Устройство для комплексного измерения свойств материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N27/22 

1

(21)4454997/25 (22) 05.07.88 (46)23.08.91. Бюл. №31

(71)Центральное конструкторско-техноло- гическое бюро приборостроения с опытным производством

(72)Б.С.Глузман, А.Е.Девгопол, Б.Е.Фиш- мэн и В.М.Хилюк (53)551.5087(088.8)

(56) Берлинер М.А. Измерение влажности. М: Энергия, 1973, с.119-122.

Измерения в электронике. - Справочник под ред В.А.Кузнецова. М.: Энергоато- миздат, 1987, с.232-233.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения диэлектрической проницаемости и сопротивления материалов. Цель изобретения - повышение точности и достоверности измерения. Устройство содержит генератор треугольного напряжения, измерительный генератор высокой частоты, генераторы импульсов запуска, остановки, сброса, чувствительный элемент, блок детектирования, пиковый детектор, компаратор, формирователь выходного сигнала, измеритель частоты. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения диэлектрической проницаемости и сопротивления материалов. Цель изобретения - повышение точности и достоверности измерения. Устройство содержит генератор треугольного напряжения, измерительный генератор высокой частоты, генераторы импульсов запуска, остановки, сброса, чувствительный элемент, блок детектирования, пиковый детектор, компаратор, формирователь выходного сигнала, измеритель частоты. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и приборостроению и может быть использовано для измерения диэлектрической проницаемости и сопротивления листовых материалов в целлюлознобумаж- ной и других отраслях промышленности (например, химической, текстильной и т.п.).

Цель изобретения - повышение точности и достоверности измерений.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства для комплексного измерения свойств материалов; на фиг.2 - эпюры напряжения, характеризующие работу блоков предлагаемого устройства для комплексного измерения свойств материалов: а - на выходе генератора треугольного напряжения; б - х на выходе усилителя, у - на выходе пикового детектора; в - на выходе компаратора; г-на выходе генератора импульсов запуска, д - на выхо(Л

С

де генератора импульсов остановки; Е - на выходе генератора импульсов сброса; на фиг.З и 4 - электрическая эквивалентная схема взаимодействия объекта измерения с чувствительным элементом.

Устройство для комплексного измерения свойств материалов содержит генератор 1 треугольного напряжения, измерительный генератор 2 высокой частоты, чувствительный элемент 3, блок 4 детектирования , включающий детектор, усилитель 5, делитель 6, пиковый детектор 7, компаратор 8, генератор 9 импульсов запуска, генератор 10 импульсов остановки, генератор 11 импульсов сброса, формирователь 12 выходного ВЧ сигнала, измеритель 13 частоты.

Устройство для комплексного измерения свойств материалов работает следующим образом.

О

ю со

CJ

Лч|

Измерительный генератор 2 высокой частоты генерирует ВЧ напряжение, частота которого определяется напряжением на выходе генератора 1 треугольного напряжения, а амплитуда поддерживается постоянной независимо от частоты. ВЧ напряжение поступает на вход чувствительного элемента 3 и на первый вход формирователя 12 выходного ВЧ сигнала. С выхода ЧЭ 3 напряжение, зависящее от частоты генератора 2 и параметров ЧЭ 3, поступает на вход детектора 4, где выделяется низкочастотная огибающая сигнала. С выхода детектора 4 низкочастотный сигнал поступает через усилитель 5 на делитель 6 и на один из входов компаратора 8. Работу предлагаемого устройства удобно проследить по эпюрам напряжения, приведенным на фиг.2. Пусть вначале напряжение генератора треугольного напряжения растет (а, фиг.2). Напряжение на выходе усилителя 5 меняется согласно бх, фиг.2, а на выходе пикового детектора 7 меняется согласно бу, фиг.2. Когда напряжения на входах компаратора станут равны (момент на фиг.2), напряжение на выходе компаратора скачком становится положительным (Ь фиг.2), формируется импульс запуска (г, фиг.2), импульс остановки (д, фиг.2) и импульс сброса (Ь, фиг.2).

Импульс запуска формируется генератором 9 импульсов запуска и запускает измеритель 13 частоты.

Импульс остановки формируется генератором 10 импульсов остановки и подается на вход генератора 1 треугольного напряжения и на первый (управляющий) вход форми- рователя 12 выходного ВЧ сигнала, запуская его. Изменение частоты измерительного генератора 2 высокой частоты прекращается на время от ti до т.2, ( - длительность импульса остановки). Импульс остановки подается также на вход генератора 11 импульсов сброса, запуская его своим срезом.

Импульс сброса формируется генератором 11 импульсов сброса и подается на вход генератора 1 треугольного напряжения и пикового детектора 7. После поступления импульса сброса возобновляется изменение частоты измерительного генератора 2 высокой частоты, причем знак этого изменения меняется на противоположный, а напряжение на выходе пикового детектора обнуляется (бу, фиг.2). После обнуления напряжения на выходе пикового детектора напряжение на выходе компаратора 8 снова становится отрицательным, измерительная схема возвращается в исходное состояние и обеспечивает измерение значения информативного параметра частоты при обратном проходе АЧХ ЧЭ.

Приуменьшении напряжения генератора 1 треугольного напряжения все процессы

повторяются, но частота, соответствующая моменту времени (а фиг.2), находится на другом склоне АЧХ ЧЭ (так как, АЧХ ЧЭ проходит теперь в противоположном направлении).

За полный цикл измерения, определяемый генератором 1 треугольного напряжения, производится измерение двух частот тл и fn, при которых значения выходного сигнала Ч Э достигают определенной и фиксированной части от максимального значения.

Рассмотрим наиболее существенные факторы, которые определяют измерительное преобразование, осуществляемое пред- лагаемымустройством.Для

чувствительного элемента 3 может быть записана следующая зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты:

Ц,

25

+ R4RH)2+lJ(f-)2

. 0)

где RI и Li - эквивалентные значения активного сопротивления и индуктивности ЧЭ;

R1- дополнительное сопротивление, вносимое в контур за счет процессов затухания электромагнитной энергии в материале объекта измерения;

RH - сопротивление нагрузки;

fpea резонансная частота ЧЭ;

Uo - амплитуда напряжения, поступающего на вход ЧЭ с выхода измерительного генератора высокой частоты.

Для величины fpea справедливо следующее соотношением 1

Рез Vi 1 г (2)

где Ci - эквивалентная емкость ЧЭ с учетом емкости, вносимой веществом объекта измерения.

Рассмотрим измерительное преобразование, в котором информативными параметрами являются значения частот тл и fn. На этих частотах амплитуда сигнала достигает заданной части от величины 1рвз. Из уравнения (1) для fn и fn вытекают следуюц

W: (3)

щие уравнения:

VT+R1 + Rn)2 + d(f, -1ЁУ) Ц)

MR.+R +fVf+UCfn

где К - заданный относительный уровень амплитуды сигнала на частотах fn и fn (0 К

1).

Приравнивая выражения левых получаем

ЛЛ .. „

2п

rf а резч2 (f« - -,я- ) - (fn -Ј-Г отсюда

ry

fpes - ffl fn .(5)

Уравнение (5) определяет значение fpea через значения fn и fn.

Подставим в первое уравнение системы (3) значение рез (т.е. значение I при ) и f2pes в формуле (5). Тогда получим:

К -

(Ri R1 + R,.) Н( « - п)2(Ri -R +RH)

(0)

Отсюда следует (Ri + R1 +RH)2

L2 (г„ - fn)2 . (7)

1 -К

Выражение (7) описывает функциональную зависимость между значениями R1 и значениями fn и fn.

Таким образом, можно по измерениям информативных параметров f л и f п с учетом зависимостей (5) и (7) определять свойства обьектов измерения.

Формула изобретения

Устройство для комплексного измерения свойств материалов, содержащее последовательно соединенные генератор треугольного напряжения, измерительный генератор высокой частоты, чувствительный элемент, блок детектирования и изм ритель частоты, отличающееся тем. что, с целью повышения точности и достоверности измерения, в него дополнительно введены пиковый детектор, компаратор, генератор импульсов запуска и генератор импульсов остановки, генератор импульсов сброса, формирователь выходного высокочастотного сигнала, при этом выход генера0 тора импульсов остановки связан с входом генератора импульсов сброса, первым входом формирователя выходного высокочастотного сигнала и первым входом генератора треугольного напряжения, вы5 ход блока детектирования связан с первым входом компаратора и первым входом пикового детектора, выход пикового детектора связан с вторым входом компаратора, выход компаратора связан с входом генерато0 ра импульсов запуска и входом генератора импульсов остановки, выход генератора импульсов запуска связан с первым входом измерителя частоты, второй вход формирователя выходного высокочастотного сигна5 ла связан с выходом измерительного генератора высокой частоты, выход формирователя выходного высокочастотного сиг нала связан с вторым входом измерителя частоты, выход генератора импульсов сбро0 са связан с вторым входом генератора треугольного напряжения и вторым входом пикового детектора

01/8.1

Редактор С.Патрушева

Заказ 2835