СВЧ-ТОЛЩИНОМЕР Советский патент 2006 года по МПК G01B15/00 G01N22/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения толщины диэлектрических сред и изделий с использованием радиоволновых методов.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные сверхвысокочастотный генератор, блок обработки сигнала и приемно-передающую антенну, при этом другой вход сверхвысокочастотного генератора подключен к входу индикатора.

Работа такого устройства основана на применении метода переменной частоты при отражении. Зависимость результирующего сигнала при перестройке сверхвысокочастотного генератора будет осциллирующей, и значение искомой толщины находится как

где G - период осцилляций;

N - число периодов (пиков);

ε - диэлектрическая проницаемость контролируемой среды;

f₂ и f₁ - крайние значения частот при перестройке;

С - скорость света.

Однако в известном устройстве необходимо априорно знать значение ε, что не всегда возможно. Изменение ε по поверхности образца приводит к погрешности измерения толщины, а измерение толщины диэлектрического материала с неизвестной практически вообще невозможно.

Цель изобретения - исключение влияния диэлектрических параметров материала на результат измерения. Для этого в известное устройство для измерения толщины диэлектрических изделий, содержащее последовательно соединенные сверхвысокочастотный генератор, блок обработки сигнала и приемно-передающую антенну, при этом другой вход сверхвысокочастотного генератора подключен ко входу индикатора, введен направленный ответвитель, выход которого через детекторную секцию подключен к одному из входов операционного усилителя, другой вход которого соединен с первым через емкость, а выход подключен к другому входу индикатора.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения толщины диэлектрических изделий содержит сверхвысокочастотный генератор 1, блок обработки сигнала 2, приемно-передающую антенну 3, индикатор 4, направленный ответвитель 5, детекторную секцию 6, операционный усилитель 7 и емкость 8.

Устройство работает следующим образом.

Электромагнитное излучение СВЧ диапазона от электрически перестраиваемого сверхвысокочастотного генератора 1 в пределах от λ₁ до λ₂ с выбранной частотой модуляции F направляется через блок обработки сигнала 2 и направленный ответвитель 5 в приемно-передающую антенну 3 для взаимодействия с объектом контроля 9. Отраженный от объекта контроля 9 сигнал поступает через приемно-передающую антенну 3 в направленный ответвитель 5 и блок обработки сигнала 2. На выходе блока обработки сигнала образуется результирующий сигнал биений, поступающий на вход индикатора 4. На выходе детекторной секции 6 после направленного ответвителя 5 образуется результирующий сигнал, отраженный от передней границы объекта контроля 9. Уровень сигнала, отраженного от передней границы объекта контроля 9, пропорционален ε материала, из которого изготовлен объект контроля 9. Для выделения этого сигнала в чистом виде введен операционный усилитель 7, на один вход которого подается весь сигнал с детекторной секции 6, а на другой вход через разделительную емкость 8 подается только переменная составляющая сигнала с детекторной секции 6, которая вычитается из результирующего сигнала. На выходе операционного усилителя 7 образуется постоянный потенциал пропорциональный ε, который подается на блок индикации и регулирует длительность периода осцилляции обратно пропорционально .

Авторам не известны технические решения, имеющие свойства, совпадающие со свойствами заявляемого технического решения, а также признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа. Поэтому они считают, что заявляемое техническое решение обладает существенными отличиями, позволяющими исключить влияние диэлектрических параметров материала на результат измерения его толщины.

Испытания макета устройства для измерения толщины диэлектрических изделий показали, что при изменении ε материалов от 1,2 до 25 ошибка измерения толщины составляла не более 3%, в то время как при измерении толщины тем же макетом с отключенным выходом операционного усилителя 7 от блока индикации 9 разброс показаний достигал ±250% при выбранном среднем значении ε=12. Для материалов с известным средним значением ε ошибка измерения толщины от образца к образцу и в пределах одного образца достигала, с подключенным выходом операционного усилителя 7 к блоку индикации 4, не более 1,5%, а при отключенном выходе операционного усилителя 7 от блока индикации 4, до 10%.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения толщины диэлектрических сред и изделий с использованием радиоволновых методов. Сущность: СВЧ-толщиномер содержит приемо-передатчик эхо-сигналов и индикатор сигнала биений, связанный с его выходом. Кроме того, он снабжен связанным с приемопередающей антенной корректором результата измерений по диэлектрической проницаемости. При этом корректор выполнен в виде детекторной секции и соединен с ней одним входом непосредственно, а другим - через емкость операционного усилителя. Выход корректора подключен к корректирующему входу индикатора сигнала биений. Технический результат: повышение точности измерения диэлектриков. 1 ил.

СВЧ-толщиномер, содержащий приемо-передатчик эхо-сигналов и связанный с его выходом индикатор сигнала биений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения диэлектриков, он снабжен связанным с приемо-передающей антенной, выполненным в виде детекторной секции и соединенного с ней одним входом непосредственно, а другим - через емкость операционного усилителя, корректором результата измерений по диэлектрической проницаемости, выход которого подключен к корректирующему входу индикатора сигнала биений.