и коэффициент ослабления и волновое число воды; - собственная плотность сухого материала; рч - волновое число в свободном пространстве; /ас - волновое число в сухом материале.

Основной областью применения устройства для измерения влажности может быть измерение влажности материала с существенно меняющейся плотностью, что предопределяет необходимость большой скорости перестройки частоты в широком диапазоне, которая обеспечивается предложенным построением устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения влажности, содержащее автодинный генератор СВЧ, модулятор, передающую антенну и индикатор, выход которого соединен с низкочастотным выходом автодинного генератора СВЧ и его нагрузкой, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения динамического диапазона измерения, введены приемная антенна и цир- кулятор, первое плечо которого соединено с высокочастотным выходом автодинного генератора СВЧ, второе плечо через модулятор подключено к передаю

0

щей антенне, а третье плечо подключено к приемной антенне, причем исследуемый материал размещен между приемной и передающей антеннами, модулятор снабжен управляющим входом, а индикатор выполнен в виде первого, второго, третьего и четвертого элементов выборки-хранения, последовательно соединенных вычитателя, дифференциатора, компаратора, одновиррато- ра и генератора пилообразного напряжения, модулирующего генератора, снабженного противофазными первым и вторым выходами, первого и второго вольтметров, при этом входы первого и второго элементов выборки-хранения соединены между собой и являются выходом индикатора, а выходы соединены с соответствующими входами вычитателя, выход которого соединен через третий элемент выборки-хранения с входом первого вольтметра, вход четвертого элемента выборки-хранения является входом индикатора и подключен к управляющему входу автодинного генератора СВЧ и выходу генератора пилообразного напряжения, выход четвертого элемента выборки-хранения подключен к входу второго вольтметра, первый выход модулирующего генератора является управляющим выходом индикатора и соединен с управляющими входами модулятора и первого элемента вы5 борки-хранения, второй выход модулирующего генератора соединен с управляющим входом второго элемента выборки-хранения, а управляющие входы третьего и четвертого элементов выборки0 хранения соединены с выходом одно- вибратора.

5

0

Изобретение относится к технике влагометрии. Цель изобретения - расширение динамического диапазона и увеличение точности измерений. Для достижения поставленной цели введены циркулятор 2, приемная антенна 5, исследуемый материал 20 размещается между передающей и приемной антеннами 4 и 5, а индикатор 7 составлен из модулирующего г-ра 8 противофазными 1-м и 2-м выходами, четырех элементов 9-12 выборки - хранения, вычитателя 13, дифференциатора 14, компаратора 15, одновибратора 16, г-ра 17 пилообразного напряжения, двух вольтметров 18 и 19. 1 ил.