Способ измерения диэлектрических характеристик веществ и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (и 8О9952 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26. 05. 78 (2 ) 2636072/18-09 (Я 1М. Nil.з с присоединением заявки Ио

G N 22/00

Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий (23) Приоритет

РЗ) УДК 621.317.(088.8) Опубликовано 301282 Бюллетень йо 48

Дата опубликования описания 30. 12. 82

В.П.Быстров, В.И.Мальцев и Г.A.Ïoëÿêñ â " .1С К !

1(4 1 .е

1Д, М с

4., . : " -

Ордена Ленина физический институт им. П Н.Лебедева (72) Авторы изобретения

{71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ВЕЩЕСТВ И УСТРОИСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к спектрос. копии миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн.

Известен способ измерения диэлектрических характеристик веществ, вклюЧающий возбуждение перестраиваемыми по частоте колебаниями сверхвысоких частот интерферометра, в одно из плеч которого помещено исследуемое вещество, и регистрацию интенсивности колебаний сверхвысоких частот на его выходе (1).

Известно устройство для измерения диэлектрических характеристик веществ,.содержащее перестраиваемый источник монохроматического излучения, размещенный на входе интерферометра, одно из плеч которого предназначено для размещения исследуемого вещества, а также регистратор выходного сигнала (1).

Однако известный способ и устройство не обеспечивают высокую точность и производительность измерений.

Цель изобретения — повышение точности и производительности.

Для этого в способе измерения диэлектрических характеристик веществ одновременно с перестройкой частоты возбуждающих колебаний сверхвысоких частот модулируют разность хода лу.чей в интерферометре, синхронно с которой регистрируют не менее двух спектральных составляющих выходного сигнала.

А в устройство для осуществления способа.в одно из плеч интерферометра введен, модулятор разности хода лучей, а на выходе регистратора включено не менее двух синхронных детекторов, входы опорного сигнала которых соединены с выходами кратных частот введенного генератора, выход основ15 ной частоты которого соединен с модулятором разности хода лучей.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Устройство для измерения диэлектрических характеристик веществ содержит перестраиваемый источник 1 моно-.. хроматического излучения, размещенный на входе интерферометра 2, в одном из плеч которого размещено исследуемое вещество 3, регистратор 4 выходного сигнала, при этом в указанном плече интерферометра 2 установлен модулятор 5 разности хода лучей, на выходе регистратора 4 включено не менее двух синхронных детекторов 6, 3

809952

+Е )(Х + Е

|s 1 9о ((>) 45

Е,= 3(u) F„(uu)e

55 где т(ш)= 4

65 входы опорного сигнала которых соединены с выходами кратных частОт генератора 7, выход основной частоты которого соединен с модулятором 5 разности хода лучей. РегистРатоР 1 4 сос- . тоит из фокусирующей линзы 8, приемника 9 и усилителя 10 °

Способ реализуется следующим обра« эом.

Излучение перестраиваемого источ>

) ника 1 монохроматического.излучения, 10 сформированное в параллельный пучок, ° проходит через интерферометр 2.

Модуляция излучения осуществляется модуляцией оптической длины пути в одном из плеч интерферометра 2, на- 15 пример в том, где помещается иссле- . дуемое вещество 3. Модулятор 5 может быть электрооптический, магнитострикционный, электродинамический.

Оптическая длина в одном из плеч изменяется с частотой Я. и амплитудой A. Сигнал с приемника 9 поступает на усилитель 10 с гребенчатой частотной характеристикой, имеющей максимумы на частотах R 2 а затем на систему синхронных детекторов 6, где он перемножается с сигналами. частот Я, 2Q,..., и Q. от генератора 7. После синхронных детекторов б компоненты сигнала поступают на многоканальный блок

11 регистрации и обработки. Работа модулятора 5 и синхронных детекторов б синхронизирована при помощи генератора 7.

Спектр сигнала приемника 9 при таком виде фазовой модуляции содержит ийформацию о фазовом спектре исследуемого вещества 3.

" Предложим, что исследуемое ве;щество 3 характеризуется комплекс- 4 ным пропусканием вида и волны, идущие пб разным путям в интерферометре 2, описываются фор,мулами

E<= j(4u)F<4v)T(e)e

((в) = 9q(te)+ — COs Q.4+4

F (а)и F (N)- передаточные функции

60 спектрометрического тракта по различным путям от источника 1 до приемника 9; )(N)- интенсивность источника 1, ф — инструментальная фаэовая расстройки интерферометра 2.

Волны Е„ и, интерферируют между собой, а йа приемнике 9 выделяется сигнал, пропорциональный реальной части суммы

Переменная составляющая сигнала, которая проходит до синхронного де- . тектора б, имеет вид б, = йТ (Е) „{Ч>) Р ((»») I()(q))CORAL((6), где (®)фФможно представить в виде суммй двух компонент

Ü "-éT(ot)s,(и)Г (в>(„(ю)сов("eossst)*

С05Во(в)Ч3-2ТЬ)) ((в) (ид?„4ь) х (((coo(st)s(s(tto(ts>,y>

После синхронного детектированйя, :например, на двух синхронных детекторах б, получаем сигналы, пропорцио,нальные амплитудам гармоник еь K T((u) F„F I(>> ()s l(о((i>) s. 6 арчь )F "ÿË(srÿ(с" )соэ(Чо())+(>3

Коэффициенты усиления К„и К легко выравниваются, тогда из соотношения величин 5 иЯ, получаем

Отсюда видно, что отношение бес» селевых функций ()/Т (Ябудет изме- ( няться с изменением частоты генератора (источнйка 1), зто можно учесть при обработке, либо устранить при измерении, уменьшая амплитуду модуляции А с ростом частоты (ю источ ника 1. В последнем случае отношение сигнал./шум) при перестройке частоты источника 1 будет зависеть исключительно от параметров источника 1 и приемника 9.

Для получения амплитудного спектра пропускания исследуемого вещества 3 необходимо провести дополнительное измерение, вынув его иэ интерферометра 2. Тогда для компонент,, например Я. и 2Р,,получим и для амплитудного спектра пропуска ния

809952

Составитель A. Кузнецов

Техред A. Бабинец Корректор О. Билак

Редактор Л. Письман

Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5

Заказ 10681/13

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Если инструментальная фазовая расстройкаЧ близка к нулю, то получаем то есть амплитудный спектр пропускания исследуемого вещества 3 равен отношению амплитуд четных гармоник спектра сигнала приемника 9, полученных с исследуеьым веществом 3 и беэ него. Полученные величины T(m) mt (ul) позволяют вычислить любые диэлектрические характеристики исследуемого вещества, как-то h (m), (ц ),6. ((O) а"(te),E(au)+Kg Г и т.A. Таким образом, способ и устройство позволяют посысить точность измерений и производительность. Время измерений сокращается в три раза по сравнению с прототипом.

Формула изобретения / (.

1. Способ измерения диэлектрических характеристик веществ, включающий возбуждение перестраиваемыми по частоте колебаниями сверхвысоких частот интерферометра, в одно из плеч которого помещено исследуемое вещество, и регистрацию интенсивности колебаний сверхвысоких частот на его выходе, о т л и ч а.ю шийся тем, что, с целью повышения точности и производительности, одновременно с перестройкой частоты возбуждающих колебаний сверхвысоких частот модулируют разность хода. лучей в интерферометре, синхронно с которой регистрируют не менее двух спектральных компонент выходного сигнала.

10 2. Устройство.для осуществления способа по п.1, содержащее перестра- иваемый источник монохроматического излучения, размещенный на входе интерферометра, одно иэ плеч которого

15 предназначено для размещения исследуемого вещества, а также регистратор выходного сигнапа, о т л и ч а ю— щ е е с я тем,. что, в одно иэ плеч интерферометра введен модулятор разности хода лучей, а на выходе ре гистратора включено не менее двух синхронных цетекторов, входы опорного сигнала которых соединены с выходами кратных частот введенного

25 генератора, выход основной частоты которого соединен.с модулятором разности хода лучей.

Источники„информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство по заявке Р 2563268/18-09, кл. G 01 Р 23/24, 1977.