Способ изменения физических параметров объекта Советский патент 1992 года по МПК G01N22/00 

СП

с

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного и контактного измерения различных физических параметров объектов. Цель изобретения - повышение чувствительности. Способ измерения физических параметров объекта заключается в возбуждении колебаний в резонаторе, воздействии на исследуемый объект бегущими волнами, полученными путем ответвления из резонатора, и после взаимодействия с исследуемым объектов вновь подаче ее в резонатор, измерении характеристик резонатора, по которым определяют физические параметры объекта. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного и контактного измерения различных физических параметров объектов.

Известны способы измерения физических параметров объекта, заключающееся в возбуждении стоячих волн в волноводных резонаторах, воздействии ими на объект и измерении характеристик этих резонаторов.

Однако такие способы характеризуются невысокой точностью измерения ввиду неравномерного распределения поля стоячей волны вдоль резонатора.

Известен также способ измерения, заключающийся в воздействии на контролируемый объект однонаправленными бегущими волнами в кольцевом волноводном резонаторе. Однако данный способ имеет ограниченную область применения и невысокую чувствительность.

Цель изобретения - повышение чувствительности.

На фиг. 1 приведена схема взаимодействия волн с объектом; на фиг. 2 - схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Способ осуществляется следующим образом.

Контролируемый объект 1 (фиг. зондируют раздельно по меньшей мере одной из встречных бегущих волн в резонаторе 2, образованном отрезком волновода. Интерференция встречных волн в резонаторе приводит к образованию в нем стоячей волны. Для осуществления взаимодействия волн с объектов хотя бы одну из встречных бегущих волн выводят из волноводного резонатора и вновь вводят ее в резонатор по завершении взаимодействия с объектом. Это возможно п роизвести следующим образом: путем выведения одной из волн из исходного резонатора, обеспечения ее

XI

О CJ

со

взаимодействия с объектом и введения вновь в данный резонатор по завершении этого взаимодействия (фиг. 1, а, б); путем выведения обеих встречных волн из исходного резонатора, обеспечения их раздельного взаимодействия с объектом и введения вновь в данный резонатор (фиг. 1, в); при взаимодействии с объектом одной из встречных волн в исходном резонаторе, выведении другой волны из этого резонатора и введении ее вновь в резонатор по траектории, минующей область взаимодействия с объектом (фиг. 1, г).

Применяя схемные элементы, можно управлять поведением каждой из встречных волн. В частности, можно направить обе изначально встречные бегущие волны в резонаторе в одну сторону при их раздельном взаимодействии с контролируемым объектом.

Описанные схемы взаимодействия волн в волноводном резонаторе с объектом обеспечивают расширение области применения за счет возможности проведения бесконтактных (дистанционных) измерений, повышение чувствительности за счет возможности многократных зондирований объекта как одной бегущей волной, так и обеими бегущими волнами раздельно. Варьируя параметры схем и выбирая информативный параметр, можно оптимизировать схемные решения с учетом специфики решаемой задачи, требуемой чувствительности. В частности, в качестве информативного параметра может быть выбрана собственная (резонансная) частота колебаний резонатора.

На фиг. 2 а приведена схема устройства, соответствующая схеме взаимодействия волн с объектом на фиг. 1 а. Здесь контролируемый диэлектрический объект 1 (в том числе с диэлектрическими потерями) зондируют бегущими электромагнитными волнами, возбужденными в волноводном резонаторе 2. Для обеспечения такого зондирования предназначены трехплечие цир- куляторы 3, включенные в разрывы вдоль длины резонатора 2. Один из них (слева) предназначен для вывода одной из волн из резонатора 2, а другой (справа) - для ввода этой волны вновь в резонатор 2 после взаимодействия данной волны с объектом 1. Взаимодействие волны с объектом осуществляют с применением чувствительных элементов 4 - в данном случае излучающей (слева) и приемной (справа) антенн. Фактически резонатор 2 образован здесь всей со- вокупностью упомянутых элементов - резонатора 2 на его основном участке, цир- куляторов 3, участков распространения бегущей волны с чувствительными элементами 4. Для возбуждения электромагнитных колебаний в резонаторе 2 к нему подключен генератор 5 электромагнитных колебаний, а для измерений какой-либо колебательной характеристики резонатора, в частности его собственной (резонансной) частоты, служит блок 6.

Схема устройства, соответствующая схеме взаимодействия волн с объектом на фиг. 1 б, приведена на фиг. 2 б. Здесь осуществляют зондирование отражающего (хотя бы частично) волны объекта 1. В состав

схемы входит резонатор 2, содержащий вдоль его длины один трехплечий циркуля- тор 3 с подсоединенным к одному из его плеч чувствительным элементом 4 - приемопередающей антенной. Измерения могут

быть как бесконтактными (фиг. 2 б) так и контактными, осуществляемыми с применением различных других чувствительных эле- ментов, определяемых спецификой решаемой задачи, например, волновода.

На фиг. 2 приведена схема устройства,

соответствующая схеме взаимодействия на фиг, 1 в. Здесь объект 1 зондируют раздельно обеими встречными волнами в резонаторе 2. Как показано, зондирование

осуществляют с применением чувствительных элементов 4 - двух пар излучающей и соответствующей ей приемной антенн. Могут быть в такой схеме применены и другие типы чувствительных элементов. Направление распространения волн показано стрелками. Объект 1 может являться диэлектриком (в том числе и несовершенным диэлектриком). Для обеспечения раздельного взаимодействия бегущих волн с

объектом служат два циркулятора 3.

Принципиально реализуемы и другие схемы взаимодействия, характеризуемые направлением раздельно зондирующих объект волн, полным (с применением циркуляторов) или частичным (с применением направленных ответвителей) выведением из исходного резонатора мощности волн и др. Реализацию способа можно осуществи- ить с использованием различных диапазонов электромагнитных волн, в том числе ВЧ- и СВЧ-диапазонов, а также оптического диапазона. Принципиально возможна его реализация и с применением акустических волн.

Формула изобретения

Способ измерения физических параметров объекта, заключающийся в возбуждении колебаний в резонаторе,воздействии на исследуемый объект бегущими волнами и измерении характеристик резонатора, по

которым определяют физические параметры объекта, отличающийся тем, чго, с целью повышения чувствительности, по крайней мере одну из бегущих волн получаа

2

Л

Х

fWS

г

ют путем ответвления из резонатора, образованного отрезком волновода, и после взаимодействия с исследуемым объектом вновь подают ее в резонатор.

/

Фиг /