Бесконтактный импедансный датчик Советский патент 1978 года по МПК G08C9/04 

(54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ИМПЕДАНСНЫЙ ДАТЧИК

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для определения наличия твердых, сыпучих или жидких веществ в емкостях, трубопроводах, желобах, на конвейерных лентах, местах перегруза и т. д., измерения параметров веществ по их диэлектрическим свойствам, а также для контроля положения деталей и узлов машин и механизмов.

Известны высокочастотные автогенераторные датчики И-40, Е-13, применяемые для контроля границ полезного ископаемого на стенках выработок, а также для измерения электрических свойств пород в полевых условиях 1.

Однако недостаточная чувствительность и малая разрешающая способность не позволяет этим датчикам обнаруживать наличие материалов с малыми электрическими проводимостями.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее экран с вырезом, расположенный перед транзисторным автогенератором сверхвысоких частот СВЧ с колебательной системой, выполненной в виде цилиндрического стержня с диском, свободно расположенным перпендикулярно оси стержня, усилитель и источник.питания 2 В этом устройстве о наличии вещества или положении механизмов машин судят по изменению потребляемого автогенератором тока от источника.

Невысокая стабильность основных параметров при изменении окружающих условий, а также недостаточная чувствительность и разрешающая способность не позволяет контролировать наличие материалов, имеющих малую электрическую проводимость (например, калийная руда, каменная соль, некоторые взрывчатые материалы и т. д.).

Невысокая чувствительность этого устройства объясняется тем, что полезный сигнал, представляющий собой приращение потребляемого автогенератором тока, при наличии веществ с малой электрической проводимостью по величине меньше его температурных изменений. Термостабилизация режима СВЧ автогенератора устройства по потребляемому току терморезисторами затруднительна из-за большого разброса параметров СВЧ транзисторов, термостабилизация введением отрицательной обратной связи по постоянному току резко ухудшает чувствительность.

Целью изобретения является увеличение чувствительности и стабильности устройства при

определении наличия и измерения электричесKiix ;(:цecтв С МаЛОй проводимостью посро :: По--) :-ч.ех;а инф()р лаиионного сигнала по .iipeMuHHGn о; .с гавляюи1,ей. Дос1 ifratTCH уто тем, что з бесконтактном и ;ледаясном датчике, содержащем экран с выРгзом, распо.1ожепн1 й перед транзисторным ав1огенератором СВЧ с колебательной системой, у/,ч;литель и 1итания, в схему авто -онератора чувствительного элемента дополнительно введены цепочка резистор-стабилитрон, подключенная, соответственно, между эмиттером и базой транзистора автогенератора, причем, общий вывод их присоединен к источнику питания и СВЧ-диод, один вывод которого соединсп с экраном чувствительного элемента, а другой через емкость - с коллектором транзистора автогенератора. На чертеже приведена структурная схема устройства. Предлагаемый датчик состоит из чувствительного элемента 1, усилителя 2 и измерительгкло прибора 3. Чувсгвительный элемент выполнен на транзисторе 4 и представляет собой одноконтурный СВЧ автогенератор с открытой колебательной системой. Колебательная система включает в себя отрезок длинной линии 5 (коаксиальной, двухпроводной, полосковой и т. д.), подстроечную емкость 6, емкость р-п перехода СВЧ-диода 7, емкость 8 коллекторного перехода транзистора 4. Резистор 9 и стабилитрон 10 стабилизируют ток коллектора транзистора 4. Резистор 11 обеспечивает минимальный ток стабилизации стабилитрона 10. Проходные емкости 12, 13, 14 и дроссели 15, 16, 17, 18 препятствуют прохож,дению переменно составляющей в цень питания. СВЧ-диод 7 обеспечивает положительную обратную связь по полезному сигналу. Сигнал, несущий информацию о наличии или свойствах вещества, можно снимать с колебательного контура через СВЧ-диод 19 посредством емкостьой, индуктр.вной или кондуктивной связи или с целью упрощения схемы с СВЧ-диода 7. При попадании контролируемого материала Б зону облучения чувствительного элемента 1 yMenbnjaKvrcs импеданс и амплитуда переменной составляюихей напряжения открытой колебательной системы СВЧ автогенератора. Уменьшение напряжении приводит к росту импеданса СВЧ-диода 7, вызывающее уменьишние связи колебательной системы с транзистором 4 автогенератора, что в свою очередь дополнительно уменьшает амплитуду напряжения в колебательной системе, т. е. образуется положительная обратная связь но гюлезному сигналу, повышающая чувствительность датчика. Мзмонение ьеличины напряжения в колебатель ой системе автог.нератора количественно характеризует электрические свойства контролир)емого материала. Однако наличие СВЧдиода 7 .чсдсчтцточно Д-ля повьнпения чувствительности устройства, так как при облучении материала полем СВЧ чувствительного элемента I, одновременно с уменьшением импеданса колебательной системы, увеличивается потребляемый автогенератором ток. В результате этого увеличивается амплитуда СВЧ сигнала в колебательной системе, т. е. образуется отрицательная обратная связь по полезному сигналу, способствующая уменьшению чувствительности. Исключение отрицательной обратной связи по полезному сигналу достигается стабилизацией потребляемого автогенератором тока (резистор 9, стабилитрон 10). Использование переменной составляющей напряжения в колебательной системе в качестве информационного параметра позволило стабилизировать потребляемый автогенератором ток и тем самым повысить стабильность основных характеристик с одновременным повыщением чувствительности. Введение в схему чувствительного элемента устройства СВЧ-диода и цепочки резистор-стабилитрон выгодноотличает предлагаемое устройство от прототипа, так как повыщение чувствительности и стабильности его расширяет область применения таких устройств и позволяет решить ряд вопросов при автоматизации технологических процессов по переработке веществ и минерального сырья, имеющих малую электрическую проводимость. Формула изобретения Бесконтактный импедансный датчи.к, содержащий чувствительный элемент, включающий экран с вырезом, расположенный перед транзисторным автогенератором сверхвысоких частот (СВЧ) с колебательной системой, усилитель и источник питания, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и стабильности устройства при определении наличия и измерения электрических свойств веществ с малой проводимостью посредством съема информационного сигнала по переменной составляющей, в схему автогенератора чувствительного элемента устройства дополнительно введены цепочка резистор-стабилитрон, подключенная, соответственно, между эмиттером и базой транзистора автогенератора, причем общий вывод их подключен к источнику питания, и СВЧ-диод, один вывод которого соединен с экраном чувствительного элемента, а другой через емкость с коллектором транзистора автогенератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Арщ Э. И., Высокочастотный автогенераторный контроль в горном деле, М., «Недра, 1971, с. 106-113. 2.Авторское свидетельство СССР № 353255, кл. G 08 с 9/04.