Устройство для спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов Советский патент 1981 года по МПК G01R27/26 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к технике СВЧ а именно к устройствам оля спектрометрических измерений. Известно устройство для спектрометри ческих измерений диэлектрических параметров материалов, содержащее перестра иваемый по частоте генератор излучения, поляризованный интерферометр с поляр№затором и анализатором излучения и приемник излучения 13. Однако известное устройство для спектрометр1ических измерений диэлектри ческих параметров материалов обладает недостаточной точностью измерений, Целью изобретения является повышение точности измерений. Цель достигается тем, что в устройство для спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов, содержащее перестраиваемый по частоте генератор излучения, поляризованный интерферометр с поляризатором и анализатором излучения и приемник из {yчeния, введен второй приемник излучения, устан вленный на направлении распространения волны, отраженной от анализатора излучения, который снабжен устройством поворота вокруг оси, перпендикулярной его плоскости, а перед каждым приемником излучения- установлено по дополнительному поляризатору излучения с механизмом поворота вокруг оси, перпендикулярной его плоскости. На чертеже приведено предлагаемое устройство. Устройство для спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов, содержащее перестраиваемый по частоте генератор 1 излучения, поляризованный интерферометр 2 с поляризатором 3 и анализатором 4 излучения и приемник, 5 излучения, второй приемник 6 излучения, установленнь1й на направлении распространения волны, отраженной от анализатора 4 излучения, который снабжен устройством поворота 7 вокруг оси, перпендикулярной его плоскости, а перед каждым приемникам 5 и 6 излучения устаноБлено по дополнительному поляризатору 8 излучения с механизмом поворота 9 вокруг оси, перпендикулярной его плоскости, а также образец 1О. Устройство работает следующим обраЗависим,ости 1° , l, 1 и Ij. не являются интерферограммами, а лишь определяют интенсивность волн, прошедших через разные плечи поляризованного интерферометра 2. Величины 1° , 1 , 1 , ±2 можно выразить через функции, определяющие зависимость от частоты излучения мощности генератора 1 излучения А передаточных функций плеч поляризованного интерферометра 2 Р и Рп , чувствительностей приемников 5 и 6 излучения 3 и 5i и коэффициента пропускания обТ I (А + йА) A.P,. (А+ДА)Р2-5 А - определяет временную нестабильность мощности генератора 1 .излучения. Из этих соотношений для коэффициенТ получаем выражение та пропускания :з1 ч Исключительно важным является то обстоятельство, что нестабильность мощности генератора 1 излучения при таком определении Т , как легко видеть, не дает вклада в ошибку измерений. Это обусловлено тем, что величины как и величины D и Зп , регистрируются попарно одновременно. Аналогичным образом, используя два приемника 5 и 6 излучения, можно устранить влияние нестабильности параметров генератора 1 излучения и при записи интерферограмм, В известном устройстве при записи интерферограмм анали затор 4 излучения устанавливается в такое положение, при котором на приемник 5 излучения проходят преобразованные к одной поляризации волны, обоих йпеч поля ризованного интерферометра 2. При преобразовании поляризации часть энергии этих волн отражается от анализатора 4 излучения (обычно это половина мощности). В отраженных волнах поляризации очевидно тоже совпадают, и поэтому волны эффективно интерферируют. Иными словами, вто рой приемник 6 излучения также может регистрировать интерферог рамму. В известном требуется зарегистрировать две интерферограммы, причем они должны быт сдвинуты на полпорядка интерференции. Принципиальным моментом предложенного устройства является то обстоятельство, что приемники как раз и регистрируют две сдвинутые на полпорядка интерферограммы. В самом деле сумма интенсивности волн прошедшей и отраженной от анализатора 4 излучения равняется интенсивности падающей волны, а это значит, что когда интенсивность прошедшей волны минимальна, то интенсивность отраженной волны максимальна и наоборот, т.е. на приемниах 5 и 6 излучения одновременно регистрируются интерферограммы, сдвинутые на полпорядкаг. Обозначим через Ij и 1 сигналы на двух приемниках 5 и 6 излучения, измеренные без образца в измерительном плеIj и 1 с образцом 1О. Суче, а через отличие их от сигналов 1° , шественное .л , J- , -I 2. состоит в том, что, как уже отмечалось, при их регистрации анализатор 4 излучения устанавливается в положение, при котором обеспечивается эффективная интерференция волн, прошедших По разным плечам поляризованного интерферометра 2. Ось максимального пропускания анализатора 4 излучения составляет угол 45° с векторами электрического поля в этих двух волнах. При определении же коэффициента пропускания ось анализатора 4 излучения совпадала с вектором электрического пояя в одной из волн. Если перед приемниками 5 и 6 из-лучения установлены дополнительные поляроиды для обеспечения эффективной развязки сигналов, то при измерениях сигналов 1 и 14. , чтобы избежать дополнительных потерь мощности, их следует поворачивать в положение максимального пропускания (обычно на 45 по отношеникг к их положению при измерении величин 1 , 1 ,1 ) Величины ,, 14, выражаются в виде ., sw ii-fpi x 4oosu4o5 iO a . K{oos4 p/sivi Vpjfsi n adifVu V. Т 5jcosu4o} :3f A. ,T+6in4P2 Sin U 1 XCOS{u% 3 Ali K{cosUp,T4sin dlP -SinU-fp;p TX XCOS(uPo4t/o) где KO - некоторый коэффициент, зависящий от ,ас1- угол наклона проволочек поляризатора 3 излучения. На их основе можно получить следующие формулы, связывающие в явном виде измеряемые величины с фазовым сдвигом, вноси мым образцом о 3a-j4 () ico54-iO.P,,,cosU t где д Чо начальная расстройка поляризо ванного интерферометра 2, определяемая соотноше нием тО -.0 . cosuifoICOs cL ( Используя полученные данные для модуля и фазы коэффициента пропускания образца,можно на основании соответствующи формул рассчитать зависимость от частоты излучения коэффициента и поглощения иссяедуемого образца. Таким образом, предложенное устройство для спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов дает возможность повысить точность измерений. Кроме того, расчет ц и К материала производится на основе аналитиче ских соотношений, не требующих применения приближенных численных методов. На точность измерений не сказывается не-«стабильность мощности генератора из;1уче ния. Использование двух приемников излучения позволяет вдвое сократить время измерений. Все это выгодно отличает предложенное устройство от известного. Формула изобретения Устройство для спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов, содержащее перестраиваемый по частоте генератор излучения, пол1физованный интерферометр с поляризатором и анализатором излучения и приемник излучения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, вве-. ден второй приемник излучения, установленный на направлении распространения волны, отраженной от анализатора излучения, который снабжен устройством поворота вокруг оси, перпендикулярной его плоскости. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что перед каждым приемником излучения установлено по дополнительному поляризатору излучения с механизмом поворота вокруг оси, перпендикулярной его плоскости. Источники информации, принятые во внтшание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2563268, кл. 01 R 27/26. 1977.