Широкополосный диэлькометрический измеритель Советский патент 1982 года по МПК G01R27/26 G01N27/22 

Изобретение относится к средствам неразрушакщего контроля:параметров. материалов и может быть использовано для определения физико-механических свойств веществ и материалов и оценки качества готовых изделий по изменению их диэлектрических характеристик в полосе частот. Известно устройство контроля вел ществ, материалов и изделий, основан ное на измерении приращений диэлектр ческого параметра в полосе частот и содержащее многоканальные задающие и приемно-преобразовательные тракты, обеспечивающие выделение информации (фазовой ли5о частотной) на двух, сдвинутых на постоянную величину, ка чающихся частотах tilНедостатком этого устройства является низкая точность из-за сложнос ти обеспечения высокой точности изме рения в широком диалдзоне частот всл ствие трудностей, возникающих при отделении полезного сигнала от корре тирующего воздействия. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является дизлькометрический измеритель, основанный на измерении фазового сдвига, пропорционального тангенсу угла диэлектрических потерь, по принципу гетеродинирования и содержащий измерительный генератор, мостовую схему, в одно из плеч :Которой включен датчик емкости, фазовый детектор, две цепи, включенные в диагонали моста- и содержащие смесители, полосовые фильтры и ограничители, один из которых подключен к опорному, а другой к сигнальному входу фазового детектора, а также 5бразд оный генератор, гетеродин, блок развертки, выход которого соединен с частотно-регулирующим входом гетеродина, усилитель, подключенный к выходу -фазового детектора, индикатор, соответствуюцие входы.которого соединены с выходами усилителя с выходами усилителя, измерительного генератора и блока развер.тки, между выходом измерительного генератора и входом мостовой схемы и между образцовым генератором и смесителями, подключенными в диагонали моста, включены смесители, соответствумцие входы которых соединены с выходом гетеродина, и фильтры, выделяющие две качающиеся частоты, сдвинутые на постоянную величину С2. Недостатком известного измерителя является узкий частотный диапазон иймерений, ограниченный полосой пропус кания фильтра в канале зондирующего сигнала. Кроме того, наличие трех ге нераторов (включен гетеродин) в заяай(цей части с частотами, близкими . друг другу; приводит к паразитному смешиванию фиксированных частот генераторов (помимо полезного смешивания с частотой гетеродина), причем, паразитный разностный сигнал совпадает по частоте с частотой настройки канала измер.ения, содержащего фазо вый детектор. Поэтом известный изме ритель не может обеспечить высокой точности измерения, в частности, объектов с большим затуханием, поскольку ложный сигнал может превосходить по уровню сигнал измерительной информации. цель изобретения - повышение точности измерения малых приращений емкоети в широком диапазоне частот. Поставленная цель достигается тем что в широкополосный диэлькометрический измеритель, содержащий измери тельный генератор, фазосдвигающую ячейку с последовательно включенными резистором и датчиком емкости, фазовый детектору две цепи, состоящие из смесителей и полосовых фильтров, одна из которых включена между выходом измерительного генератора и опор ным входом фазового детектора, а дру гая - между выходом фавосдвигающей ячейки и сигнальным входом фазового детектора, образцовый генератор, выход которого подключен к входам смесителей, блок развертки и индикатор, соответствующие входы которого соеди нены с выходами фазового детектора, измерительного генератора и блока развертки, введены автоматический коммутатор балластная емкость, подклю чаемая к времязадающей цепи образцового генератора через контакты автом тического коммутатора, пс)следователь но соединенные частотный детектор, избирательный усилитель и синхронный детектор, выход синхронного детектор соединен с частотно регулирующим входом измерительного генератора, а вход частотного детектора подключен к выходу одного из полосовых фильтров параллельно опорному входу фазового детектора, коммутационный генератор, выход которого соединен с опорным бходом синхронного детектора и управ1ЯЮЩИМ входом автоматического коммугатора, балластная емкость и полосовые фильтры соединены с блоком развертки. На чертеже изображена блок-схема. предлагаемого измерителя. Измеритель содержит измерительный генератор 1, фазосдвигаюс1УЮ ячейку 2 смесители 3 и 4, автоматический коммутатор 5, образцовый генератор 6, балластную РМКОСТЬ 7, полосовые фильт ры 8 к 9, коммутационный генератор 10 частоты 62 , фазовый детектор 11, час-тотный детектор 12, избирательный усилитель 13 частоты коммутации, синхронный детектор 14, блок 15 развертки и индикатор 16. Фазосдвигающая ячейка 2 содержит резистор (R) 17 и датчик (с) 18 емкости, в зону чувствительности которого вводится исследуемый объект. Измеритель работает следукщим образом. Выходной сигнал частоты ш с измерительного генератора 1 поступает одновременно на фазосдвигающую ячейку 2 и смеситель 3. С помощью автоматического коммутатора 5, управляемого коммутационным генератором 10, к времязадающей цепи образцового генератора б периодически, с частотой , подключается балластная емкость 7. В результате этого на соответствукхдие входы смесителей 3 и 4 с образцового (генератора 6 поступает напряжение, которое манипулируется по частоте с частотой коммутации И , принимая значение частот U) и ujlji. Частоты измерительного 1 к образцового б генераторов выбираются таким образом, что в отсутствие балластнойемкости 7 выполняется условие ш а минимальная величина балластной емкости выбирается такой,что при подключении ее соблюдается условие tOjj УУ , т.е. (1)} 1У U) ,2 . Полосовой фильтр 8 из напряжения, поступающего с выхода смесителя 3, выделяет частотно-манипулированный сигнал с частотами,, равны ми иО(, .l И иоЬ )j|, который подается через частотный детектор 12 и избирательный усилитель 13 частоты коммутации на сигнальный вход синхронного детектора 14, опорный вход которого соединен с коммутационным генератором 10. Выделенное синхронным детектором 14 напряжение, амплитуды которого про-, пордиональна разности частот Юр используется в качестве регулирующего воздействия, перестраивакхцего частоту ю измерительного генератора 1 до тех пдр, пока не выполнится условие uJ(j U)Q Таким образом, частота сигнала измерительного генератора 1 в результате автоматической корректировки поддерживается равной )rj J Поэтому блок 15развертки, изменяя величину балластной емкости 7 и, следователь но, перестраивая частоту Ш( образцового генератора 6, осуществляет частотную развертку зондирующего сигнала uj. .Одновременно с этим блок 15 развертки служит для перестройки полосовых фильтров 8 и 9, настраивая их на разностную частоту (л)о и) , и подачи напряжения развертки на индикатор 16. Так как частота и) измерительног генератора 1 изменяется по закону, . задаваемому блоком 15 развертки, с выхода фазосдвигакщей ячейки снимается напряжение, фаза которого зависит от фазочастотных свойств объекта измерения. Это напряжение подается на смеси Tien ь 4. В результате смешивания в смесителе 4 зондируияцего сигнала измерительного генератора 1 и сигнала обЬазцового генератора 6 на выходе полосового фильтра 9 вьоделяется па пряжение разностной, частоты U)Q , фаза которого зависит от свойств контролируемого параметра объекта из мерения. Это напряжение подается на сигнальный вход фазового детектора 11 а выходное напряжение полосового фильтра 8, фаза которого не зависит от фазовых сдвигов, вносимых объектом измерения, служит в качестве опо ного сигнала фазового детектора 11. Выделенный фаЗовым детектором сигнал поступает на индикатор 16, позволяющий определять фазоючастотную характеристику исследуемого объекта. Напр жение частоты yj , поступающее на один из Входов индикатора 16, исполь зуется для формирования частотных ме ток. Формула изобретения Широкополосный диэлькометрический измеритель, содержащий измерительный генератор, фазосдвигающую ячейку с последовательно включенными резистором и датчиком емкости, фазовый детектор, две цепи, состоящие из смесителей и полосовых фильтров, одна из которых включена между выходом измерительного генератора и опорным входом фазового детектора, а другая - между выходом фазосдвигающей ячейки и сигнальным входом фазового детектора, образцовый генератор, выход которого подключен к входам смесителей, блок развертки и индикатор, соответствующие входы которого соединены с-выходс№1и фазового детектора , измерительного генератора и блока развертки, отличающийс я тем, что, с цельй повышения точности измерения малых приращений емкости в пмроком диапазоне частот, в него введены автоматический коммутатс, балластная емкость, подключаемая к времязадающей цепи образцового генератора через контакты автоматического коммутатора, последовательно соединенные частотный детектор, избирательный усилитель и синхронный детектор, выход синхронного детектора соединен, с частотно-регулирующим входом измерительного генератора, а вход частотного детектора подключен к выходу одного из полосовых фильтров параллельно опорному входу фазового детектора, коммутационный генератор, выход которого соединен с опорным входом синхронного детектора и управляющим входом автоматического коммутатора, балластная емкость и полосовые фильтры соединены с бло-ком развертки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 429326, кл. G 01 N 27/22, 197. 2.Авторское свидетельство СССР № 167672, кл. G 01 N 27/22, 1965 (прототип ).