Способ определения частотной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости Советский патент 1992 года по МПК G01N27/22 G01R27/26 

Изобретение относится к способам контроля непроводящих материалов и может быть использовано для решения широкого класса задач различных областей техники.

Известен способ определения мнимой составляющей комплексной диэлектрической проницаемости, заключающийся втом. что к емкостному датчику с исследуемым материалом прикладывают скачкообразно меняющееся напряжение, измеряют величину поляризационного тока как функцию времени и определяют искомую величину (коэффициент диэлектрических потерь} по результатам измерений 1.

Недостатком способа является низкая точность вследствие приближенной аппроксимации преобразования Фурье и ограниченные возможности, т е. определения

только мнимой составляющей комплексной диэлектрической проницаемости

Наиболее близким по технической сущности является способ определен я обеих составляющих комплексной диэлектрической проницаемости, заключающийся втом что исследуемую пробу помещают в емкостную измерительную ячейку подают на электроды скачкообразно-меняюиееся напряжение интегрируют поляризационный ток и через равные интервалы логарифмического масштаба времени вычисляют дискретные значения составляющих 2

Недостаток способа заключается в том что моменты измерения по временному интервалу фиксированы и равномерно распределены в рабочем интервале Это приводит к недостаточному астотному разрешению способа.

4 J

О 00 vl 00

Цель изобретения - повышение частотного разрешения измерения.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором приведена блок-схема устройства, реализующего способ определения частотной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости.

Способ реализуется в следующей по- цледовательности операций.

а Исследуемую пробу материала поме- и|ают в емкостную измерительную ячейку. Подают на электроды скачкообразноменя- ющееся напряжение, интегрируют поляризационный ток. Регистрируют динамическую величину измерения поляризационного заряда во времени и определяют значения временных интервалов, соответствующих равным приращениям величины поляризационного заряда, причем последнее измерение по времени должно превышать период, соответствующий минимальной частоте диапазона измерения. Расчитывают комплексную диэлектрическую

проницаемость к (&;)Ј (ft))- jЈ по формуле

е(а) Ј00+ Aq

г - 1

2 х

х

О) Со k О

sin wt k + 1 - sin a)tk tk + 1 -tk

. ( cos w t k + 1 - cos w tk .,

J t k + 1 - Tk

где Ј (w) - действительная часть диэлектрической проницаемости;

/ /

j e (со) - мнимая часть диэлектрической проницаемости;

k 1,2f - индекс дискретизации поляризационного заряда;

Aq - приращение (шаг дискретизации) поляризационного заряда на единицу напряжения (задаваемая величина);

tk - значение времени, соответствующее k-шагу дискретизации;

f - последнее время измерения;

Со - геометрическая емкость измерительной ячейки;

(О- круговая частота:

/

Ј оо - высококачественное значение е (а). Способ реализуется устройством, изображенным на чертеже. Устройство содержит генератор 1 импульсного напряжения, измерительную емкостную ячейку (ИЕЯ) 2, интегрирующий конденсатор 3, аналого- цифровой преобразователь (АЦП) с регистратором 4, устройство 5 сопряжения, магистраль ЭВМ 6. процессор 7, таймер 8,

оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 9, дисплей 10 и принтер 11.

Устройство работает следующим образом.

5Исследуемый материал помещают в

ИЕЯ 2. При запуске начала измерения синхронно включается генератор 1 и таймер 8. Ток поляризации материала интегрируется конденсатором 3, напряжение на котором

10 пропорционально поляризационному заряду. Это напряжение АЦП 4 преобразуется в двоичной код в виде наличия или отсутствия сигнала на соответствующих выводах его выходного регистра. При измерении сигна15 ла в одном из разрядов этого регистра (выбором разряда задается величина приращения заряда) устройство 5 через магистраль б посылает сигнальный импульс в процессор 7, выдает команду записи теку20 щего показания счетчика таймера 8 в ОЗУ 9 по адресу, соответствующему номеру измерения. По мере накопления данных процессор 7 выполняет преобразвоание данных по заложенному алгоритму.

25 Формула изобретения

Способ определения частотной зависимости комплексной .диэлектрической проницаемости материала, заключающийся в том, что исследуемую пробу помещают в

30 емкостную измерительную ячейку, подают на электроды скачкообразно меняющееся напряжение и интегрируют поляризационный ток, отличающийся тем, что, с целью повышения частотного разрешения,

35 регистрируют динамическую величину изменения поляризационного заряда во времени, определяют значение временных интервалов, соответствующих равным приращениям величины поляризационного

40 заряда, и рассчитывают комплексную диэлектрическую проницаемость Ј(w)no формуле

Ј(to)Ј(ft)-jЈ ( W )

Aq fv1 L x

Ј00+ x

Ш Co k 0

sin wtk -H - sinwtk

tk + 1 - tk

. , COStytt/ -f 1 -COS WHk ,

J(-FTTT- -1 где к (ш) - действительная часть диэлект- рической проницаемости;

j Ј (w) - мнимая часть диэлектрической проницаемость;

k 1,2f - индекс дискретизации поляризационного заряда;

Aq - приращение (шаг дискретизации) поляризационного заряда на единицу напряжения (зарянная величина);

f - номер последнего измерения времени.

Со - геометрическая емкость измерительной ячейки;

ti -значение времени, соответствующе- 5ш- кругловая частота;

го k-го шагу дискретизации;Ј «, - высококачественное значение е ( ш ),

17708786

f - номер последнего измерения времени.

Со - геометрическая емкость измерительной ячейки;

Изобретение относится к способам исследования электрофизических характеристик твердых диэлектриков и может быть использовано для неразрушающего контроля непроводящих материалов, например полимеров и их композитов в приборостроении и машиностроении. Целью изобретения является повышение частотного разрешения способа. Для реализации этой цели исследуемую пробу помещают в емкостную измерительную ячейку Подают на электроды скачкообразно меняющееся напряжение, интегрируют поляризационный ток, регистрируют динамическую реличину изменения поляризационного заряда во времени. По реализации определяют значения временных интервалов, соответствующих равным приращениям величины поляризационного заряда По результатам совместных измерений приращения заряда и времени расчитывают комплексную диэлектрическую проницаемость 1 ил со С