Устройство для измерения изменений диэлектрической проницаемости

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Реслублнн,е

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено. 240779 . (21) 2802641/18-09 (1М с присоединением заявки Нов (23) Приоритет—

G 01 R 27/26

Государствеммый комитет

СССР по делам мзобретеммм м открытка

Опубликовано 151081. Бюллетень Н9 38

Дата опубликования описания 15.1081 (И) УДК 6 21, 3 1 7, .335.3(088 ° 8) (72) Авторы изобретения

A.À.Ïîòàïîâ и А.Н.Богачев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ПРОНИЦАЕМОСТИ

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться при измерении рефракции атмосферы, при изучении кинетических процессов в диэлектриках и измерениях диэлектрических свойств веществ в зависимости от параметров состояния.

Известно устройство для измерения изменении диэлектрической проницаемости (ДП ) содержащее последовательно соединенные модулятор, сверхвысокочастотный (СВЧ) генератор н изме". рительный резонатор, направленный ответвитель, одно плечо которого соединено с опорным резонатором, соеди- 15 ненным с первым детектором, второй детектор t 1 ).

Однако такое устройство имеет невысокую точность измерения. цель изобретения - повьааение точ- 20 ности измерений.

Для этого в устройство для измерения изменений диэлектрической проницаемости, содержащее последовательно соединенные модулятор, сверхвысокочастотный генератор и измерительный резонатор, направленный ответвитель, одно плечо которого соединено с опорным резонатором, соединенным с первым детектором, второи детектор. 30 введены измеритель эффективного напряжения, дифференциальный усилитель и пиковый вольтметр, при этом к выходу измерительного резонатора подключен направленный ответвитель, другое плечо которого соединено с последовательно соединенными вторым детектором, измерителем эффективного напряжения.и пиковым вольтметром, причем выход первого детектора и другой выход второго детектора подключены ко входам дифференциального усилителя, выход которого соединен с другим входом пикового вольтметра.

На фиг. 1 дана структурная электрическая схема предложенного устройства, на фиг. 2 и 3 — эпюры напряжений.

Устройство содержит модулятор 1, СВЧ генератор 2, измерительный резонатор 3, направленный ответвитель .4, опорный резонатор 5, детекторы 6 и 7, измеритель 8 эффективного напряжения, дифференциальный усилитель 9 и пиковый вольтметр 10.

Устройство работает следующим образом.

В режиме измерения изменений (ДПу от СВЧ генератора 2, модулированного

873156 по синусоидальному закону, СВЧ мощность подается на измерительный резонатор 3, на выходе которого (при условии совпадения их частоту выделяется резонансный импульс измерительного резонатора 3.

UB

Им к 2aga 4-Q цъм. > где Ц„ „ — добротность измерительного резонатора 3, д - расстройка частоты по отношению к резонансной час.тоте.

Мощность с измерительного резонатора 3, пройдя через направленный .ответвитель 4, поступает на опорный резонатор 5 и при условии перекрытия резонансных частот на выходе опорного резонатора 5 и соответственно на детекторе 6 выделяется СВЧ мощность, пропорциональная напряжению

Ои

15

Оп гдето „- добротность опорного резо25 натора 5, А|оп - относительная расстройка частоты опорного резонатора 5 по отношению к резонансной частоте. зо

Одновременно часть мощности после измерительного резонатора 3 поступает через направленный ответвитель 4 .на детектор 7. Оба напряжения детекторов 6 и 7 подаются на дифференциаль-З5 ный усилитель 9, на выходе которого формируется результирующий импульс, равный разности резонансных импульсов измерительного и опорного резонаторов 3 и 5. При точном равенст- 4Q ве частот опорного и измерительного резонаторов 5 и 3(

При отклонении от равенства частот опорного и измерительного резонаторов 5 и 3(f Ф1 „)мощность, проходящая через ойорный резонатор 5, уменьшается, напряжение на первом входе . дифференциального усилителя 9 также уменьшается, а его выходное напряжение возрастает с. увеличением частотной расстройки между опорным и измерительным резонаторами 5 и 3.

В соответствии с формулой (иъм

ИЗ% Otl ИЪМ с. 2ДР с п ) ао" )

Qon нзм 4+ Ц )z можно установить закон изменения выходного напряжения дифференциального усилителя 9 в зависимости от 65

dO относительной расстройки частот опорного и измерительного резонаторов 5 и. 3(ДЩ . Это напряжение подается на пиковый вольтметр 10, который регистрирует результирующее амплитудное напряжение дифференциального усилителя 9 ° В данном устройстве за счет последовательного включения измерительного и опорного резонаторов 3 и 5 реализовано непосредственное преобразование изменения частоты измерительного резонатора 3 в напряжении постоянного тока на резонансной кривой опорного резонатора 5.

На фиг, 2 даны эпюры напряжений при различных соотношениях частот опорного и измерительных резонаторов

5 и 3, которые поясняют формирование выходного сигнала измерителя .ДП. В режиме измерения мнимой составляющей

ДП (т. е.Я"=ЯЪ уД ) резонансный им-, пульс измерительного резонатора 3, выделяемый на детекторе 7, подается на измеритель 8 эффективного напряжения, шкала коТорого может быть проградуирована в единицах Я (или tgdф

Такая возможность следует из.того, что проходящая через опорный резонатор 5 мощность зависит от добротности и, следовательно, от тангенса угла

$gg потерь вещества, находящегося в измерительном резонаторе 3. Однозначность отсчета показании Г (т.е. установка нуля прибора) достигается тем, что напряжение на управляющем по частоте элементе СВЧ генератора 2 выбирается таким образом, чтобы напряжение измерителя 8(U ) было минимальным. Этим самым выбирается наибольшая крутизна перестройки частоты СВЧ генератора 2 и наименьшая площадь перекрытия резонансной кривой измерительного резонатора 3. На фиг.3 показаны эпюры напряжений на выходе детектора 7 при двух значениях крутизны модулирующего напряжения в точке равенства частот СВЧ генерато-. ра 2 и измерительного резонатора 3.

Для зависимости показаний измерения ДП от изменения добротности измерительного резонатора 3 выходное напряжение измерителя 8 эффективного напряжения подается на управляющии элемент пикового вольтметра 10.

В предложенном устройстве возможность применения модулятора 1 синусоидального напряжения позволяет упростить схему выделения резонансных импульсов резонаторов; например используя питающую сеть. В устройстве реализо.вано непосредственное преобразование частоты в напряжение на измерительном резонаторе 3 когда полезная информация(Я и Я") отображается выходнйм сигналом (без введения спе-. циальных блоков преобразования частоты), эа счет чего схема предельно упрощена и включает только блоки, необходимые для работы регистрирующих приборов", пиковый вольтметр 10. 873156 и измеритель 8 эффективного напряжения. В устройстве легко достигается изменение постоянной времени цепи пикового вольтметра 10 и тем семью эффективно регулируется стабильность устройства при заданном усреднении регистрируемой величины. Ус ".ройство имеет диапазон ДП, за пределами которого выходной сигнал принимает максимальное и постоянное значение, что делает такое устройство предельно надежным в пороговых режимах (при контроле за заданным уровнем некоторой физической величины) . Одновременно и непрерывно может осуществляться запись изменений ДП по действительной и мнимой составляющей ДП. Конструкция предложенного устройства позволяет уменьшить вес до минимума, что особенно важно при построении радиорефрактометров и переносных измерителей ДП.

Формула изобретения

Устройство для измерения изменений диэлектрической проницаемости, содержащее последовательно соединенные модулятор, сверхвысокочастотный генератор и иэ:верительный резонатор, направленный ответвитель, одно плечо которого соединено с опорным резонатором, соединенньм с первым детектором, второй детектор, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены измеритель эффективного напряжения, дифференциальный усилитель и пиковый вольтметр, при этом к выходу измерительного резонатора подключен направленный ответвитель, другое плечо которого соединено с . последовательно соединенными вторым детектором, измерителем эффективного

15 напряжения и пиковыми вольтметром, причем выход первого детектора и другой выход второго детектора подключены ко входам дифференциального усилителя, выход которого соединен

Щ с другим входом пикового вольтметра °

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. йвторское свидетельство СССР

В 322708, кл. G 01 и 23/24, 1970 прототип).