Способ измерения влажности

Авторы патента:

Богословский Сергей Владимирович (RU)

Сапожников Геннадий Анатольевич (RU)

G01N29 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2492461:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" (RU)

Использование: для измерения влажности. Сущность заключатся в том, что на чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах и на эталонное устройство на поверхностных акустических волнах подается запросный сигнал, который преобразуется в чувствительном элементе на поверхностных акустических волнах и эталонном устройстве на поверхностных акустических волнах, при этом регистрируется амплитуда огибающей сигнала па выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и амплитуда огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах и величина влажности определяется по соотношению амплитуды огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах, и амплитуды огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах. Технический результат: повышение быстродействия при измерении влажности. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для измерения влажности.

Известен чувствительный элемент влажности, представляющий собой линию задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ) (Wireless passive SAW identification marks and sensors. L. Reindl, 2-nd Int. Symp. Acoustic wave devices for future mobile communicstion systems, Chiba univ., 2004), на поверхность которой нанесен влагочувствительный материал. Конструктивно линия задержки состоит из двух встречно-штыревых преобразователей (ВШП), расположенных на пьезоплате напротив друг друга. В качестве информационного сигнала используется время задержки.

Недостатком этих чувствительных элементов влажности является большая инерционность датчиков влажности.

Известен также чувствительный элемент влажности, представляющий собой одновходовый резонатор (В.В. Малов. Пьезорезонансные датчики, М.: Энергоатомиздат, 1989 г. - 272 с.) на поверхность которого нанесен влагочувствительный материал. Конструктивно резонатор состоит из ВШП структуры и расположенных по обе стороны от ВШП отражающих структур. В качестве информационного сигнала используется собственная (резонансная частота резонатора). Недостатком этих резонаторов, применительно к измерению влажности, является большая инерционность датчиков влажности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является чувствительный элемент влажности, представляющий собой дисперсионную линию задержки (Wireless passive SAW identification marks and sensors. L. Reindl, 2-nd Int. Symp.Acoustic wave devices for future mobile communicstion systems, Chiba univ., 2004) на поверхность которой нанесен влагочувствительный материал. Конструктивно дисперсионная линия задержки состоит из ВШП и расположенных на пьезоплате с одной стороны от ВШП отражающих структур в виде системы канавок с переменным периодом, образующих дисперсионную структуру. В качестве информационного сигнала используется время задержки. По сравнению с резонаторами и линиями задержки чувствительный элемент влажности с дисперсионными структурами имеет большую чувствительность.

Недостатком чувствительных элементов влажности, представляющих собой дисперсионную линию задержки, также является большая инерционность датчиков влажности.

Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании для измерения влажности, известного чувствительного элемента влажности - дисперсионной линии задержки -прототипа, является следующий его недостаток: переходный период (абсорбция или испарение влаги во влагочувствительном материале при изменении влажности в окружающей среде) во влагочувствительном материале составляет не менее 5 с.

Задачей настоящего изобретения является повышение быстродействия при измерении влажности.

Технический результат достигается тем, что предлагается способ измерения влажности, состоящий в том, что на чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах и на эталонное устройство на поверхностных акустических волнах подается запросный сигнал, который преобразуется в чувствительном элементе на поверхностных акустических волнах и эталонном устройстве на поверхностных акустических волнах, при этом регистрируется амплитуда огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и амплитуда огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах и величина влажности определяется по соотношению амплитуды огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и амплитуды огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах.

В качестве информационного сигнала используется соотношение амплитуд огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах.

Качественным отличием предлагаемого способа от аналогов является использование физического эффекта поглощения энергии ПАВ жидкостями, в то время как аналоги используют эффект замедления скорости ПАВ специальными влагочувствительными материалами.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где:

на фиг.1 - приведены структуры сигналов устройств на ПАВ при измерении влажности.

Предлагается способ измерения влажности, состоящий в том, что на чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах и на эталонное устройство на поверхностных акустических волнах подается запросный сигнал 1, который преобразуется в чувствительном элементе на поверхностных акустических волнах и эталонном устройстве на поверхностных акустических волнах, при этом регистрируется амплитуда огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах А2 и амплитуда огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах А1 и величина влажности определяется по соотношению А2/А1 - амплитуды огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и амплитуды огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах.

Чувствительный элемент на ПАВ для измерения влажности при этом состоит из пьезоплаты, на которой сформированы ВШП и отражающие структуры. Отражающие структуры могут быть выполнены в виде периодической системы канавок.

Пьезоплата может быть выполнена из пьезоэлектрического материала (например, кварца).

Формирование ВШП может быть реализовано по технологии фотолитографии и травления. Формирование канавок отражающих структур может быть реализовано по технологии травления через маску.

Способ работает следующим образом.

На чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах и на эталонное устройство на поверхностных акустических волнах подается запросный сигнал 1, который преобразуется в чувствительном элементе на поверхностных акустических волнах и эталонном устройстве на поверхностных акустических волнах, при этом регистрируется амплитуда огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах А2 и амплитуда огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах А1 и величина влажности определяется по соотношению А2/А1 - амплитуды огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и амплитуды огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах.

При изменении влажности окружающей пьезоплату среды изменяется практически без задержки и влажность на поверхности пьезоплаты.

Чем выше концентрация паров жидкости (в частности воды) на поверхности пьезоплаты тем больше поглощается акустическая энергия ПАВ и соответственно тем меньше выходной сигнал чувствительного элемента на ПАВ. В то же время эталонное устройство на ПАВ не реагирует на влажность окружающей среды, поскольку изолировано от окружающей среды.

На основе градуировочной зависимости (соотношение амплитуд -влажность) изменению амплитуды огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента влажности можно соотнести величину влажности.

Таким образом, предложенный способ измерения влажности является быстродействующим способом для измерения влажности.

Источники информации

1. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики. М.: Энергоатомиздат, 1989 г. - 272 с.

2. Wireless passive SAW identification marks and sensors. L. Reindl, 2-nd Int. Symp.Acoustic wave devices for future mobile communicstion systems, Chiba univ., 2004 - прототип.

Способ измерения влажности, состоящий в том, что на чувствительный элемент на поверхностных акустических волнах и на эталонное устройство на поверхностных акустических волнах подается запросный сигнал, который преобразуется в чувствительном элементе на поверхностных акустических волнах и эталонном устройстве на поверхностных акустических волнах, отличающийся тем, что регистрируется амплитуда огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и амплитуда огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах и величина влажности определяется по соотношению амплитуды огибающей сигнала на выходе чувствительного элемента на поверхностных акустических волнах и амплитуды огибающей сигнала на выходе эталонного устройства на поверхностных акустических волнах.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оценки технического состояния работающего длительное время силового высоковольтного энергетического оборудования.

Система для ультразвукового обнаружения дефектов в стенке трубы // 2491543

Изобретение относится к способу и системе для обнаружения дефектов в стенке трубы, содержащим ультразвуковой преобразователь, приспособленный для излучения через выходное отверстие ультразвуковых сигналов из внутренней части трубы в направлении ее стенки и для приема через входное отверстие сигналов обратного рассеяния от ее стенки.

Устройство для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции // 2491542

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для неразрушающего контроля труднодоступных элементов конструкции из немагнитных материалов, например: из полимерных композиционных материалов (угле-, стекло-, органопластиков и других) в авиационной, судостроительной и других отраслях машиностроения.

Устройство для испытания лопаток турбомашины // 2490626

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для испытаний аэродинамических конструкций, в частности для определения характеристик лопаток турбины с помощью измерения деформаций, путем использования активного сопротивления электрических тензометров.

Способ дистанционного обнаружения изменения состояния рельсового пути перед движущимся поездом // 2490153

Изобретение относится к контролю безопасности рельсового пути и предназначено для дистанционного обнаружения отклонений его параметров от нормальных, вызванных нарушением структуры рельсов и появлением опасных объектов в полотне.

Электромагнитный акустический преобразователь и система ультразвукового контроля с таким преобразователем // 2489713

Изобретение относится к электромагнитно-акустическому преобразователю для ультразвукового контроля образцов из электропроводящего материала, а также к устройству для ультразвукового контроля, включающему, по меньшей мере, один такой электромагнитно-акустический преобразователь.

Устройство для измерения концентрации механических примесей в средах // 2489712

Изобретение относится к технике измерения качественных параметров воздушных и жидких сред и может быть использовано для измерения содержания механических примесей как в жидких, так и в газообразных средах.

Способ оптического определения неровностей и дефектов рельсового пути // 2489291

Изобретение относится к области железнодорожного транспорта, а именно к способам определения неровностей и других дефектов рельсового пути. .

Способ и устройство для классификации генерирующих звук процессов // 2488815

Изобретение относится к способу и устройству для классификации генерирующих звук процессов, например, звуковых сигналов, которые генерируются при рабочих процессах машины или при химических процессах установки.

Способ ультразвукового контроля труб и устройство для его осуществления // 2488814

Способ и устройство для ультразвукового контроля // 2492462

Способ исследования деформаций и напряжений // 2492463

Изобретение относится к исследованию деформаций и напряжений и может быть использовано для исследования деформаций и напряжений в деталях, например в элементах металлических конструкций инженерных сооружений

Акустико-эмиссионный способ контроля качества материалов на образцах // 2492464

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и предназначено для выявления трещиновидных дефектов в образцах скальных геоматериалов

Сканирующее устройство // 2492465

Способ контроля колесных пар железнодорожного транспорта // 2493992

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для контроля технического состояния колесной пары железнодорожного транспорта при его движении по рельсовому пути. Согласно способу после наезда колеса (9) на стык (4) в колесе начинает распространяться круговая волна, которая проходя по колесу (9), вызывает появление акустической волны, исходящей от колеса и регистрируемой датчиком (1). Датчик преобразует акустическую волну в электрический сигнал. При отсутствии трещин длительность и частота сигнала будут иметь определенное значение. В случае наличия трещины в колесе указанные параметры изменятся - длительность и частота уменьшатся, что будет свидетельствовать о недопустимости дальнейшей эксплуатации этого колеса. Затем колесо (9) начнет катиться по участку (5), протяженность которого в данном случае равна половине длины окружности колеса, на котором с помощью акустических датчиков осуществляется проверка качества поверхности катания. В результате упрощается конструкция осуществляющего контроль устройства, повышаются эксплуатационные характеристики, снижается энергопотребление. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ определения консистенции пищевого продукта и устройство для реализации способа // 2494388

Изобретение относится к способу определения консистенции пищевого материала. Способ определения консистенции пищевого продукта содержит стадии, на которых осуществляют приложение вибрационного импульса с заданной частотой к пищевому материалу, измерение вибрационного отклика пищевого материала на вибрационный импульс и сравнение вибрационного отклика с опорной величиной, определенной перед измерением. Пищевой материал находится в жидком или полутвердом состоянии и содержится внутри контейнера. Устройство для определения консистенции пищевого материала содержит блок для генерирования вибрационного импульса, имеющий пьезоэлектрический исполнительный механизм, устройство для измерения вибраций, выполненное в виде виброметра, удерживающий механизм, содержащий контейнер для удерживания в нем пищевого материала или струну для прикрепления к ней пищевого материала, и анализатор для сравнения измеренных вибраций с опорной величиной, определенной перед измерением. Технический результат группы изобретений - повышение точности измерений, что позволяет обнаруживать незначительные изменения в вибрационном отклике. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ контроля качества материала образца методом акустической эмиссии // 2494389

Использование: для контроля качества материала образца методом акустической эмиссии. Сущность: способ заключается в том, что выполняют термическое с возрастающей температурой воздействие на образец и регистрацию возникающих в нем сигналов акустической эмиссии, при этом термическому воздействию подвергают серию однотипных из одного материала образцов до температуры 90°C и для каждого из них определяют среднее значение активности акустической эмиссии в диапазоне 30÷90°C, каждый из серии образцов подвергают одноосному механическому нагружению, по результатам которого определяют его предел прочности при сжатии, строят тарировочную кривую, описывающую взаимосвязь между средней активностью акустической эмиссии и пределом прочности материала для всей серии испытанных образцов, по которой определяют прочность материала вновь испытываемых образцов того же типа, по их средней активности термоакустической эмиссии, в диапазоне от 30°C до 90°C. Технический результат: обеспечение возможности определения предела прочности материала образцов скальных горных пород без их разрушения. 1 ил.

Устройство для абляции ткани с механизмом обратной связи образования фотоакустического участка поражения // 2494697

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для абляции ткани. Устройство содержит катетер с излучателем энергии и фотоакустическим датчиком. Излучатель энергии испускает луч внутрь целевого участка ткани для образования в ней участка поражения. К катетеру прикреплен надувной баллон, окружающий, излучатель энергии и фотоакустический датчик. Баллон наполнен оптоакустической передающей средой. Излучатель энергии также испускает фотовозбуждающий луч внутрь целевого участка ткани. Фотоакустический датчик определяет фотоакустический отклик ткани. Система для абляции содержит систему управления абляцией и устройство для абляции, при этом излучатель энергии управляет системой управления абляцией для испускания луча, иссекающего ткань, и испускания фотовозбуждающего луча. Устройство для абляционной терапии ткани, кроме того, содержит контроллеры, управляющие излучателем энергии, и монитор. Использование изобретения позволяет определить образование участка абляционного поражения в реальном времени с помощью фотоакустического эффекта. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Способ сравнительной оценки свойств материалов // 2495412

Использование: для сравнительной оценки свойств материалов. Сущность заключается в том, что осуществляют инденторное нагружение исследуемых материалов, регистрацию сигналов акустической эмиссии в процессе нагружения, обработку сигналов акустической эмиссии и выявление параметра сигналов, информативного за физико-механическую характеристику материала и, соответственно, за эксплуатационное свойство изделия, выполненного из данного материала, при этом в качестве информативного параметра сигнала используют энергию импульсов акустических сигналов, а сравнение эксплуатационных свойств изделий, выполненных из разных исследуемых материалов, производят по величинам накопленной энергии импульсов за время нагружения, в том числе по величине угла наклона касательной на графике зависимости «накопленная величина энергии сигналов - время нагружения материала». Технический результат: повышение производительности оценки свойств материала и расширение технических возможностей, а именно возможность применения способа для оценки коррозионной стойкости материалов с покрытиями. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Способ контроля прочности железобетонного изделия в условиях чистого изгиба // 2495413

Использование: для контроля прочности железобетонного изделия в условиях чистого изгиба. Сущность: заключается в том, что изделие циклически нагружают от нуля с постепенно возрастающей амплитудой до появления сигналов акустической эмиссии перед окончанием разгружения, и по среднему для максимальных нагрузок двух последних циклов судят о максимальной неразрушающей нагрузке изделия, причем при появлении сигналов акустической эмиссии перед окончанием разгружения определяют координаты ее источника (дефекта), амплитуды и нагрузки возникновения этих сигналов, после чего продолжают циклическое нагружение с повышением амплитуды, после каждого разгружения определяют координаты новых источников сигналов акустической эмиссии, амплитуды и нагрузки возникновения сигналов, контролируют изменение амплитуды и нагрузки возникновения сигналов для каждого источника от цикла к циклу, а при их возрастании у одного из источников прекращают нагружения. Технический результат: повышение точности определения максимальной неразрушающей нагрузки для изделий в условиях чистого изгиба. 1 ил.