Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Сверхвысокочастотный влагомер, содержащий последовательно соединенные первый СВЧ генератор и первый управляемый аттенюатор, последовательно соединенные второй СВЧ генератор и второй управляемый аттенюатор, выход первого управляемого аттенюатора подсоединен к Е-входу, а выход второго управляемого аттенюатора - к Н-входу двойного волноводного тройника, первый выход которого через последовательно соединенные первый СВЧ детектор, первый дифференциальный усилитель, ко второму входу которого подключен первый выход регулируемого источника опорного напряжения, и первый фильтр нижних частот подсоединен к управляющему входу первого управляемого аттенюатора, а второй выход - к передающей антенне. Приемную антенну, второй СВЧ детектор, логарифмический преобразователь, усилитель низкой частоты, первый синхронный детектор, управляющие входы которого соединены с управляющими входами второго синхронного детектора и с выходами парафазного генератора, соединенными также с модулирующими входами первого и второго СВЧ генераторов, второй дифференциальный усилитель, первый вход которого соединен со вторым выходом регулируемого источника опорного напряжения, третий фильтр нижних частот, второй фильтр нижних частот и индикатор, отличающийся тем, что выход второго дифференциального усилителя соединен с входом второго фильтра нижних частот, а второй вход - с выходом первого синхронного детектора, выход третьего фильтра нижних частот соединен с первым входом индикатора, а его вход - с выходом второго синхронного детектора, при этом выход логарифмического преобразователя соединен с вторым дополнительным входом индикатора, а модулирующий вход первого СВЧ гензратора соединён с третьим дополнительным входом индикатора.

2. Сверхвысокочастотный влагомер по п. 1, отличающийся тем, что индикатор содержит последовательно соединенные интегрирующий аналого-цифровой преобразователь и регистр памяти, выход которого подсоединен к кодовому входу цифро-аналогового преобразователя, и суммирующий усилитель постоянного тока, первый вход которого является первым входом индикатора, второй вход его соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход - с управляющим входом цифро-аналогового преобразователя и одновременно является информационным выходом индикатора, при этом вход интегрирующего аналого-цифрового преобразователя является вторым дополнительным входом индикатора, а управляющий вход регистра памяти - его третьим дополнительным входом.

Текст

Изобретение относится к технике измерений на сверхвысоких частота х и может быть использовано для измерения влажности листовых, р улонных и др уги х материалов. Известен сверхвысокочастотный влагомер [1], содержащий управляемый по частоте СВЧ генератор, низкочастотный управляющий генератор, развязывающий аттенюатор, регулятор мощности, блок выделения отраженного сигнала, два СВЧ детектора, дифференциальный усилитель, излучающую и приемную антенны, полупрозрачный отражатель, логарифмический преобразователь, усредняющий фильтр, регулируемый видеоусилитель, усилитель огибающей, синхронный детектор, индикаторный прибор и источник опорного напряжения. Данный сверхвысокочастотный влагомер имеет сравнительно низкую точность измерения влажности потому, что при ступенчатом изменении частоты, а значит и генерируемой мощности СВЧ генератора, регулятор мощности работает в импульсном режиме, что вызывает появление дополнительной динамической погрешности при стабилизации мощности, а значит увеличивает погрешность измерения влажности. Дополнительные погрешности измерения влажности возникают также из-за амплитудно-частотных искажений в приемном тракте вследствие конечного времени перестройки СВЧ генератора. Известен также сверхвысокочастотиый влагомер [2], содержащий НЧ-парафазный импульсный генератор, первый и второй манипулируемые СВЧ генераторы, регуляторы мощности, два двойных волноводных тройника, два СВЧ детектора, две согласованные нагрузки, фильтры нижних частот, дифференциальные усилители, усилители огибающей видеосигналов, синхронные детекторы, регулируемый аттенюатор, передающую и приемную антенны, логарифмический преобразователь, регулируемый видеоусилитель, индикатор, источник опорного напряжения, два волноводных тройника, Влагомер имеет тот недостаток, что в нем используется видеоусилитель, регулировка коэффициента передачи которого осуществляется с использованием нелинейных элементов, что не позволяет достичь долговременной стабильности и точности регулировочной характеристики, что снижает точность измерения влажности, так как не позволяет в полной мере реализовать потенциальные возможности алгоритма коррекции погрешностей. СВЧ тракт влагомера, содержащий два двойных полноводные тройника, два простых волноводных тройника, регулируемый аттенюатор, согласованные нагрузки, весьма громоздок, сложен в изготовлении и настройке, впроизводственных условиях не обеспечивает стабильность своих характеристик. В основу настоящего изобретения положена задача создать сверхвысокочастотный влагомер, обеспечивающий повышение точности измерения влажности при одновременном упрощении конструкции влагомера. Поставленная задача решается тем, что в СВЧ влагомере, содержащем последовательно соединенные первый СВЧ генератор и первый управляемый аттенюатор, последовательно соединенные второй СВЧ генератор и второй управляемый аттенюатор, причем выход первого управляемого аттенюатора подсоединен к Е-входу, а выход второго управляемого аттенюатора - к Н-входу двойного волноводного тройника, первый выход которого через последовательно соединенные первый СВЧ детектор, первый дифференциальный усилитель, к второму входу которого подключен первый выход регулир уемого источника опорного напряжения, а первый фильтр нижних частот подсоединен к управляющему входу первого управляемого аттенюатора, а второй выход к передающей антенне, приемную антенну, второй СВЧ детектор, логарифмический преобразователь, усилитель низкой частоты, первый синхронный детектор, управляющие входы которого соединены с управляющими входами второго синхронного детектора и с выходами парафазного генератора, соединенными также с модулирующими входами первого и второго СВЧ генератора, второй дифференциальный усилитель, первый вход которого соединен с вторым выходом регулируемого источника опорного напряжения, второй и третий фильтры нижних частот и индикатор, согласно изобретению, выход второго дифференциального усилителя соединен с входом второго фильтра нижних частот, а второй вход - с вы ходом первого синхронного детектора, выход третьего фильтра нижних частот соединен с первым входом индикатора, а его вход - с выходом второго синхронного детектора, при этом выход логарифмического преобразователя соединен с вторым дополнительным входом индикатора, а модулирующий вход первого СВЧ генератора соединен с третьим дополнительным входом индикатора, в свою очередь, индикатор содержит последовательно соединенные интегрирующий аналого-цифровой преобразователь и регистр памяти, выход которого подсоединен к коловому входу цифро-аналогового преобразователя, и суммирующий усилитель постоянного тока, первий вход которого является первым входом индикатора, второй вход его соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход с управляющим входом цнфроаналогового преобразователя и одновременно является информационным выходом индикатора, при этом вход интегрирующего аналого-цифрового преобразователя является вторым дополнительным входом индикатора, а управляющий вход регистра памяти - его третьим дополнительным входом. Введение в схему влагомера второго дифференциального усилителя, включенного между вторым фильтром нижних частот и первым синхронным детектором, позволяет путем подачи на его второй вход напряжения от источника опорного напряжения регулировать уровень мощности СВЧ колебаний на Н-входе двойного волноводного тройника и тем самым устанавливать в "нуль" влагомера, при этом исключаются из СВЧ тракта влагомера регулируемый аттенюатор, два волноводных тройника и согласованные нагрузки, один двойной волноводный тромник, при условии согласования входов и выходов первого двойного волноводного тройника, что помимо существенного упрощения конструкции влагомера одновременно способствует повышению точности измерения влажности. Использование в схеме СВЧ влагомера индикатора с цифро-аналоговым делительным устройством, включающим интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, цифровой регистр памяти, цифро-аналоговый преобразователь и суммирующий усилитель тока, подключенного основным и дополнительными входами к выходу логарифмического преобразователя, модулирующему входу первого СВЧ генератора и через третий фильтр нижних частот - к выходу второго синхронного детектора, позволяет повысить точность измерения влажности за счет уменьшения погрешности измерения отношения сигналов в делительном устройстве индикатора. Включение третьего фильтра нижних частот обеспечивает также снижение пульсации выпрямленного напряжения на выходе второго синхронного детектора. На чертеже представлена блок-схема сверхвысокочастотного влагомера. СВЧ влагомер содержит первый и второй СВЧ генераторы 1 и 2, модулирующие входы которых подключены к парафазным выходам низкочастотного генератора 3. СВЧ генераторы 1 и 2 через управляемые аттенюаторы 4 и 5 соединены с Е и Н-входами двойного волноводного тройника 6, к второму выходу которого подключена излучающая антенна 7, а к первому выходу - первый СВЧ дегектор 8. который своим вмходом соединен с первым входом первого дифференциального усилителя 9 и входом усилителя низкой частоты 10. Второй в хор дифференциального усилителя 9 соединен с источником опорного напряжения, а выход его соединен с управляющим входом управляемого аттенюатора 4 через первый фильтр нижних частот 11. Вы ход усилителя низкой частоты 10 соединен с входом первого синхронного детектора 12, выход которого подключен к второму входу второго дифференциального усилителя 13, соединенного первым своим входом с источником опорного напряжения, а выходом - с управляемым аттенюатором 5 через второй фильтр нижних частот 14. Опорное напряжение поступает от источника 15. Контролируемый влажный материал 16 располагается между излучающей 7 и приемной антенной 17, к которой подключен второй СВЧ детектор 18, соединенный с логарифмическим преобразователем 19, к выходу которого последовательно подключены второй усилитель низкой частоты 20, второй синхронный детектор 21 и третий фильтр нижних частот 22. Управляющие входы первого 12 и второго 21 синхронных детекторов соединены с выходами парафазного генератора 3. Выход третьего фильтра нижних частот 22 соединен с первым входом индикатора, выход логарифмического преобразователя 19 соединен со вторым дополнительным входом индикатора, а модулирующий вход первого СВЧ генератора 1 соединен с третьим дополнительным входом индикатора, который включает в себя интегрирующий аналого-цифровой преобразователь 23 с регистром памяти 24, цифроаналоговый преобразователь 25 и суммирующий усилитель тока 26. СВЧ влагомер работает следующим образом: СВЧ генераторы 1 и 2, работающие поочередно под действием модулирующего напряжения парафазного генератора 3, генерируют СВЧ колебания с длинами волн l 1 и l 2 , которые через регулируемые аттенюаторы 4 и 5 поступают на Е и Н-входы двойного волноводного тройника 6, где происходит их суммирование. Часть мощности СВЧ колебаний используется на излучение антенной 7 в виде зондирующего сигнала, а часть - детектируется СВЧ детектором 8, на нагрузке которого выделяется постоянная составляющая детектирования и видеоимпульсы, амплитуда которых пропорциональна мощности СВЧ колебаний, поступающи х в Е и Н-входы двойного волноводного тройника 6. Постоянная составляющая усиливается дифференциальным усилителем 9 и через фильтр нижних частот 11 воздействует на управляемый аттенюатор 4 так, чтобы скомпенсировать изменение уровня мощности СВЧ колебаний в Евходе тройника 6. Изменяя опорное напряжение на втором входе дифференциального усилителя 9, можно регулировать уровень мощности СВЧ колебаний в Е-входе двойного волноводного тройника 6. Огибающая видеоимпульсов, которая усиливается усилителем низкой частоты 10, пропорциональна разности уровней мощности СВЧ колебаний с длинами волн l 1 и l 2 , поступающи х на Е и Н-входы тройника 6, детектируется синхронным детектором 12, усиливается дифференциальным усилителем 13 и воздействует через фильтр нижних частот 14 на управляемый аттенюатор 5 таким образом, чтобы свести к минимуму различие в уровнях мощности СВЧ колебаний на Е и Н-входах двойного волноводного тройника 6, а значит и на выходе излучающей антенны 7. Изменяя уровень опорного напряжения на первом входе дифференциального усилителя 13, можно вводить разбаланс между каналами волноводного тракта и регулировать "нуль" влагомера. Данная часть СВЧ влагомера представляет двухчасто тный источник зондирующего СВЧ сигнала с автоматической стабилизацией уровня излучаемой мощности СВЧ колебаний. Импульсы СВЧ колебаний с длинами волн l 1 и l 2 , прошедшие с затуханием, пропорциональным величине влажности, через контролируемый материал 16, воспринимаются приемной антенной 17, детектируются вторым СВЧ детектором 18 и с выхода логарифмического преобразователя 19 поступают на вход усилителя низкой частоты 20 и первый вход индикатора - вход интегрирующего аналого-цифрового преобразователя 23. Амплитуды видеоимпульсов на выходе логарифмического преобразователя пропорциональны степени затухания СВЧ колебаний с длинами волн l 1 и l 2 во влажном материале и равны соответственно U1 , U2 . Усилитель низкой частоты 20 усиливает сигнал огибающей видеоимпульсов, амплитуда которого определяется разностью U1 и U2 , поэтому сигнал на выходе фильтра нижних частот 22 будет равен: где K20, К 21, К 22 - коэффициенты передачи усилителя низкой частоты 20, синхронного детектора 21, фильтра нижних частот 22 соответственно. Выходной код интегрирующего аналого-цифрового преобразователя 23 пропорционален среднему значению входного видеосигнала: Выходной код N аналого-цифрового преобразователя 23 запоминается регистром памяти 21 на время преобразования, а перезапись кода осуществляется фронтом импульсного сигнала, поступающего с модулирующего входа СВЧ генератора 1. Цифро-аналоговый преобразователь 25 формирует на своем выходе напряжение, пропорциональное входному коду N и образцовому напряжению U обр : где No - разрядность цифроаналогового преобразователя. На первый вход суммирующего усилителя 26, являющийся одновременно первым входом индикатора, поступает напряжение U, которое преобразуется во входной ток при помощи резистора R1, на второй его вход поступает вы ходное напряжение цифроаналогового преобразователя 25 Un, которое преобразуется во входной ток при помощи резистора R2. Выходное напряжение суммирующего усилителя тока 26, являясь выходным информативным сигналом влагомера, служит образцовым напряжением цифроаналогового преобразователя 25 и определяется следующим выражением: Полученное выражение для выходного сигнала влагомера свидетельствует о том, что данная схема (индикатор) является аналого-цифровым делительным устройством и реализует алгоритм обработки измерительного сигнала, предусмотренный в прототипе, за счет чего обеспечивается автоматическая коррекция погрешности измерения влажности, обусловленной изменением толщины, плотности и температуры контролируемого материала. Погрешность выполнения операции деления определяется стабильностью резисторов R1 и R2 и разрядностью аналого-цифрового и цифроаналогового преобразователей (для 12-ти разрядов погрешность составит 0,05-0,1%). Лучшие аналоговые делительные устройства имеют на порядок большую погрешность. Таким образом, предлагаемая схема СВЧ влагомера позволяет повысить точность измерения влажности при одновременном упрощении конструкции влагомера. Функциональные узлы и блоки СВЧ влагомера могут быть выполнены на серийных электронных элементах широкого применения: СВЧ генераторы - на диодах Ганна или ЛЦД. управляемые аттенюаторы - на р-1-n диодах, СВЧ тракт - на базе волноводных или полосковых конструкций, логарифмический преобразователь, усилители низкой частоты, ди фференциальные усилители, фильтры и др. - на микросхемах серий К140, К1101, К544, аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователь, регистр памяти - на микросхемах серий К561, К572, К427 и др. В качестве прецизионных резисторов R1 и R2 можно использовать резистивные матрицы цифроаналогового преобразователя. Настройка предлагаемого влагомера сводится к установке требуемого уровня мощности СВЧ колебаний в передающей антенне и регулировке "нуля" влагомера по сухому материалу или без него, Испытания макета влагомера показали, что по сравнению с прототипом погрешность измерения влажности картона ДСП, ДВП и др. уменьшается в 2-3 раза и составляет 0.5-1.0% в диапазоне влагосодержания от 5% до 150%.

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Super-high frequency humidity meter

Автори англійською

Potapov Anatolii Oleksandrovych, Skrypnyk Yurii Oleksiiovych

Назва патенту російською

Сверхвысокочастотный измеритель влажности

Автори російською

Потапов Анатолий Александрович, Скрипник Юрий Алексеевич

МПК / Мітки

МПК: G01N 22/00

Мітки: вологомір, надвисокочастотний

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/3-2803-nadvisokochastotnijj-vologomir.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Надвисокочастотний вологомір</a>

Подібні патенти