Измеритель параметров диэлектрических материалов Советский патент 1991 года по МПК G01R27/26 

аь ел

ISD

со

00

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в экспериментальной физике, в частности для исследования па- раметров диэлектриков и плазмы при изучении влияния быстропротекающпх внешних воздействий.

Цель изобретения - повышение точности измерений при быстропротекаю- щих внешних воздействиях по исследуемый диэлектрик.

На чертеже приведена структурная электрическая схема измерителя параметров диэлектрических материалов

Измеритель параметров диэлектрических материалов содержит генератор 1 СВЧ, измерительный резонатор 2 блок 3 измерения, регистратор 4, блок управления, включающий цифроаналого- вый преобразователь 5, компаратор б, регистр 7 последовательного сдвига, схему 8 совпадения, счетчик 9, генератор изменяющегося напряжения, включающий первый 10 и второй 11 ключи, реверсивный счетчик 125 цифроанало- говый преобразователь 13, управляемый генератор синхронизирующих импульсов, включающий генератор 14 импульсов и делитель 15 частоты, часто томер 16,

Выхоц генератора 1 последовательно соединен с резонатором 2, блоком измерений и регистратором 4, К первому выходу блока 3 измерений последовательно подключены блок управления, генератор изменяющегося напряжения, управляющий вход генератора СВЧ 1. Второй выход блока 3 измерения под

ключей к управляемому генератору

синхронизирующих импульсов, выход которого соединен с блоком управления и генератором изменяющегося напряжения. Выход генератора СВЧ 1 через частотомер 16 соединен с вто рым входом блока 3 измерения, а выход измерительного резонатора - с вторым входом блока управления.

Блок управления выполнен в виде последовательно соединенных второго цифроаналогового преобразователя 5, компаратора 6, регистра 7 последовательного сдвига, схемы 8 совпадения и счетчика 9.

Генератор изменяющегося напряжения выполнен в виде последовательно соединенных цифроаналогового преобразователя 13, реверсивного счетчика

5

0 5 д

5

0

5

0

12, ключей 10 и 11, включенных один параллельно другому. На вход ключей 10 и 11 с счетчика 9 подаются противоположные уровневые напряжения, обеспечивающие поочередную их работу. На ключи 10 и 11 также поступают синхронизирующие импульсы с управляемого генератора синхронизирующих импульсов. Ключ 10 подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 12, а ключ 11 - к вычитающему. Цифровой код с реверсивного счетчика 12 поступает на цифро- аналоговый преобразователь 13, напряжение на выходе которого управляет частотой генератора СВЧ 1, Управляемый генератор синхронизирующих импульсов выполнен в виде последовательно соединенных генератора 14 импульсов и управляемого цифровым кодом делителя 15 частоты. Измеритель параметров диэлектрических материалов работает следующим образом. Сигнал СВЧ с генератора 1 поступает на измерительный резонатор 2 и частотомер 16. С выхода этих блоков сигналы, пропорциональные функции коэффициента передачи резонатора 2 от частоты N(f), поступают на вход блока 3 измерения, в котором по сдвигу максимума резонансной кривой определяется Ј материала образца, а по изменению коэффициента передачи определяется tg о материала. Информация о Ј и tg Ј образца поступает на регистратор 4 (где Ј- диэлектрическая проницаемость, tg Ј - тангенс угла потерь).

Генератор СВЧ 1, управляемый генератором изменяющегося напряжения, перестраивается в диапазоне изменения коэффициента передачи измерительного резонатора 2, Для слежения за положением резонансной кривой реализована обратная связь, включающая последовательно соединенные блок управления, генератор изменяющегося напряжения, генератор СВЧ 1 и измерительный резонатор 2.

Управление следящей обратной связью осуществляется следующим образом. Скоростью свипирования по частоте генератора 1 СВЧ управляет CHI- нал, приходящий на вход генератора изменяющегося напряжения с управляемого генератора синхронизирующих , импульсов, который, в свою очередь, управляется цифровым кодом, пропорциональным изменению Ј во времени

и приходящим с второго выхода блока измерения.

С первого выхода блока 3 измерения на блок управления поступает цифровой код, пропорциональный tgo и определяющий пороговый уровень длч сравнения с сигналом на выходе измерительного резонатора 2, определяя амплитуду изменения напряжения на выходе генератора изменяющегося напряжения ,

Цифровой код, поступающий с первого выхода блока 3 измерения, в цифроаналоговом преобразователе 5 преобразуется в напряжение, которое устанавливает опорный уровень срабатывания компаратора 6, сравнивающего его с напряжением на выходе измерительного резонатора 2, На регистр 7 последовательного сдвига подается единичное уровневое напряжение при превышении напряжения с выхода изме - рительного резонатора и нулевое при его низком уровне.

Регистр 7 последовательного сдвига и схема 8 совпадения выполнены так, что захват системой слежения происходит при наборе в регистре 7 определенного цифрового кода, совпадающего с ранее установленным в схеме 8 совпадения. При срабатывании схемы 8 совпадения нз счетчик 9 подается единичный уровень, изменяющий его состояние на противоположное.

Управление частотой синхронизирующих ИМПУЛЬСОВ осуществляется с блока 3 измерения. При увеличении tg$ материала образца происходит уменьшение коэффициента передачи измерительного резонатора 2 и уменьшение его добротности, что приводит к необходимости снижения порогового уровня.

Изменение Ј материала приводит к сдвигу резонансной частоты измерительного резонатора 2. При быстро- протекающем внешнем воздействии на материал образца изменения 6 , а значит, и резонансной частоты могут быть отслежены только в том случае, если скорость набора исходных данных в виде N(f) увеличится, что в данном измерителе реализуется за счет управления частотой синхронизирующих импульсов.

Экспериментальные исследования измерителя диэлектрических свойств

материалов показали, что по сравнению с известными устройствами предлагаемый измеритель обеспечивает повышение быстродействия и точности определения 6 и ego материалов резонансным методом при изучении влияния на материалы быстропрот ка ющих внешних воздействий. Например, использование данного измерителя позволяет провести измерение диэлектрических свойств материалов при внешнем воздействии изменения температуры нагрева со скоростью 1000 К/мин и точностью определения по Б 3%, а по по tg Ј 20%.

Формула

зобретения

0

5

0

5

0

5

0

5

1,Измеритель параметров диэлектрических материалов, содержащий генератор СВЧ, выход которого последовательно соединен с измерительным резонатором, блоком измерения и регистратором, частотомер, вход которого соединен с выходом генератора СВЧ, а выход - с вторым входом блока измерения, генератор синхронизирующих импульсов и генератор изменяющегося напряжения, соединенные последовательно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при быстропротекающих внешних воздействиях на исследуемый диэлектрический материалs введен блок управления, а генератор синхронизирующих импульсов и генератор изменяемого напряжения выполнены управляемыми, причем первый вход блока управления соединен с первым входом блока измерения, второй вход его соединен с выходом измерительного резонатора, третий вход соединен с выходом генератора синхронизирующих ИМПУЛЬСОВ, четвертый и пятый входы блока управления соответственно являются входами для подачи сигналов Установка кода

и Начальная установка, первый и второй выходы блока управления соответственно соединены с вторым и третьим входами генератора изменяющегося напряжения, выход которого соединен с управляющим входом генератора СВЧ, а управляющий вход генератора синхронизирующих импульсов соединен с вторым выходом блока измерений.

2.Устройство по п.1, от л и - чающееся тем, что блок управления содержит последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, компаратор, регистр последовательного сдвига, схему совпадения, счетчик, причем первой вход блока управления соединен с входом цифроаналогового преобразователя, второй вход соединен с вторым входом компаратора, третий вход соединен с вторым входом регистра последовательного сдвига, четвертый вход соединен с вторым входом схемы совпадения, пятый вход соединен с вторым входом счетчика, а первый и второй выходы его соединены соответственно с первым и вторым выходами счетчика.

3. Устройство по п.отличающееся тем, что генератор изменяющегося напряжения содержит первый и второй ключи, выходы которых соответственно соединены с пер

5

0

вым и вторым входами реверсивного счетчика, выход которого последовательно соединен с цифроаналоговым преобразователем, причем первый и второй входы генератора изменяющегося напряжения соединены соответственно с первым и вторым входами первого и второго ключей,,а выход его соединен с выходом цифроаналогового преобразователя.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что управляемый генератор синхронизирующих импульсов содержит генератор импульсов и делитель частоты, соединенные последовательно, причем вход управ- ляемого генератора синхронизирующих импульсов соединен с вторым входом делителя частоты, выход его - с выходом делителя частоты.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано з экспериментальной физике. Целью изобретения являемся повышение точности измерения при быстро- протекающих внешних воздействиях на исследуемый пиэлектрик, Измеритель содержит генератор 1, резонатор 2, бпок 3, регистратор ч, блок управления, включающий преобразователь 5, компаратор 6, регистр 7, схему 8, счетчик 9, генератор изменяющегося напряжения, включающий ключи 10 и 11, счетчик 12, преобразователь 13, управляемый генератор синхронизирующих импульсов, включающий генератор 14 импульсов и делитель 15, частотомер 16. Введение блока управления, а также выполнение генератора синхронизирующих импульсов и генератора изменяемого напряжения управляемыми позволяет создать следящую управляемую обратную связь управляемого генератора 1. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.