Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материала

Авторы патента:

G01R27/26 - для измерения индуктивности и(или) емкости; для измерения добротности, например резонансным способом; для измерения коэффициента потерь; для измерения диэлектрических постоянных

Изобретение относится к радиотехническим измерениям и обеспечивает увеличение диапазона измерения. Устрво содержит СВЧ свип-генератор 1, направленный ответвитель 2, измерительную ячейку 3 с исследуемым материалом. СВЧ-детектор 4 и индкатор 5. Измерительная -ячейка 3 выполнена в виде коаксиальной короткозамкнутой на конце линии. Кювета для исследуемого материала выполнена в виде тонкостенного диэл. цилиндра с тонкопленочньм поглотителем и установлена между торцом коаксиальной линии и центральным ее проводником заподлицо с центральным проводником.Частотно-модулированный сигнал СВЧ свип-генератора 1 через направленный ответвитель 2 поступает на измерительную ячейку 3. Измерение диэл. проницаемости исследуемого ма териала сводится к определению длины волны, соотв. полному отражению входного сигнала из-за шунтирующего действия ячейки 3 с исследуемым материалом . Отраженный сигнал через направленный ответвитель 2 и СВЧ-детектор 4 поступает на индикатор 5. 4 ил. с S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (so 4 С 01 R 27/26 ф (1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3998284/24-09 (22) 30.12.85 (46) 30.03.88. Бюл. У 12 (7 1) Саратовский политехнический институт (72) Ю.С.Архангельский, В.А.Коломейцев и А.P.Æåëåçíÿê (53) 621,317,335,3(088.8) (56) Брандт А.А. Исследование диэлек-. ,триков на сверхвысоких частотах. М.:

Наука, 1963, 191-199.

Там же, с. 176-177. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА! (57) Изобретение относится к радиотехническим измерениям и обеспечивает увеличение диапазона измерения. Устрво содержит СВЧ свип-генератор 1, направленный ответвитель 2, измерительную ячейку 3 с исследуемым материалом, 1:3Ч-детектор 4 и индкатор 5. Измерительная .ячейка 3 выполнена в виде коаксиальной короткозамкнутой на конце линии. Кювета для исследуемого материала выполнена в виде тонкостенного диэл. цилиндра с тонкопленочньм.поглотителем и установлена между торцом коаксиальной линии и центральным ее . проводником заподлицо с центральным

I проводником. Частотно-модулированный сигнал СВЧ свил-генератора 1 через направленный ответвитель 2 поступает на измерительную ячейку 3. Измерение диэл. проницаемости исследуемого ма териала сводится к определению длины волны, соотв. полному отражению входного сигнала из-за шунтирующего действия ячейки 3 с исследуемым материалом. Отраженньй сигнал через направ- ленный ответвитель 2 и СВЧ-детектор 4 поступает на индикатор 5. 4 ип.

1385091

Изобретение относится к радиотехническим измерениям параметров диэлектриков с помощью коаксиальной линии передачи. 5

Целью изобретения является увеличение диапазона измерения.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема устройства для измерения диэлектрической проницае- 10 мости материалов на фиг.2 вЂ” измерительная ячейка в виде коаксиальной короткозамкнутой на конце линии; на фиг.3 вЂ” эквивалентная схема измерительной ячейки, на фиг.4 вЂ” графики 15 зависимостей составляющих входного сопротивления измерительной ячейки от длины волны.

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов содержит СВЧ свип-råíåðàòîð 1, направленный ответвитель 2, измерительную ячейку 3 с исследуемым материалом, СВЧ-детектор 4, индикатор 5.

Измерительная ячейка содержит внешний проводник 6, центральный проводник 7, тонкопленочный поглотитель

8, тонкостенный диэлектрический цилиндр 9, исследуемый материал 10.

На эквивалентной схеме (фиг.3) короткозамкнутого отрезка коаксиальной линии с исследуемым материалом обозначено: R вЂ” сопротивление тонкопленочного поглотителя, Х вЂ” сопротивление диэлектрического материала 35

2,, вЂ” входное сопротивление измерительной ячейки.

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов работает следующим образом. 40

С СВЧ свип-генератора 1 через направленный ответвитель 2 подают частотно-модулированный сиг нал на измерительную ячейку 3. Измерительная ячейка 3 представляет собой частично 45 заполненный диэлектриком отрезок коаксиальной линии, где исследуемый материап 10 помещают в тонкостенный диэлектрический цилиндр 9, который вместе с исследуемым материалом 10 образует подложку, на внешнюю. поверхность которой нанесен тонкопленочный поглотитель 8, включенный в разрыв центрального проводника 7 коаксиальной короткозамкнутой на конце линии.

Активное сопротивление тонкопленочного поглотителя R шунтируется реактивным сопротивлением материала Х.

Входное сопротивление такого отрезка линии опредепяют следующим известным соотношением: ВХ RX2

М « ьх R+ jX Кг +Хг

Z + jZ

R2X

R2 + Хг

2 d

377 о( где Х = -=-. (2) ч (вЂ”. ()

2Х<1

Г вЂ” диэлектрическая проницаемость материала;

d вЂ” диаметр материала;

Х, I вЂ” функции Бесселя нулевого и первого порядка.

Ъ вЂ” длина волны.

На фиг.4 показан ход зависимости действительной и мнимой составляющих входного сопротивления от длины волны. В окрестности % = % „„, входное сопротивление имеет резонансный характер, выражающийся в том, что ак- . тивная часть входного сопротивления

Z падает до нуля при O = h „ а реактивная составляющая Z" "меняет знак.

Определяют спектр собственных частот измерительной ячейки.

X = 0, l, (- вЂ” Г) = О, .2nd

2М . откуда . = 2,405

2.405 ()г а нт (Таким образом, измерение диэлектрической проницаемости исследуемого материала 10 сводится к определению соответствующей полному отражению входного сигнала из-за шунтирующего действия подложки, который через направленный ответвитель 2 и

СВЧ-детектор 4 поступает на индика тор.5.

Формул а и э о 6 р е т е н и я

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов, содержащее последовательно соединен" ные СВЧ генератор и измерительную ячейку, выполненную в виде коаксиальной короткозамкнутой на конце лиl RX2 (Э)= вЂ” вЂ” вЂ” -=0 (3) унт у + Хг

Так как R Ф 0 и не зависит от частоты, то для выполнения (3) необходимо

1385091

10 иа.

Фиг. Х нии, между торцом и центральным проводником соосно с ним установлена кювета для исследуемого материала, которая выполнена в виде тонкостенного диэлектрического цилиндра, и индикатор, отличающееся тем, что, с целью увеличения диапазона измерений, в качестве СВЧ генератора используют СВЧ свил-генератор, введен направленный ответвитель, включенный между выходом СВЧ свип-генератора и измерительной ячейкой, боковое плечо направленного ответвителя, ориентированное на отраженную волну, соединено с индикатором, кювета для исследуемого материала размещена заподлицо с центральным проводником измерительной ячейки, на внешней поверхности тонкостенного диэлектрического цилиндра кюветы для исследуемого материала нанесен тонкопленочный поглотитель.

1 38 5091

С ос тав ит ель А. Лысов

Техред Л. Сердюкова

Редактор Н. Горват

Корректор В.Бутяга

Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Ь»

Заказ 1411/44

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материала

Похожие патенты:

Емкостный датчик // 1385090

Изобретение относится к технике , измерений электрических параметров лакокрасочного покрытия в процессе его формщ)ования на подложке и может быть использовано для контроля процесса высыхания и старения лакокрасочного покрытия

Измеритель параметров диэлектрических сред и материалов // 1383226

Ячейка для измерения диэлектрических характеристик материалов // 1383171

Изобретение относится к радиоизмерительной технике СВЧ и обеспеч ивает возможность измерения магнитных характеристик образцов

Способ контроля плотности сердцевины шнуровых изделий при формовании // 1377767

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля плотности заполнения сердцевины огнепроводных, детонирующих и т.п

Устройство для определения параметров колебательных контуров // 1374146

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и позволяет повысить точность измерения добротности колебательных контуров (К) и реактивностей низкодобротных К

Способ измерения параметров rc- и rl-цепей // 1372250

Цифровой измеритель clr-параметров двухполюсников // 1370613

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров комплексных сопротивлений и проводимостей емкостного и индуктивного характера

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости // 1368816

Устройство для измерения емкости конденсаторов с сопротивлением утечки // 1368815

Устройство для измерения параметров r @ с @ двухполюсников, входящих в состав трехполюсной замкнутой электрической цепи // 1364999

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет повысить точность измерения, быстродействие и надежность устройства.Для этого в устройство, содержащее три клеммы 17-19 для подключения исследуемой цепи, операционный усилитель 15 и кнопку 11, введены генератор 1 прямоугольных импульсов, коммутатор 2, счетчик 3, цифроаналоговые преобразователи 4 и 5, фильтры 6 и 7, источники 8 и 9 образцового напряжения и тестового воздействия, счетчик 10 числа преобразований, триггер 12 запуска , управляющий счетчик 13, аналого-цифровой преобразователь 14, управляемый ключ 20 и блок 22 вычисления

Способ измерения rlc-параметров // 2100813

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в приборах для измерения неэлектрических физических величин посредством емкостных, индуктивных или резистивных датчиков

Способ измерения параметров rlc-цепей // 2100814

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в приборах для измерения неэлектрических физических величин посредством емкостных, резистивных или индуктивных датчиков

Способ определения диэлектрической проницаемости материала // 2103673

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике измерений макроскопических параметров сред и материалов, и, в частности, может использоваться при неразрушающем контроле параметров диэлектрических материалов, из которых выполнены законченные промышленные изделия

Устройство для контроля дефектов в изделиях из диэлектрических материалов // 2103700

Изобретение относится к технике измерений с помощью электромагнитных волн СВЧ диапазона и может использоваться для дефектоскопии строительных материалов различных типов с различной степенью влажности

Устройство для измерения параметров диэлектриков // 2106648

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, может быть использовано для измерения диэлектрических характеристик веществ с помощью емкостного или индуктивного датчика

Способ и устройство для емкостной температурной компенсации и двухпластинчатый емкостной преобразователь давления для его реализации // 2108556

Устройство для измерения диэлектрических параметров среды // 2109274

Изобретение относится к электронному приборостроению и может быть использовано для контроля и измерения диэлектрических параметров различных сред

Способ измерения электрической емкости между двумя проводящими телами и устройство для его реализации // 2110074

Изобретение относится к измерению электрических величин, в частности емкости

Способ и устройство для передачи электромагнитного сигнала через конфигурацию земли // 2111507

Изобретение относится к способам и устройству для передачи электромагнитных сигналов в землю через конденсатор

Устройство для определения тангенса угла диэлектрических потерь // 2115131

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при измерении тангенса угла диэлектрических потерь твердых изоляционных материалов, жидких диэлектриков, например, трансформаторного масла