Устройство для определения диэлектрической проницаемости материала

 

Изобретение относится к технике измерений в диапазоне миллиметровых и, субмиллиметровых волн и может быть использовано для измерения действительной части диэлектрической проницаемости материалов образцов, имеющих прямой двугранный угол. Устройство содержит приемник 7, измерительный прибор 8, генератор 1 СВЧ, к выходу которого подключен излучатель, выполненный в виде диэлектрического волновода 3. связанного с механизмом.2 перемещения и отсчета, и двух взаимно параллельных металлических пластин 5 и 6, при этом пластина 5 жестко закреплена на торце волновода 3 перпендикулярно его оси, а пластина 6 установлена на второй грани двугранного угла образца 4 так, что ее торец расположен в плоскости первой грани. 1 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации ио патентам и товарным знакам (21).5020982/21 (22) 03.07.91 (46) 30.1 1 .93 Бюл. Йв 43-44 (71) Институт проблем машиностроения AH Украи(72} Буданов В.Е: Евич НЛ„Калмыкова О.Б:, Суслов

HH. (73) Институт проблем машиностроения АН Украиg4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭДЕХТРИЧНЖОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА (67) Изобретение относится к технике измерений в диапазоне миллиметровых и, субмиллиметровых (в) RÖ (и) 2003991 Cl (51) 5 GO1R?7 04 G01R27 26 волн и может быть использовано для измерения действительной части диэлектрической проницаемости материалов образцов, имеющих прямой двугранный угол. Устройство содержит приемник 7, измерительный прибор 8, генератор 1 СВЧ, к выходу которого подключен излучатель, выполненный в . виде диэлектрического волновода 3, связанного с механизмом.2 перемещения и отсчета, и двух взаимно параллельных металлических пластин 5 и 6, при этом пластина 5 жестко закреплена на торце волновода 3 перпендикулярно его оси, а пластина 6 установлена на второй грани двугранного угла образца 4 так, что ее торец расположен в плоскости первой грани. 1 ил.

2003991

Изобретение относится к технике измерений в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых волн и может. быть использовано для измерения действительной части диэлек-. трической проницаемости материалов образ„цов, имеющих прямой двугранный угол, Общественная потребность оппределяется актуальностью задач неразрушающего контроля радиоволновыми методами в рамках дефектометрии, толщинометрии и т,п; в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых длин волн. поскольку попытки применения существующих устройств, реализующих традиционные способы, либо встречают серьезные технологические трудности, либо дают погрешность, которая с укорочением рабочей длины волны возрастает до неприемлемых пределов,.

Известно устройство для измерения диэлектрической проницаемости, содержащее генератор СВЧ, делитель мощности, два волноводных излучателя, плоскопараллельный диэлектрик, фазовращатель, циркулятор, детектор и измерительный прибор, Недостатком известного устройства являет. ся низкая точность определения диэлектрической проницаемости, обусловленная сложностью реализации конструкции при измерениях в субмиллиметровом диапазоне длин вол,н, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения диэлектрической проницаемости, .содержащее приемник, измерительный прибор, генератор СВЧ, соединенный с делителем мощности, к выходам которого подключен двуплечий излучатель. Принцип работы устройства заключается в облучении испытуемого диэлектрика электромагнитным полем посредством двуплечевого излучателя, изменении разности фаэ полей в плечах излучате-. ля и,йз. ерении амплитуды прошедшей волны, Недостатком известного устройства является относительная сложность его реа- . лизации и, как следствие, понижение точности определения величины диэлектрической проницаемости, обусловленное невозможностью практической реализации высокой cteпени идентичности плеч излучателя в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн.

Целью изобретения является упрощение, конструкции и повышение точности измерений в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне длин волн при определении диэлектрической проницаемости образцов, имеющих прямой двугранный угол.

Цель достигается тем, что устройство для определения диэлектрической проницаемости, содержащее приемник, измерительный прибор, генератор СВЧ, к выходу которого подключен излучатель, выполненный из диэлектрического волновода, установленного с зазором по отношению к б грани образца, связанного с механизмом перемещения волновода параллельно его оси, и двух взаимно параллельных прямоугольных металлических пластин, одна из

" которых жестко связана с диэлектрическим

10 волноводом, другая установлена с зазором по отношению к последнему, снабжено закрепленной на волноводе пластиной. установленной на его торце перпендикулярно его оси, а другая пластина расположена на второй грани двугранного угла, причем ее торец расположен в плоскости первой грани двугранного угла образца. Таким образом, физически одноплечая антенна за счет отраф жателей в эквиваленте становится двупле20 чей.

Отличительные признаки заявляемого устройства отсутствуют в прототипе и аналогичных технических решениях в данной и, смежной областях техники и обеспечивают ему соответствие критериям "новизна" и

"существенные отличия".

На чертеже приведена схема.устройст. ва для определения диэлектрической проницаемости, 30 Устройство содержит генератор 1 СВЧ, выход которого подключен к соединенному с механизмом 2 перемещения и отсчета излучателю. Излучатель выполнен из отрезка диэлектрического волновода 3, располо-.

35 женного параллельно одной из граней исследуемого образца 4, имеющего прямой двугранный угол, с зазором h относительно упомянутой грани. Величина зазора h зави.сит от рабочей длины волны и выбирается

40 такой, чтобы коэффициент передачи по мощности от волновода к контролируемой структуре при максимальной величине. плеча бк(максимальное расстояние, на которое может быть перемещена пластина) не пре45 вышал 10%, что позволяет пренебречь обратным влиянием вторичного поля на первичное, Пластина 5 жестко закреплена на волноводе 3 и установлена íà его торце перпендикулярно его оси, а пластина 6 ðàc50 положена на второй грани двугранного угла образца 4 так, что ее торец расположен в плоскости первой грани двугранного угла образца 4. Такая расстановка металлических пластин 5 и 6 реализует излучатель, 55 эквивалентный двуплечему. Дипольный приемник 7 установлен на линии. образующей с ребром исследуемого образца 4 угол

0, и связан с механизмом 8 измерения угла и регистрирующим устройством 9, например самописцем.

Я03991 где д- угол наблюдения:

k-длина волны в свободном пространстве;

Ъ

А — длина волны в диэлектрическом волноводе;

Ь; период следования"нулей амплиту15

При этом угол наблюдения О выбирают иэ соотношения бк 1 <4кй$1пд . 4К+1 где 4к — предельный размер плеча излучателя..

Использование предлагаемого устрой25 ства позволяет упростить конструкцию, реализующую двуплечий излучатель, при этом существенно повышается точность измерения диэлектрической проницаемости, сведя . к минимуму погрешности, связанные с юс3р тировкой движущихся плеч двуплечего излучателя, использованного в прототипе, (56) Авторское свидетельство СССР

М 1166012; кл. 6 01 R 27/26, 1985.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ

МАТЕРИАЛОВ, содержащее генератор. 40

СВЧ, излучатель, содержащий диэлектрический волновод, приемник и измерительный прибор, отличающийся тем, что.: излучатель дополнительно содержит две взаимно параллельные прямоугольные металлические пластины, одна из которых эа- креплена на торце диэлектрического

1 в

Составитель - В, Буданов

Редактор Т. Юрчикова Техред M.Моргентал Корректор М, Шароши

Т.ираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Заказ 3324

Производственно-издательский комбинат "Патент", 1. Ужгород, уп.Гагарина, 101

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии пластины 8 и 6 расположены так, что величина плеча излучателя. т.е. промежутка d между ними, равна нулю. С помощью. механизма 2 перемещения и отсчета волновод 3 и прилегающая к нему пластина 5 перемещаются вдоль оси волновода 3 так, что величина промежутка d изменяется от нуля до величины 4к, равной нескольким длинам волн;

Обе; прямая U> и обратная Uo. волны диэлектрического волновода 3, взаимодействуя с одной иэ плоских г ан и образца, в форме объемных волн Un u Uo распространяются

1 под одинаковыми углами к этой грани в разные стороны в образце 4. Достигая пластины 6. выполняющей функцию второго рефлектора, волна U<, отразившись от нее, 1 распространяется в том же направлении, что и волна U . Таким образом, одноплечая

1 антенна за счет отражателей в эквиваленте выполняет функцию двуплечей, т.е; ее электродинамические свойства оказываются аналогичными свойствам антенны прототи-. па, амплитуду прошедшего поля регистрируют измерительным прибором 8 при всех значениях величины промежутка 4 между пластинами излучателя 5 и 6 и, таким образом, получают зависимость амплитуды прошедшей волны от величины промежутка 4. По пс лученной зависимости определяют. величину периода следования нулей амплитуды Л и величину диэлектрической проницаемости как и в прототипе определяют иэ соотношения

, волновода, установленного с зазором по, отношению к первой грани образца, имею щего прямой двугранный угол, перпенди, кулярно к оси волновода, а другая пластина расположена на второй грани об. разца, при этом ее торец размещен в пло скости" первой .грани двугранного угла ,образца, а диэлектрический еолновад свя зан с мехаНизмом перемещения излучате- . ! ! л.я,