Устройство для автоматического измерения изменений диэлектрической проницаемости веществ

 

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения повышение разрешающей способности. Устройство содержит СВЧ-генератор, состоящий из -кварцевого генератора 1 и умножителя 2 частоты, измерительный резонатор 3, СВЧ-детектор-4, блок 5 АПЧ, модулятор 6, фазовращатели 7 и 11, СВЧ-смеситель 8, компараторы 9 и 12 напряжения, три триггера 10, 18 и 22, генератор 13 импульсов стабильной частоты, блок 14 совпадения, регистратор 15 мнимой составляющей диэлектрической проницаемости , формирователь 16 импульсов, делители частоты 17 и 21, ключ 19, генератор 20 импульсов опорной частот ты, регистратор 23 действительной составляющей диэлектрической прониг цаемости, делители мощности 24 и 25 резонансный усилитель 26, 1 ил. (Л ю со о N9 О со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН ц1) 4 С 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕПЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3913798/24-09 (22) 18. 06. 85 (46) 15.02.87. Бюл. ¹ 6 (71) Харьковский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (72) А.Д. Черенков, Л.Ф. Кучин, Г.П. Балан и А.С. Черепнев (53) 621.317.533(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 767668, кл. G 01 R 27/26, 1980.

Авторское свидетельство СССР

¹ 983581 . G 01 R 27/26, 1981 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

ИЗМЕРЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ПРОНИЦАЕМОСТИ ВЕЩЕСТВ (57) Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения—

ÄÄSUÄÄ 1290203 А1 повышение разрешающей способности.

Устройство содержит СВЧ-генератор, состоящий из кварцевого генератора 1 и умножителя 2 частоты, измерительный резонатор 3, СВЧ-детектор 4, блок 5 АПЧ, модулятор 6, фазовраща- тели 7 и 11, СВЧ-смеситель 8, компа" раторы 9 и 12 напряжения, три триггера 10, 18 и 22, генератор 13 импульсов стабильной частоты, блок 14 совпадения, регистратор 15 мнимой составляющей диэлектрической проницаемости, формирователь 16 импульсов, делители частоты 17 и 21, ключ 19, генератор 20 импульсов опоркой часто-, ты, регистратор 23 действительной составляющей диэлектрической проницаемости, делители мощности 24 и 25 резонансный усилитель 26, 1 ил.

1290203

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности.

На чертеже приведена структурная 5 электрическая схема устройства для автоматического измерения изменений диэлектрической проницаемости веществ.

Устройство для автоматического измерения изменений диэлектрической проницаемости веществ содержит СВЧ- . генератор, состоящий из кварцевого генератора 1 и умножителя 2 частоты, измерительный резонатор 3, СВЧ-детек.

f5 тор 4, блок 5 автоматической подстройки частоты, модулятор б, первый фазовращатель 7, СВЧ-смеситель 8, первый компаратор 9 напряжения, первый триггер 10, второй фазовращатель 11, второй компаратор 12 напряжения, генератор 13 импульсов ста-.: бильной частоты, блок 14 совпадения, регистратор 15 мнимой составляющей диэлектрической проницаемости, формиi рователь 16 импульсов, первый делитель 17 частоты, второй триггер 18, ключ 19, генератор 20 импульсов опорной частоты, второй делитель 21 частоты, третий триггер 22, регистра-ор 23 действительной составляющей диэлектрической проницаемости, первый и второй делители 24 и 25 мощности, резонансный усилитель 26.

Устройство для измерения изменений диэлектрической проницаемости веществ работает следующим образом.

Сигнал кварцевого генератора 1 с помощью умножителя 2 преобразуется к 40 частоте измерительного резонатора 3.

Изменение сигнала на выходе СВЧ-детектора 4 от частотной расстройки при этом имеет вид резонансной кривой. Для получения информации об изменении диэлектрической проницаемости вещества, помещенного в измерительный резонатор 3, сигнал, подаваемый на вход измерительного резонатора 3, модулируется по фазе сигналом низкой частоты. Модуляция осуществляется в первых каскадах умножителя 2, что снижает требования к величине индекса фазовой модуляции на выходе модулятора 6. Частота кварцевого генератора 1 через умножнтель 2 непрерывно поддерживается равной частоте измерительного резонатора 3 с помощью блока 5. Формирование выходного сигнала, пропорционального изменению мнимой составляющей диэлектрической проницаемости 4 Е, осуществляется путем измерения фазы )" модуляционного сигнала, функционально связанного с нагруженной добротностью резонатора 3.

При подаче на смеситель 8 частотно-модулированных сигналов, сдвинутых по фазе на 90

U, (t) = U„, cos(y t + m cos GÄt), U< (t) = U sin(z,t + m cos (g„t -g}j на его выходе получается сигнал:

Uit) = — — — я1п(2О t + mess s2

ПО Ums

О м

cos Ф„g)j + sic(m cos Ь

"-" 3.

Первое слагаемое является второй гармоникой СВЧ-сигналов U (t) и U (t) а второе — сложным колебанием модуляционной частоты.

После преобразования второго слагaeMoro получают

БЛ (t) = -- — — .m sin — (Л t — — ) U„„U„. 3 3 м 2 2 м где Ua(t) — компонент с частотной модуляцией, который можно выделить избирательным усилителем.

Частотно-модулированные СВЧ-сигналы через первый делитель 24 мощности с выхода измерительного резонатора 3 через второй делитель 25 и с выхода измерительного резонатора 3 через второй фаэовращатель 11 поступают на СВЧ-смеситель 8, с выхода которого сигнал моцуляционной частоты выделяется и усиливается резонансным усилителем 26.

С выхода резонансного усилителя 26 сигнал поступает на компаратор 12, сигнал с выхода которого поступает на один из входов триггера 10. На второй вход триггера 10 сигнал поступает с выхода компаратора 9, на вход которого сигнал поступает от модулятора 6 че.рез фазовращатель 7. Компараторы 9 и 12 работают с одним вход" ным напряжением, второе входное напряжение равно нулю. В этом случае компараторы 9 и 12 работают как нульорганы и эырабатывают импульсные сигналы при переходе входного напряжения через нуль. Импульсы с выходов компараторов 9 и 12, соответствующие

1290203

К т =КТ, кг кг где К вЂ” коэффициент деления делите1 ля 17 частоты;

f — частота кварцевого генеракг тора 1.

Генератор 20, делитель 21 и триггер 22 формируют импульс напряжения длительностью

К

К Т

2 2 о

45 где К вЂ” коэффициент деления делите2 ля 21 частоты, 1

f о Т вЂ” частота следования импульо сов генератора 20.

Оба импульса напряжения подаются на соответствующие входы ключа 19, который открыт только в течение времени ДТ = Т2 Т1, В течение време ни Т через ключ 19 к регистратору 23 проходят импульсы от генератора 20 с периодом повторения То. При K„ = f„, к

Tg э моменту перехода напряжения через нуль в выбранном направлении, поступают на входы триггера 10, на выходе которого получается импульс, длительность которого пропорциональна временному сдвигу, пропорциональному добротности резонатора 3. Триггер 10 на время, равное длительности его выходного импульса, открывает блок 14 совпадения, через который импульсы от генератора 13 поступают на регистратор 15. Формирование сигнала, пропорционального изменению действительной составляющей диэлектрической проницаемости 6C, осуществляется следующим образом. Сигнал с выхода кварцевого генератора 1 через формирователь 16 поступает для синхронизации на генератор 20, делитель 17 частоты и один из входов триггера 18. На вто- 0 рой вход триггера 18 сигнал поступает с выхода делителя 17 частоты. Сйгнал с выхода триггера 18 поступает на один из входов ключа 19. На второй вход ключа 19 поступает сигнал с триггера 22, на входы которого поступают сигналы от генератора 20 и делителя 21 частоты. Формирователь 16 импульсов служит для получения узких импульсов, формируемых из напряжения кварцевого генератора 1. Делитель 17 частоты и триггер 18 формируют импульс длительностью 2ТО Гкгном Е2ТОТ3ц, ьйкà — — — — — К ---у

Т0 кг где f частота кварцевого генератора 1 до изменения диэлектрической проницаемости вещества.

Формула изобретения

Устройство для автоматического измерения изменений диэлектрической проницаемости веществ, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор и .первый делитель мощности, измерительный резонатор, второй делитель мощности, СВЧ-детектор, выход которого через блок автоматической подстройки частоты соединен с управляющим входом СВЧ-генератора, модулирующий вход которого подключен к выходу модулятора, резонансный усилитель, регистратор действительной составляющей диэлектрической проницаемости и регистратор мнимой составляющей диэлектрической проницаемости, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности, второй делитель мощности включен между выходом измерительного резонатора и входом СВЧ-детектора, первый выход первого делителя мощности соединен с входом измерительного резонатора, между выходом модулятора и входом регистратора мнимой составляющей диэлектрической проницаемости введены последовательно соединенные первый фазовращатель, первый компаратор, первый триггер и блок совпадения, между вторым выходом второго делителя мощности и входом резонансного усилителя введены последовательно соединенные второй фаэовращатель и СВЧ-смеситель, 1второй вход которого подключен к второму выходу первого делителя мощности, введены последовательно соединенные формирователь импульсов, первый делитель частоты, второй триггер и ключ, выход которого подсоединен к входу регистратора, действительной составляющей диэлектрической проницаемости, между выходом формирователя импульсов и вторым входом ключа введены последовательно соединенные генератор импульсов опорной частоты, делитель частоты и третий триггер, выход резонансного усилителя через . введенный компаратор напряжения соединен с вторым входом первого тригге12902

Составитель P. Кузнецова

Техред А.Кравчук Корректор И. Муска

Редактор Л. Повхан

Заказ 7895/41 Тираж 751 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.Производственно-полиграфйческое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ра, второй вход блока совпадения подключен к выходу введенного генератора импульсов стабильной частоты, выход генератора импульсов опорной частоты соединен с управляющим входом ключа и вторым входом третьего триггера, второй вход второго триггера подключен к выходу формирователя импульсов, при этом СВЧ-генератор состоит из последовательно соединенных 10 .кварцевого генератора и умножителя

03 6 с частоты, выход которого является выходом СВЧ-генератора, второй вход— модулирующим входом СВЧ-генератора, управляющий вход кварцевого генератора является управляющим входом

СВЧ вЂ” генератора, а его выход соединен с входом формирователя импульсов, причем второй вход блока автоматической подстройки частоты. соединен с выходом модулятора.