Сверхвысокочастотное устройство для неразрушающего контроля диэлектрических материалов Советский патент 1980 года по МПК G01N23/24 

Изобретение относится к технике радиоизмерений и может использоваться для неразрушающего контроля физико-механических структурных характер ристик материалов. Известно сверхвысокочастотное уст ройство для неразрушающего контроля диэлектрических материалов, содержащее генератор, соединенный с волноводным разветвителем, в одном плече Которого включен аттенюатор опорного канала, а в другом плече - аттенюатор и фазовращатель измерительного канала, причем выходы обоих каналов соединены через детектор с первым усилителем 1. Однако это устройство не обеспечивает автоматического контроля. Цель изобретения - автоматизация процесса контроля. Для этого в сверхвысокочастотное устройство для неразрушамщего контроля диэлектрических материалов, содержащее генератор, соединенный с волноводным разветвителем, в одном плече которого включен аттенюатор опорного канала, а в другом плече аттенюатор, и фазовращатель измерительного канала, причем выходы обоих каналов соединены через детектор с первым .усилителем, введены последовательно соединенные управляемый фазовращатель опорного канала, схема сравнения, второй усилитель, первый и второй переключатели, функциональный усилитель, преобразователь и индикатор, источник стабилизированного тока, причем управляемый фазовращатель опорного канала вк.пючен между аттенюатором опорного канала и детектором, вйход первого усилителя соединен со вторым входом схемы сравнен.ия, а входы функционального усилителя соединены соответственно с первым переключателем и через второй, переключатель и источником стабилизированного тока. Hia чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого сверхвысокочастотного устройства. Сверхвысокочастотное устройство, для не разрушающе го контроля ди-5лектрических материалов содержи.т генератор 1, соединенный с волноводным разветви.телем 2, в одном плече которого включен аттенюатор 3 и фазовращатель 4 опорного канала 5,а в другом плече - аттенюатор 6 и фазовращатель

измерительно1о канала 8, причем выходы каналов 5 и 8 соединены через .детектор 9 с усилителем ib, схе.му сравнения 11, подключенную к управляющему входу фазовращателя 4, усилитель 12, переключатели 13 и 147 -с функциональный усилитель 15, преобразователь 1бИ индикатор 17, источник 18 с.табилизйрован нЬго тЬка; выхЪд усилителя 10 соединен с входом . схемы сравнения 11, а входы функцио- п нального усилителя 15 соединены соответственно с переключателем 13 и через переключатель 14 с источником стабилизированного тока 18; опорный каскад 19, подключеннай Етбрюму .входу схемы сравнения, блок питания 20 генератора , блок 21 питания фаз.овргицаТеля 7, циркулятор 22 для подключения приемно-йзлучаюЕцей аногённы 23 в измерительном канале 8, расположенный перед приемно-излучающёй 20 антенной 23 контролируемый диэлектрический материал 24, волноводный раз ветвитедь 25.

Устройство работает следующим образом.25

СВЧ колебания, выработанные генератором 1 поступают на волноводный развётвитель (тройник) 2, где поступив шая Мощность разделяется на два канала - опорный 5 и измерительный 8. JQ ВоЯна, распространяясь по измеритель,ному каналу 8, достигает цйркулятора 22, бткуда она поступает вприем Гй-йГзЛ чающую; антенну 23 и излучается в свободное пространство. Отра- jj зившись от контролируемого диэлектрического материала 24,. она снова . ШСтуйает в приемно-излучающую антенну 23, достигает циркулятора 22, . проходит через аттенюатор б, управляемый фазовращатель 7 и достигает вол- 40 нойодного разветвителя (тройника) 25, В опорном канале 5 волна с вихбда тройника 2 проходит: через аттецюатор 3, управляемый фазовращатель 4 и достигает тройника 25. Таким образом, 45 к тройнику 25 приходят две волны -. волна из измерительного канала 8. и волна из .опорного канала 5. В результате интерференции двух волн на выходе детектора 9 переменная состав- JQ ляющая сигнала будет определяться разностью фаз опорного 5 ййзмерительного 3 каналов. Фаза опорного канала 5 всегда постоянна, а фаза измерительного канала 8 будет йзме-- , няться в зависимости от свойств контролируемого материала 24 Эту перемен ную состав л я:кхцую можно выразить

В виде-: ,

j А + AB-sin(4o-4u) , 40

где А,В.-Шпййтуда сигналов опорно- го и измерительного, каналов соответственно; Цо- фаза опорного канала; %- фаза измерительного канала. 65

726475

Задача сводится к выделонию разности фаз, T.e. -f„-f, , н ос

.обработке..

Для этой цели производят настройк устройства на нуль. Настройка осуществляется аттенюаторами 6 и 3, которыми выравнивают амплитуды обоих плеч. Выравнивание фаз прйиз;водят путем подачи тока на управляющие катушки фазовращателей 7 и 4. Для фазовращателя 7 измерительно|го канала В подачу тока производят с помощью блока питания 21, а для фазовращателя 4 - в опорном канале 5 путем подачи напряжения от опорного каскада 19 на схему сравнения 11. Момент настройки наблюдают по показанию усилителя 10. Далее производят настройку э31ектрической части устройства .

Настроенный начальный ток фазовращателя 4 опорного канала 5, выделенный в схеме сравнения 11, через усилитель 12 подг.ется на перекл:ючатель 13 и далее через переключатель 14 подается на вход 26- функционального усилителя 15. По индикатору функционального усилителя 15 замечают показания прибора. Затем с помощью переключателя 14 к входу 26 функционального усилителя 15 подкЛйчают источник 18 стабилизированного тока и его ручкой регулировки тока выставляют точно такой же ток, как и ток, поступающий с усилителя 12. После/этого с помощью переключателя 13 подключают усилитель 12 к входу 27 фукнционального усилителя 15.

После проведения вышеуказ анных операций устройство готов о- .к; работе.

. .При контроле диэлектричес.кого материала 24 (сканировании его относительно приемно-излучающёй антен- ны 23) свойства диэлектрического материала 24 от точки к могут изменяться. При изменении свойств диэлектрического материала 4 в какой-либо .точке фаза измерительного канала 8 изменится и, следовательно, произойдёт расстойка устройства. После детектора 9 появится Переменная составляющая, которая после усиления усилителем 10 поступит на вход схем1 1 сравнения11, Так как на второ входе схемы сравнения 11 напряжение остаётся прстояннйм, то через катушку фазовращателя 4 начнет протекать ток, в результате чего фаза опорного канала 5 изменяться. Ток через катушку фазовращателя 4 будет протекать до тех пор, пока переменная составляющая детектора 9 не станет равной пулю. Этот ток рассогласовани протекающий через катушку фазовращателя 4, поступает На усилитель 12 и далее через переключатель 3 на вход 27 функционального усилителя . 5., В фУнкцибна льнрм усилителе 15

на входе 26 имеетсяпостоянйый сигнал от источника стабилизированного тока 18, соответствующий перйоначальной настройке устройства, а на вход 27 все время поступает сигнал рассогласования, Соответствующий Току компенсации. Тогда на выходе функционального усилителя 15 получается сигнал, равный разности-обоих сигналов, т.е.;

оп оп on ,

оп . 1

где ток фазовращателя в опорн&м канале, соответствующий первоначальной настройке устройства ; on ток рассогласования.

Полученная разность токов поступает на преобразователь 16, где преобразуется непосредственно в фазовый .

сдвиг, т.е.

on AJ М.

Полученное значение фазового сдвига служит для определения диэлектрической проницаемости, глубины залегания дефектов, структурных неод норбдностей и т.д. Непрерывное вЬщеление фазового сдвига позволяет производить его измерение при непрерывном контроле и автоматической фиксации его на любое регистрирующее устройство, в том числе на цифропечать/ что значительно упрощает расшифровку полученных данных.

Основным достоинством предлагаемого устройства является то 4fo такая компоновка схемы позволяет повысить на порядок остроту минимума или максимума сигнала, процесс измерений производится в автоматизированном режиме, т.е. практически без участия оператора в процессе измереНИИ, что повышает точность измерений Ь 10-15 раз и исключает субъективность контроля.

Формула изобретения

Сверхвысокочастотное устройство для неразрушающего контроля диэлектрических материалов, содержащее генератор, соединенны.й с волноводным раз0ветвителем, в одном плече которого включен аттенюатор .опорного канала, а в другом пдече - аттенюатор и фазовращатель измерительного канала, причем выходы обоих каналов соедине5ны через детектор с первьм усилителем, отличающееся тем, что, с целью автоматизации процесса контроля, в устройство введены последовательно соединенные управляемый

0 фазовращатель опорного канала, схема сравнения, второй усилитель, первый и второй переключатели, функциональный усилитель, преобразователь и индикатор, источник стабилизиро- . ванного тока, причем управляемый

5 фазовращатель опорного канала вклю- чен между аттенюатором Опорного ка-, нала и детектором, выход первого усилителя соединен со вторым входом схемы сравнения, а входы функциональ0ного усилителя соединены соответственно с первым переключателем и через второй переключатель с источником стабилизированного тока.

5

ИстЬчники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР W 182389, кл. G 01 N 23/24, 1965 (прототип).

0