Квазіоптичний діелектрометр

1. Квазіоптичний діелектрометр, що містить діелектричний резонатор, виконаний у вигляді диска, з двома торцевими провідними пластинами, надвисокочастотний генератор для збудження хвиль типу “шепочучої галереї” та приймач, який 3 20863 4 виділяються квазіоптичні діелектричні резонатори галереї”, котра двократно вироджена по азимута(КДР) з хвилями “шепочучої галереї”, що дозволяльному індексу. При розміщенні досліджуваного ють працювати у достатньо широкому діапазоні діелектричного матеріалу в щілині знімається видовжин хвиль [Диэлектрические резонаторы. /М.Е. родження власних коливань, яке властиве резонаИльченко, В.Ф. Взятышев, Л.Г. Гасанов и др. /Под торам біжучої хвилі. Кожна з резонансних частот ред. М.Е. Ильченко. -М: Радио и связь, 1989. вимірювального резонатора розщеплюється на дві 328с.]. стоячі хвилі, одна з них має пучність поперечного Відомо, що для дослідження матеріалів з діе(електричного) поля, а друга - вузол того ж поля в місці знаходження нерегулярності. Недоліком цьолектричною проникністю e’=1-100 та тангенсом го пристрою є необхідність виготовлення вимірюкута діелектричних втрат tg d=(e’’/e’)£10-1 у діапазовальних зразків за розмірами щілини або отвору у ні частот 20-300ГГц доцільно використовувати в резонаторі, досить великі розміри зразків, інакше діелектрометрах вимірювальний діелектричний необхідно враховува ти повітряні зазори у щілині резонатор з азимутальними коливаннями [Диэлекчи отворі, що знижує точність вимірювання діелектрические резонаторы /М.Е. Ильченко, В.Ф. Взятричної проникності. Не можна на цьому пристрої тышев, Л.Г. Гассанов и др.; Под ред. М.Е. Ильченвимірювати дійсну та уявн у частини діелектричної ко. -М: Радио и связь, 1989. - 328с.] Вибір проникності рідин, сипучих та газоподібних речоматеріалу для виготовлення вимірювального діевин. лектричного резонатора залежить від величин e’ Найбільш близьким за технічною суттю є квата e’’ матеріалу, що досліджується. Якщо дослізіоптичний діелектрометр [Патент України №59568 джуються речовини з малими втратами tgd£10-3 та А МКИ 7 , G01R27/26, 2003], який містить вимірювадіелектричними проникностями e’³10, то й матерільний діелектричний резонатор, поєднаний з надал для виготовлення вимірювальне резонатора високочастотним генератором для збудження доцільно вибрати з подібними характеристиками: хвиль типу „шепочучої галереї” та приймачем. У наприклад, діелектричній дисковий резонатор з резонаторі, затиснутому двома металевими пласлейкосапфіру забезпечує похибку при вимірюванні тинками з отворами, створена канавка з концентe’ @ 0,05%, а tgd = 1%. Високі точності в таких реричними боковими поверхнями так, щоб досліджузонаторах обумовлені їх високою власною добрована речовина, що заповнює цю канавку, тністю Qo в міліметровому діапазоні хвиль (Qo~105 взаємодіяла з полем хвилі „шепочучої галереї”, які 8 9 при кімнатній температурі та Q o~10 -10 при темзбуджуються діелектричними хвилеводами. Канапературі рідкого гелію). Недоліками цього матеріавка заповнена вимірювальною речовиною фіксулу є анізотропія діелектричної проникності лейкоється знизу дном канавки, а з верху - одною з месапфіру (eII = 11.6; e^ = 9.6;), що необхідно брати талевих пластин. Спектр резонансних частот до уваги в прецизійних вимірюваннях, а також трукільцевого діелектричного резонатора вимірюєтьднощі при обробці цього матеріалу, його твердість ся за схемою „на проходження” при слабкому дорівнює 9, а питома вага - 4, тому обробку прозв’язку. Експериментальне вимірюються частоти водять алмазними інструментами. та добротності коливань, що спостерігаються, виВідомим є діелектричний резонатор, який дозначається їх тип, а потім виміряні частоти та добзволяє вимірювати діелектричну проникність ріротності порівнюються з теоретичними. дин, газів та сипучих матеріалів з малими втратаНедоліком цього пристрою є неможливість йо3 ми [А.с. СССР №1107072 МКИ G01R 27/26; G01К го використання для дослідження рідин малих 7/10, 1984], який виготовлено у вигляді циліндра із об’ємів, до яких можуть відноситись біологічні високодобротного діелектрика з осьовим отвором, об’єкти та різні бінарні з’єднання та які мають векільцевими канавками по боковій поверхні, ликі значення діелектричних втрат. При роботі з з’єднаними з осьовим отвором радіальними проданим типом резонатора досліджуваній речовині ходами. Недоліками цього пристрою є відносна надається форма диска (кільця). В цьому випадку, складність резонатора, велика кількість рідини або при роботі з рідкими діелектриками важко забезгазу для повногозанурення резонатора в досліпечити однорідність досліджуваної речовини, що джувану речовину, розміри резонатора повинні виміряється, по товщині, яка порушується унаслізадовольняти певним умовам, що пов’язують радок поверхневого натягнення або утворення пухидіус резонатора з довжиною хвилі та діелектричрців на поверхні в області поля. Ці труднощі особними проникностями матеріалу резонатора та доливо виразні у разі рідин, які мають високі сліджуваної речовини. Діелектрична проникність діелектричні втрати (наприклад, вода, ацетон та речовини має бути меншою від проникності матеінші). Наявність навіть дуже маленького пухирця ріалу резонатора. повітря в канавці з рідиною може привести до веВідомий пристрій для вимірювання параметрів ликих погрішностей, що унеможливлює її дослідіелектричних матеріалів [А.с. СССР №991828 джування у динамичному режимі. МКИ 4 G01R 27/26, 1985]. Він має вимірювальний В основу корисної моделі поставлено задачу резонатор у вигляді діелектричного диску з виріудосконалення квазіоптичного діелектрометра зом, поєднаного з надвисокочастотним генератошляхом взаємодії хвилі “шепочучої галереї” макром, та індикатор. Виріз може бути виконаний у симальної амплітуди поля з досліджуваною речовигляді радіальної щілини або отвору, вісь якого виною, що забезпечить підвищення точності виміпаралельна осі діелектричного диску, окрім цього рювання та розширення діапазону значень пристрій має механізм, що змінює ширину радідіелектричних втрат. альної щілини. У вимірювальному діелектричному Поставлена задача вирішується тим, що у кварезонаторі збуджується хвиля типу „шепочучої зіоптичному діелектрометрі, що містить вимірюва 5 20863 6 льний діелектричний резонатор, виконаний у вихвиль по периметру резонатора. Ємність 3 може гляді диска, з двома торцевими провідними пласбути виконана з можливістю дослідження речовитинами, надвисокочастотний генератор для збуни, як фіксованого об’єму за п. 1 формули, так і дження хвиль типу “шепочучої галереї” та для проточної речовини через отвори у резонаторі приймач, згідно корисної моделі, у резонаторі має 7 та металевій пласгині 8, розташовані на відстані r1=R/2 (де R- радіус резонатора) від бокової повемісце радіальний отвір радіусом r0£lр/2 (де lр рхні резонатора і з’єднані з радіальним отвором 2 довжина хвилі у рідині) для розміщення в ньому ємності з досліджуваною речовиною. Резонатор та у разі використання формули за п. 2. Запропонований пристрій працює таким чиодна з торцевих провідних пластин можуть мати ном: у діелектричному резона горі 1 з дзеркальниспіввісні отвори, з’єднані з радіальним отвором і ми діелектричними хвилеводами 5 та 6 збуджурозташованими на відстані r1=R/2 (де R - радіус ються хвилі “шепочучої галереї”. Спектр резонатора) від бокової поверхні резонатора, а ємність може бути виконана з можливістю перемірезонансних частот резонатора 1 вимірюється за схемою „на проходження” при слабкому зв’язку. щення досліджуваної речовини. Експериментальне вимірюються частоти та доброСуть корисної моделі пояснюється ілюстрацітності коливань, що спостерігаються, визначаєтьями: на Фіг.1 зображено діелектрометр за п. 1; на ся їх тип, а потім виміряні частоти та добротності Фіг.2 зображено діелектрометр за п. 2; на Фіг.3 показано порівняння частотного зсуву для досліпорівнюються з відповідними величинами для резонатора - зразками, виміряними на цьому ж діеджуваних рідин (етиловий спирт, ацетон, вода), лектрометрі, або порівнюються з теоретично розрозташованих у ємності, відносно ємності з повітрахованими, що дає можливість, в подальшому, ряним заповненням. отримувати діелектричні характеристики досліЗапропонований квазіоптичний діелектрометр має діелектричний резонатор 1, з радіальним джуваних речовин. Запропонований квазіоптичний діелектрометр отвором 2 радіусом r0£lр/2 (де lр - довжина хвилі у було виготовлено та випробувано у діапазоні 36,5рідині) для розміщення в ньому ємності 3 з дослі41,0ГГц, діаметр резонатора дорівнював 78мм, джуваною речовиною, який затиснуто між двома його висота - L = 7,2мм, внутрішній діаметр ємносметалевими пластинами 4. Для збудження хвиль ті для дослідження речовини змінювався від 0,3мм “шепочучої галереї” у діелектричному резонаторі до 2,6мм. Найменший внутрішній діаметр ємності з використовуються дзеркальні хвилеводи 5 та 6, які фторопласту забезпечував мінімальну кількість з одного боку з’єднані з генератором (хвилевод 5), досліджуваної речовини, що досить вагомо для а з другого - з приймачем (хвилевод 6). Висоту h біофізичних та медико-біологічних досліджень. резонатора 1 вибрано такою, щоб збуджувалися Квазіоптичний діелектрометр було випробувалише коливання з аксіальним числом 1, це виконо на рідинах - вода, етиловий спирт, ацетон, в нується за умови L£ln, де ln - довжина хвилі, на тому числі, в динамічному стані - при проходженні якій працює діелектрометр, а радіус вимірювальрідини через ємність розташовану у peзoнaтopі. ного резонатора R=ln/2np, де n - число довжин 7 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 20863 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601