Устройство для определения параметров низкоимпедансных материалов на свч с помощью коаксиального резонатора

Авторы патента:

G01R27/04 - в цепях с распределенными параметрами

Владельцы патента RU 2326392:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)

Устройство предназначено для определения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь низкоимпедансных материалов. Устройство содержит СВЧ-генератор, измерительное устройство комплексного коэффициента отражения, частотомер, коаксиальный резонатор и образец измеряемого материала. Коаксиальный резонатор выполнен короткозамкнутым на конце, причем центральный проводник выполнен из измеряемого низкоимпедансного материала, а в качестве эталона используется центральный проводник, выполненный из металла. Изобретение обеспечивает расширение частотного диапазона измерений, повышение точности измерительной информации о комплексной диэлектрической проницаемости сильно поглощающих материалов, имеющих одновременно большие значения диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ. 2 ил.

Изобретение относится к области радиоизмерений параметров радиопоглощающих низкоимпедансных композиционных диэлектрических материалов на СВЧ типа углепластиков, характеризующихся большими значениями комплексной относительной диэлектрической проницаемости.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для измерения комплексной диэлектрической проницаемости косвенным методом (см. Фиг.1) [см. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. - М.: Физматгиз, 1963, 192 с.] схема устройства коаксиального резонатора для измерения параметров низкоимпедансных композиционных материалов, включающее: коаксиальный резонатор 1, заканчивающийся фланцем, эталонный короткозамыкатель и измеряемый материал 3, использующийся в качестве замыкающей торцевой стенки. Измерения проводятся в два этапа, вначале к коаксиальному резонатору в место торцевой стенки подключается короткозамыкатель и производится калибровка установки, затем к коаксиальному резонатору в место торцевой стенки подключается исследуемый плоский образец диэлектрика (Фиг.1). От СВЧ-генератора к коаксиальному резонатору подается зондирующая электромагнитная волна. Информация о параметрах материала заключается в резонансной частоте, добротности резонатора и комплексного коэффициента отражения от резонатора. Измерения резонансной частоты производятся частотомером, измерения комплексного коэффициента отражения - с помощью измерительного устройства. Обработка результатов производится по следующей методике [см. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. - М.: Физматгиз, 1963. - 192 с.].

Недостатком описанного прототипа являются ошибки измерения диэлектрической проницаемости для сильно поглощающих материалов, имеющих одновременно большие значения диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ и характеризующиеся большими коэффициентами отражения от образца. Это происходит потому, что в известном устройстве взаимодействие зондирующей волны с исследуемым образцом происходит на участке малых размеров, что повышает чувствительность метода к ошибкам измерений.

Сущность изобретения заключается в уменьшении погрешности измерения относительной диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ сильно поглощающих материалов типа углепластиков, обладающих одновременно большими значениями диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ.

Технический результат - расширение частотного диапазона измерений, повышение точности измерительной информации о комплексной диэлектрической проницаемости сильно поглощающих материалов, имеющих одновременно большие значения диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ, что необходимо при производстве таких материалов при контроле за ходом технологии производства и при проектировании СВЧ-изделий, из таких материалов, например, защитных укрытий.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь низкоимпедансных материалов на СВЧ с помощью коаксиального резонатора, содержащее СВЧ-генератор, измерительное устройство комплексного коэффициента отражения, частотомер, коаксиальный резонатор.

Особенность заключается в том, что коаксиальный резонатор выполнен короткозамкнутым на конце, а используемый в качестве эталона центральный проводник из металла выполнен с возможностью его установки в качестве центрального проводника, выполненный из измеряемого низкоимпедансного материала.

На чертежах представлено: на фиг.1 традиционная схема устройства коаксиального резонатора для определения параметров низкоимпедансных композиционных материалов, на фиг.2 схема предлагаемого устройства коаксиального резонатора для определения параметров низкоимпедансных композиционных материалов.

Устройство содержит короткозамкнутый коаксиальный резонатор 1, в котором используется центральный проводник 2, выполненный из металла. В процессе измерения центральный проводник 2, выполненный из металла, заменяется на центральный проводник 2, выполненный из измеряемого низкоимпедансного материала. К СВЧ-генератору подключен короткозамкнутый коаксиальный резонатор 1. От СВЧ-генератора подается зондирующая волна, которая движется по коаксиальному резонатору 1 до конца короткозамкнутой торцевой стенки, отражается и движется в обратном направлении. Сначала производятся измерения резонансной частоты и комплексного коэффициента отражения зондирующей волны от коаксиального резонатора 1 с центральным проводником 2, выполненным из металла, который используется в качестве эталона. Затем производятся измерения резонансной частоты и комплексного коэффициента отражения зондирующей волны, когда в качестве центрального проводника 2 установлен образец измеряемого материала, выполненный из низкоимпедансного материала.

По полученным результатам обоих измерений производятся вычисления комплексной диэлектрической проницаемости. Проверка результата вычисления комплексной диэлектрической проницаемости производится на повторном измерении тех же параметров на второй и третьей гармониках с последующим вычислением комплексной диэлектрической проницаемости.

Устройство для определения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь низкоимпедансных материалов на СВЧ с помощью коаксиального резонатора, содержащее СВЧ-генератор, измерительное устройство комплексного коэффициента отражения, частотомер, коаксиальный резонатор, отличающееся тем, что коаксиальный резонатор выполнен короткозамкнутым на конце, а используемый в качестве эталона центральный проводник из металла выполнен с возможностью его установки в качестве центрального проводника, выполненного из измеряемого материала.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в линии электропередачи. .

Способ испытаний параметров четырехполюсников и панорамный измеритель для его осуществления // 2302643

Изобретение относится к технике СВЧ-измерений и может быть использовано для испытаний СВЧ четырехполюсников, а также в частном случае для их контроля и настройки. .

Способ определения текущих параметров электрического режима линии электропередачи для построения ее г-образной адаптивной модели // 2289823

Изобретение относится к области систем обработки информации и может быть использовано при управлении линией электропередачи (ЛЭП), на основе ее Г-образной адаптивной модели, перестраиваемой по текущей информации о параметрах электрического режима ЛЭП.

Способ измерения больших значений комплексной диэлектрической проницаемости импедансных материалов на свч и устройство для его осуществления // 2231078

Изобретение относится к области радиоизмерений параметров поглощающих диэлектрических материалов на СВЧ, в частности к измерению комплексной относительной диэлектрической проницаемости композиционных материалов типа углепластиков, характеризующихся большими значениями комплексной относительной диэлектрической проницаемости, имеющих шероховатую поверхность.

Способ контроля электропроводности жидких полупроводящих сред // 2212654

Изобретение относится к измерительной технике - к области измерения и контроля электрофизических свойств жидких технологических сред. .

Устройство для определения импеданса двухполюсника на свч // 2210082

Изобретение относится к электронной технике. .

Устройство для измерения больших значений комплексной диэлектрической проницаемости сильно поглощающих материалов на свч // 2199760

Изобретение относится к измерению электрических величин и может быть использовано в производстве существующих и новых поглощающих материалов типа углепластиков, применяется в СВЧ диапазоне, а также для контроля электрических параметров диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.

Способ определения больших значений комплексной диэлектрической проницаемости импедансных материалов // 2194285

Изобретение относится к радиоизмерениям параметров поглощающих диэлектрических материалов на СВЧ, в частности к измерению комплексной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь композиционных материалов типа углепластиков.

Способ бесконтактного определения диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности жидких сред // 2194270

Изобретение относится к способам измерения диэлектрической проницаемости и удельной проводимости жидких дисперсных систем и может быть использовано для контроля и регулирования величин диэлектрической проницаемости и удельной проводимости преимущественно пожаро-взрывоопасных и агрессивных жидких сред в процессе производства в химической и других областях промышленности.

Способ расчета переходных процессов в сложных электрических цепях с распределенными параметрами // 2159938

Изобретение относится к расчету переходных процессов, в сложных электрических цепях с распределенными параметрами. .

Способ определения коэффициента трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности космического аппарата, в напряжение электромагнитной наводки во фрагментах бортовой кабельной сети и устройство для его осуществления // 2378657

Изобретение относится к космической технике и предназначено для измерения коэффициента трансформации тока, протекающего по элементам внешней поверхности космического аппарата, в напряжение наводки во фрагментах бортовой кабельной сети, проложенных по этим элементам

Способ определения параметров т-образной схемы замещения воздушной линии электропередачи // 2434235

Изобретение относится к области электротехники

Способ испытаний пассивных четырехполюсников и панорамный измеритель для его осуществления // 2452970

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для испытаний пассивных четырехполюсников по рассеиваемой в них мощности

Петлевой резонатор // 2466414

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерительным резонаторам для исследования взаимодействия электромагнитного СВЧ поля с веществом, и может быть использовано в спектрометрах электронного парамагнитного резонанса и двойного электронно-ядерного резонанса

Устройство для измерения полного сопротивления двухполюсника на свч // 2485527

Изобретение относится к измерительной технике на СВЧ и может использоваться при проектировании изделий электронной техники СВЧ различного назначения

Способ определения места обрыва одной фазы воздушной линии электропередачи // 2508555

Изобретение относится к электротехнике, а именно к средствам обработки информации в электротехнике, и может бить использовано для определения места короткого замыкания на воздушной линии электропередачи. Способ основан на мониторинге электрической сети, отличающийся тем, что измеряют массивы мгновенных значений сигналов напряжений и токов трех фаз в начале u A 1 ( t j ) | N j = 1 , u B 1 ( t j ) | N j = 1 , u C 1 ( t j ) | N j = 1 , i A 1 ( t j ) | N j = 1 , i B 1 ( t j ) | N j = 1 , i C 1 ( t j ) | N j = 1 и в конце u A 2 ( t j ) | N j = 1 , u B 2 ( t j ) | N j = 1 , u C 2 ( t j ) | N j = 1 , i A 2 ( t j ) | N j = 1 , i B 2 ( t j ) | N j = 1 , i C 2 ( t j ) | N j = 1 линии для одних и тех же моментов времени tj=t1, t2, … tN с дискретностью массивов мгновенных значений Δ t = T N , где T - период сигнала напряжения/тока, N - число разбиений на периоде Т, передают сигналы с конца линии в ее начало по каналу связи, сохраняют пары цифровых отсчетов как текущие, осуществляют сдвиг одноименных сигналов фаз В и С соответственно на углы 120° и 240°, далее одновременно определяют массивы мгновенных значений симметричных составляющих напряжений и токов прямой и обратной последовательностей фазы А в начале и конце линии и соответствующие им векторные значения U Al,1, I A1,1, U A2,1, I A2,1, U A1,2, I A1,2, U A2,2, I A2,2, затем определяют расстояние до места обрыва фазы l 1 по выражению: l 1 = 1 γ _ 0 a r t h ( U _ A 1,1 − U _ A 2,1 − ( U _ A 1,2 − U _ A 2,2 ) c h ( γ _ 0 L ) − ( I _ A 1,2 − I _ A 2,2 ) Z _ B s h ( γ _ 0 L ) ( I _ A 1,1 − I _ A 2,1 ) Z _ B − ( U _ A 1,2 − U _ A 2,2 ) s h ( γ _ 0 L ) − ( I _ A 1,2 − I _ A 2,2 ) Z _ B c h ( γ _ 0 L ) ) , где γ 0=α0+jβ0 - коэффициент распространения электромагнитной волны; α0 - коэффициент затухания электромагнитной волны; β0 - коэффициент изменения фазы электромагнитной волны; Z B - волновое сопротивление линии; L - длина линии. Технический результат заключается в повышении точности места определения короткого замыкания. 11 табл., 2 ил.

Способ измерения характеристик резонансных структур и устройство для его осуществления // 2520537

Изобретение относится к технике резонансных радиотехнических измерений. Способ включает генерацию зондирующего колебания, подачу на вход и прием с выхода резонансной структуры, перестройку частоты зондирующего колебания в диапазоне измерений, соответствующем полосе частот резонансной структуры, регистрацию изменения его параметров, по которым определяют резонансные частоту, амплитуду и добротность резонансной структуры. Зондирующее колебание на входе резонансной структуры формируют двухчастотным с двумя составляющими равной амплитуды со средней частотой и начальной разностной частотой меньшей или равной полосе пропускания резонансной структуры. Резонансную частоту резонансной структуры измеряют в момент времени достижения коэффициентом модуляции огибающей сигнала биений между составляющими зондирующего колебания на выходе резонансной структуры значения 1, как равную значению средней частоты. Вычисляют резонансную амплитуду резонансной структуры и добротность резонансной структуры. Далее, не меняя средней частоты зондирующего колебания, изменяют начальную разностную частоту. После чего измеряют амплитуду огибающей сигнала биений между составляющими зондирующего колебания на выходе резонансной структуры. Устройство содержит перестраиваемый по частоте генератор 1, коммутатор 2, детектор 3, соединенный с контроллером 4 управления и измерения характеристик резонансных структур, а также последовательно соединенные первую линию передачи 5, резонансную структуру 6 и вторую линию передачи 7, причем первый выход коммутатора 2 подключен к входу первой линии передачи 5, его второй вход к выходу второй линии передачи 7, а второй выход к входу детектора 3. Перестраиваемый по частоте генератор 1, коммутатор 2 и контроллер 4 управления и измерения характеристик резонансных структур имеют входы/выходы управления, объединенные в шину управления 8. Дополнительно введен преобразователь 9 одночастотного колебания в двухчастотное, детектор 3, выполнен как детектор огибающей, при этом преобразователь 9 одночастотного колебания в двухчастотное имеет входы/выходы управления, подключенные к шине управления 8, его вход подключен к выходу перестраиваемого по частоте генератора 1, а выход к первому входу коммутатора 2. Технический результат заключается в повышении чувствительности и точности измерений. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для диагностики состояния изоляции силовых цепей // 2590221

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для диагностики состояния изоляции силового электрического оборудования, в частности электроподвижного состава железных дорог. Технический результат повышение точности оценки текущего и прогнозного состояния сопротивления изоляции и получение непрерывной информации о ее состоянии. Сущность: в устройство дополнительно введены блок формирования импульсного напряжения, модуль памяти, блок вычисления прогнозируемых параметров, индикатор влажности изоляции и прогнозирования сопротивления изоляции, одновибратор периодических импульсов и мультивибратор. Блок формирования импульсного напряжения представляет собой цепь из последовательно соединенных индуктивности, диода и конденсатора, а также коммутатор, первый и второй входы которого подключены параллельно диоду и конденсатору. Первым входом блока формирования импульсного напряжения, подключенным к «плюсовому» выходу источника напряжения постоянного тока, является вывод индуктивности, а вторым его входом, подключенным к «минусовому» выходу источника напряжения постоянного тока, является вывод конденсатора, который одновременно является вторым выходом блока формирования импульсного напряжения, первым выходом которого является точка соединения диода и конденсатора. Первый вход датчика тока соединен со вторым выходом блока формирования импульсного напряжения. Первые входы модуля памяти и блока вычисления прогнозируемых параметров подключены к выходу блока вычисления сопротивления изоляции. Выход одновибратора соединен напрямую с третьим входом коммутатора блока формирования импульсного напряжения и вторыми входами соответственно модуля памяти и блока вычисления прогнозируемых параметров, а также через мультивибратор - соответственно с третьими входами модуля памяти и блока вычисления прогнозируемых параметров, четвертый вход которого соединен с выходом модуля памяти. Первый и второй выходы блока вычисления прогнозируемых параметров соединены с первым и вторым входами индикатора влажности и прогнозирования сопротивления изоляции. 1 ил.

Устройство для тестирования электродов // 2606938

Изобретение относится к устройствам, используемым для тестирования, например, в производственных условиях, сенсорных панелей, в частности, матричных прозрачных взаимно-емкостных сенсорных панелей. Сущность: устройство для определения удельного сопротивления электрода между точкой возбуждения и точкой измерения, в котором сигнал возбуждения подводится к электроду в точке возбуждения посредством емкостной связи, а точка измерения физически имеет электрическое соединение с измерительной схемой. Измерительная схема содержит схему усилителя, выполненного с возможностью формирования результирующего сигнала, являющегося функцией удельного сопротивления электрода. Технический результат: возможность измерения сопротивления в любой точке электрода. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ измерения частотных характеристик параметров передачи протяженных электрических цепей в режиме холостого хода и короткого замыкания // 2635840

Изобретение относится к электросвязи и электротехнике, где осуществляется передача электромагнитных колебаний по электрической цепи, прямым проводом которой является металлический проводник, а обратным - металлический проводник или проводящая среда. Способ измерения частотных характеристик параметров передачи протяженных электрических цепей в режиме холостого хода и короткого замыкания на оптимальных частотах включает этапы, где минимизируются и методические, и инструментальные погрешности, а для исключения влияния на результат измерения паразитных напряжений после достижения равновесия моста кратковременно отключается генератор. Значения первичных параметров передачи цепи (сопротивление R, индуктивность L, емкость С, проводимость изоляции G) на любой произвольной частоте в измеренном диапазоне частот определяются путем интерполяции на основе адекватных аппроксимирующих функций - их теоретических зависимостей. При этом исключаются случайные погрешности измерения. Значения вторичных параметров передачи цепи (коэффициенты затухания и фазы α и β, модуль и угол волнового сопротивления ZB и ϕZ) на любой произвольной частоте в измеренном диапазоне частот и в поддиапазоне от 0 до первой оптимальной частоты определяются на основе известной взаимосвязи между первичными и вторичными параметрами передачи. Техническим результатом является повышение точности измерения частотных характеристик параметров передачи электрических цепей за счет снижения методических, инструментальных и случайных погрешностей; снижение трудоемкости измерений частотных параметров передачи; определение параметров передачи относительно короткой цепи на инфранизких частотах от 0 до первой оптимальной частоты. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.