УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ И ДРУГИХ МАТЕРИАЛОВ Советский патент 1970 года по МПК G01N27/12 

Изобретение относится к технике измерения и регулирования влажности почвы и других твердых или сыпучих тел.

Для измерения и регулирования влажности большого класса веществ типа бетона, кирпичной кладки, почвы, пищевых продуктов, пластмасс и порошков находят применение влагомеры СВЧ, основанные на измерении параметров радиосигнала сантиметрового диапазона, ослабленного или отраженного образцом исследуемого влажного материала. Так как диэлектрические свойства вещества очень сильно зависят от его влажности, то такие параметры, как коэффициент ноглощения, коэффициент отражения и фаза отраженного и прощедщего через образец сигнала будут онределяться в основном влажностью образца. На измерении какого-либо из перечисленны.х параметров СВЧ-сигнала основан ряд влагомеров. По сравнению с другими влагомеры СВЧ обладают рядом преимуществ: быстрота, дистанционность и точность измерения, слабая зависимость от концентрации солей в образце, безопасность в обращении.

Обычно используется комненсационный метод измерения коэффициента поглощения, когда изменения сигнала для разных степеней влажности образца компенсируются с помощью калиброванного аттенюатора (ослабителя СВЧ-сигнала), а нриемное устройство и индикатор на его выходе используются лишь как нуль-орган. Методика измерений при этом проста: при отсутствии образца между антеннами, (либо помещая туда высушенный образец или пустую тару) вводится большое затухание на аттенюаторе, включенном обычно после приемной антенны, и отмечаются показания на индикаторе выхода прнемника и на шкале аттенюатора. Затем во влагомер помешают

влажный образец и добиваются нрежннх показаний на выходе приемника, уменьшая ослабление аттенюатора. Коэффициент ноглощения при этом будет равен разности показаний по шкале аттенюатора. Употребляемые во все.х

влагомерах аттенюаторы имеют калиброванную в логарифмическом масштабе шкалу, нозволяющую измерять таким методом с большой точностью коэффициенты поглощения до 90 дб (109 раз), что вполне достаточно для больнщнства случаев.

Однако при таком способе измерения встречаются больщие трудности для автоматизации процесса из-за конструкции применяемых аттенюаторов, нерестраиваемых с помощью механического перемещения в волноводе ноглощающего элемента. Механизм аттенюатора обычно приводится в действие при вращении оси, на этой же оси помещается щкала градуиИз-за наличия электродвигателя, редуктора или других движущихся деталей быстродействие и точиость иодобных систем ограничеиы, что затрудияет их использоваиие при измерении влажности движущихся объектов, наиример, сынучих веи1еств на коивейериой ленте. Кроме того, такие системы сложиы в изготовлении, регулировании и эксилуатации.

В предлагаемом влагомере за счет применения дополиительпого унравляемого аттеиюатора иолиостыо исключаются все движущиеся детали, за счет чего быстродействие схемы может быть на несколько норядков выше, чем у электрсмехаинческой. Точность такой системы также выще за счет устранения ошибки отработки угла иоворота оси аттенюатора.

Аттенюатор нитается от генератора пилообрааиого иапряжеиия, иодключенного в то же время к схеме совпадений, второй вход которой подключен к мостовой схеме через пороговое устройство, срабатывающее при достиженпп напряжения на выходе уиравляемого аттенюатора до заданной величгщы.

Схема нредлагаемого влагомера дана на фиг. 1; на фиг. 2 ириведеиы формы наиряжеиия на выходе отдельиых частей схемы, поясняющпе работу устройслва. Передатчпк сантиметрового диапазона /, модулируемый по мощности ннзкочастотным модулятором 2, облучает с помощью передающей антенны 3 образец влажного материала 4. Прощедший через массу образца сигнал улавливается ирнемной антенной 5 н через ферритовый магнитный аттенюатор 6 поступает иа крнсталлнческий детектор 7. Выделенный детектором инзкочастотный сигнал поступает в одпо из нлеч мостовой нагрузки 8. В другое нлечо моста ноступает сигнал со второго детектора Я включенного в дополннтельный волноводиый канал, ответвляющийся от передатчика. С помощью аттепюатора 10 при отсутствии образца между антеннами влагомера во второй диагонали моста, соединенной со входом усилителя, устаиавливается нулевой уровень сигиала. Для иидикации иуля иснользуется выходной ирибор влагомера. Проведение этой оиерации один раз иосле включения прибора исключает ошибку от ухода мощности иередатчика, так как на усилитель иодается разиостиое напряжение спгиалов, ирошедщнх по двум путям от передатчика и пропорционально изменяющихся ири нзмеиении его мощности. Периодическое нроведеиие этой оиерации в ироцессе залмеров исключает также нестабильности всего остальиого тракта вилоть до выходного индикатора. Генератор 11 вырабатывает иилообразный токовый сигнал, нитающий обмотку ферритового магнитного аттенюатора. Для иерестройки аттенюатора в диапазоне от 2 до 40 дб достаточно изменения тока нилы в пределах 1-3 а. Модулированиый в таких пределах сигиал иостуиает на вход

усилителя 12. Усиленный поступает на вход порогового устройства 13, срабатывающего при достижении сигиалом задаиного уровня. В качестве иорогового устройства могут быть иримеиены триггер Шмидта, запускаЕОщ.нй своим нередним фроитом ждущий мультивибратор. Ждущий мультивибратор формирует импульс, который открывает в момент достижеиня сигналом заданного уровня каскад совпадений 14 (ключ), на второй вход которого непрерывпо поступает модулирующая пнла. Прн этом амплитуда имиульса на выходе каскада совпадений будет проиорциоиальна коэффициеиту иоглощеиия материала или

Елажиости образца, так как время иоявлеиня открывающего ключевую схему имиульса будет определяться поглощепием сигнала в образде, как это вндно из днаграмм фнг. 2. На первой диаграмме изображена энюра напряжеиия иа выходе усилителя. Здесь иоказаи снгиа. без заполнсЕИШ частотой модулятора, т. е. на выходе усилителя должен быть иредусмотреи детекторный каскад. При изменении влажности образца снгиал, как это ноказаио

на эиюре 1, будет неремещаться ио вертикали и иоложение имиульса на выходе порогового устройства 13 будет меняться (эпюра 2). На эпюре 3 показап сигнал иилы, постухающпй па второй вход каскада совиадеппй 14.

Результирующий сигнал, иолученный на выходе каскада совиадеиий, показап па эпюре 4. Сглажеииый после иикового детектора 15 сигнал нриведен на эпюре 5. В таком виде он может быть подап па стрелочиый индикатор,

самоинсец или на исиолиительиое устройство 16. В случае необходимости сигиал может быть усилен с иомоиц ю усилителя постояиного тока.

Предмет изобретения

Устройство для измерения влажности ночвы и других материалов, содержащее геиератор

сверхвысокочастотных колебаний, приемную п передающую панравленные антенны, дополпительиый прямой канал с аттенюатором, детекторные секции, включеппые по мостовой схеме с выходом иа индикатор или регистрирующий ирибор, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, между нриемной аитеииой и одной из детекторных секций установлен дополнительный управляемый аттеиюатор, выполненный, иаирнмер, на

ферритовых элемеитах, нитающийся от геиератора пплообразпого нанряжеиия, подключеииого в то же время к схеме совпадений, второй вход которой иодключен к выходу мостовой схемы детекторных секций через иороговое устройство, срабатывающее в момеит достижения наиряжения на выходе уиравляемого аттенюатора до заданной величины.