ЗАКЛАДНОЙ ДАТЧИК ДЛЯ МНОГОКРАТНЫХ ЛОКАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ВЛАЖНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ БЕЗ ИХ РАЗРУШЕНИЯ Советский патент 1968 года по МПК G01N27/22 

У известных закладных датчиков, содержащих измерительный конденсатор, емкость которого пропорциональна влажности конструкции, результаты измерения зависят от емкости соединительных проводов.

Предлагаемый датчик отличается от известных тем, что измерительный конденсатор смонтирован совместно с питаемым извне напряжением высокой частоты пассивным элементом, выполненным в виде демодулятора и последовательной LC-цепи, емкость которой составлена из конденсатора переменной емкости и измерительного конденсатора, зашунтированного резистором и служащим для преобразования емкости измерительного конденсатора в пульсирующее напряжение путем демодуляции разности высокочастотных напряжений на всей LC-цепи и на индуктивности, что исключает влияние емкости проводов на результаты измерения.

С целью дистанционного изменения конденсатор переменной емкости может быть выполнен в виде элемента с зависящей от подводимого извне напряжения емкостью (варикапа) с параллельно измерительному конденсатору подключенным управляемым извне полупроводниковым диодом, работающим в ключевом режиме.

Измерительный конденсатор может быть расположен на наружной части корпуса, в котором размещен пассивный элемент, что обеспечивает надежное прилегание датчика к локальной зоне конструкции.

На фиг. 1 показана принципиальная схема двухполюсника; на фиг. 2 - электрическая схема двухполюсника с емкостным датчиком; на фиг. 3 - полная схема закладного датчика влажности. (1 - собственно датчик, 2 - кабель).

В основу принципиальной схемы закладного датчика положен способ измерения емкости конденсатора с большими диэлектрическими потерями.

Сущность этого способа состоит в том, что в двухполюснике при напряжение на индуктивности равно напряжению на двухполюснике в целом, т.е. U₁=U.

В этом случае модуль полного сопротивления двухполюсника не зависит от величины сопротивления R, включенного параллельно конденсатору С. Действительно,

при условии , получим

После элементарных преобразований, получим

Независимость модуля Z от R дает возможность измерять истинную емкость С датчика при переменных диэлектрических потерях, что позволяет также устранить влияния проводимости материалов, имеющих переменный солевой состав.

Принцип действия закладного датчика состоит в следующем.

К двухполюснику L₁C_ДR₁ подведено напряжение высокой частоты порядка 30 Мгц (такая частота выбрана из условия уменьшения влияния диэлектрических потерь). Параллельно измерительному конденсатору-датчику С_Д включены последовательно соединенные конденсатор C₁ с варикапом Д₁ и диод Д₂. Варикап дает возможность дистанционно изменять емкость двухполюсника. Диод Д₂ служит дистанционным бесконтактным ключом. При подаче на него через развязывающее сопротивление R₂ напряжения смещения (обратного напряжения) диод запирается. Это равносильно разомкнутому ключу К (фиг. 2). При отсутствии напряжения смещения диод открыт, что соответствует замкнутому ключу. При поочередном замыкании и размыкании ключа К напряжение на выходе двухполюсника будет скачкообразно меняться от U₁ до U и обратно в такт с частотой переключения ключа. Таким образом, на выходе двухполюсника будет промодулированное напряжение несущей частоты 30 Мгц. Глубина (амплитуда) модуляции определяется разностью (U=U₁). С двухполюсника это промодулированное напряжение подается на демодулятор, состоящий из диодов Д₃ и Д₄, сопротивления R₃ и емкости С₂, конструктивно объединенный с двухполюсником. На выходе демодулятора получается пульсирующее напряжение, амплитуда которого определяется разностью (U=U₁), а частота - частотой переключения диода Д₂. Это напряжение по соединительным проводам подается на чувствительный нуль-индикатор.

Измерения сводятся к дистанционной установке по нуль-индикатору, такого управляющего напряжения на варикапе Д₁, при котором U₁=U. Управляющее напряжение однозначно связано с емкостью варикапа, а так как изменение емкости варикапа соответствует изменению емкости С_Д (с обратным знаком), то значение управляющего напряжения однозначно характеризует емкость измерительного конденсатора или влажность конструкции.

Измерительный конденсатор может быть выполнен методом печатного монтажа на фольгированном стеклотекстолите (или гетинаксе) с электродами, развернутыми на плоскости. Пластина стеклотекстолита является одной из наружных сторон корпуса, в котором расположен пассивный элемент.

Предлагаемый датчик может найти широкое применение при измерении влажностных режимов бетонных плотин, дамб, железнодорожных мостов, причалов и других массивных сооружений с любой необходимой длиной соединительных проводов.

1. Закладной датчик для многократных локальных измерений влажности конструкций без их разрушения, содержащий измерительный конденсатор, емкость которого пропорциональна влажности конструкции, отличающийся тем, что, с целью получения результатов измерения, не зависящих от емкости соединительных проводов, измерительный конденсатор смонтирован совместно с питаемым извне напряжением высокой частоты пассивным элементом, выполненным в виде демодулятора и последовательной LC-цепи, емкость которой составлена из конденсатора переменной емкости и измерительного конденсатора, зашунтированного резистором, и служащим для преобразования емкости измерительного конденсатора в пульсирующее напряжение путем демодуляции разности высокочастотных напряжений на всей LC-цепи и на индуктивности.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью дистанционного изменения параметра LC-цепи, конденсатор переменной емкости выполнен в виде элемента с зависящей от подводимого извне напряжения емкостью (варикапа), а параллельно измерительному конденсатору подключен управляемый извне полупроводниковый диод, работающий в ключевом режиме.

3. Датчик по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью его надежного прилегания к локальной зоне конструкции, измерительный конденсатор расположен на наружной части корпуса, в котором размещен пассивный элемент.