Способ контроля параметров диэлектриков, имеющих цилиндрическую форму Советский патент 1990 года по МПК G01R27/26 

Фиг.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения параметров материалов, н предназначено для определения па- раметров диэл ектрических волноводов и световодов в процессе непрерывного производства.

Цель изобретения - повышение точ- ности и чувствительности.

На фиг.1 показано устройство для :реализации способа контроля парамет- IpoB диэлектриков, имеющих цилиндри- ческую форму; на фиг.2 - зависимости |изменения добротности системы резо- 1натор - волновод от изменения дип- I метра исследуемого диэлектрика (при : 2,02).

Способ контроля параметров ди- 1 электриков,- имеющих цилиндрическую форму, заключается в следующем, t Исходя из величин контролируемьк ( параметров исследуемого диэлектрика: :его диэлектрической проницаемости ИИ диаметра d, а также характеристик I открытого резонатора: радиуса кри- i визны зеркал а и расстояния между зе калами 1, определяют частоту настрой i ки открытого резонатора из соотно- ;Шения:

,5arccos(1-jVa) 2f 1 + dOe-tT

f

где d - диаметр исследуемого диэлектрика;

Е - диэлектрическая дроницае- мость исследуемого диэлектрика

а - радиус кривизны зеркал открытого резонатораi 1 - расстояние между зеркалами

открытого резонатораJ с - скорость света, Р - ближайшее целое значение выражения 3,682/irr(t-/d-1(H. Возбуждают в открытом резонаторе СВЧ-колебания на частоте f. Размещают в открытом резонаторе исследуемый волновод и фиксируют начальног; значение частоты и добротности коле- банйй. Протягивают волновод через открытый резонатор, регистрируют изменение добротности и амплитуды колебаний и по наличию этих изменений судят о факте отклонения постоянной распространения исследуемого волновода от исходных данных.

При близости собственных частот резонатора и диэлектрического объ

5

0 5 0

5

Q

45 Q

55

екта образуется электромагнитно связанная электродинамическая система резонатор - волновод, обладающая собственной спектральной частотой, на которой добротность системы пре- вьппает добротность каждого элемента в отдельности. Эффективное взаимодействие между диэлектрическим волноводом и резонатором происходит только на этой частоте. При малом отклонении параметров волновода от

резонансных (при фиксированной настройке резонатора) добротность системы резко падает.

В случае электродинамического взаимодействия между резонатором и волноводом добротность системы резонатор- волновод более чем на порядок превышает добротность пустого резонатора (штрихпунктирная кривая). Зависимость амплитуды колебаний от изменения диаметра и диэлектрической проницаемостк аналогична.

Возможность определения изменения именно постоянной распространения исследуемого волновода достигается за счет того, что резонансная частота диэлектрического волновода согшадает с частотой поперечного резонанса которая является критической частотой его волноведущих свойств и однозначно определяется диаметром и диэлектрической проницаемостью волновода. Таким образом, любое изменение частоты поперечного, резонанса,указывает на изменение постоянной распространения волновода. При этом резонансная частота изменяется при появлении эллип- сности, изменении радиуса и диэлектрической проницаемости волновода. В том случае, когда критическая частота волновода не изменяется (например, при одновременном увеличении диаметра волновода и уменьшении диэлектрической проницаемости) резонансная частота системы резонатор - волновод также не изменяется, что указывает на сохранение неизменной постоянной распространения волновода,

Повышение чувствительности достигается за счет нелинейной зависимости и резкого характера изменения амплитуды и добротности колебаний при малом изменении параметров волновода (фиг.2). В известных способах эта зависимость линейная и малым изме- нениям измеряемых параметров соответствует незначительное возкг щение

резонансной системы. Такое отличие связано с тем фактом, что в предлагаемом способе используется на эффек изменения рабочей частоты резонатора имеющий линейную зависимость, а эффект связи поперечных колебаний диэлектрического волновода с одним из колебаний резонатора.

Повышение точности измерений достигается двояко. Во-первых, частота, на которой проводятся измерения, лежит в диапазоне волноведущих свойств исследуемого волновода. Во-вторых, согласно предлагаемому способу необходимо фиксировать лишь факт изменения добротности и частоты колебаний, т.е. относительное изменение, ;а не абсолютные значения, что может быть проведено с высокой точностью, недостижимой при измерении абсолютных величин.

Устройство для реализации способа контроля параметров диэлектриков, имеюнщх цилиндрическую форму, содержащее открытый резонатор с цилиндрическими зеркалами 1 и исследуемый диэлектрик 2, работает следующим образом.

По формуле определяют резонансную частоту возбуждения открытого резонатора, соответствующую электродинамическому взаимодействию между резонатором и диэлектрическим волноводом Произвольным образом (например, через щель связи в одном из зеркал) возбуждают открытый резонатор. Размещают исследуемый диэлектрик в открытом резонаторе вдоль продольной оси открытого резонатора, подстраивают расстояние между зеркалами до

получения максимальной амплитуды и добротности колебаний. Протягивают волновод через открытьш резонатор, и при изменении частоты колебаний делают вывод об изменении постоянной распространения, а при изменении амплитуды колебаний регистрируют факт изменения потерь в иссле- дуемом диэлектрике.

Формула изобретен и. я

Способ контроля параметров диэлектриков, имеющих цилиндрическую форму, заключающийся в размещении исследуемого диэлектрика в открытом резонаторе, перемещении его вдоль продольной оси открытого резонатора, регистрации изменения частоты и добротности открытого резонатора, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точностей и чувствительности, открытый резонатор настра- 5 ивают на частоту f, определяемую из соотношения;

5

0

21Г

0 где

5

0

сf1аdf Я+0 5 arc co s (;;:1 / а)

l+d(7f-1)

скорость светаj ближайшее целое значение выражений 3,682/Г7 1/а-1/ + 1, расстояние между зеркалами открытого резонатора радиус кривизны зеркал открытого радиатора резонатора , диаметр исследуемого диэлектрика ;

диэлектрическая проницаемость, исследуемого диэлектрика.

Кет

if

i4

i3

iZ

a

ho.i

O,Of6 OfB

IfQ

d/a

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности. Сущность данного способа контроля состоит в том, что по заданной формуле определяют резонансную частоту возбуждения открытого резонатора (ОР), соответствующую электродинамическому взаимодействию между ОР и диэлектрическим волноводом. Произвольным образом, например через щель связи, в одном из зеркал 1 возбуждают ОР. Размещают исследуемый диэлектрик 2 в ОР вдоль продольной оси ОР, подстраивают расстояние между зеркалами 1 до получения максимальной амплитуды и добротности колебаний. Протягивают волновод через ОР и при изменении частоты колебаний делают вывод об изменении постоянной распространения, а при изменении амплитуды колебаний регистрируют факт изменения потерь в исследуемом диэлектрике 2. Повышение чувствительности достигается за счет нелинейной зависимости и резкого характера изменения амплитуды и добротности колебаний при малом изменении параметров волновода. Повышение точности измерений достигается за счет того, что частота измерения лежит в диапазоне волноведущих свойств исследуемого волновода, а также за счет фиксации не абсолютных значений, а относительных изменений добротности и частоты колебаний. 2 ил.

Фиг. 2

Составитель А.Михайлова . . Редактор Л.Пчолинская Техред М.Дидык Корректор Л.Пилипенко

Заказ 2539

Тираж 559

ВНЙИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С(;СР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное