Спосіб вимірювання діелектричної проникливості листових матеріалів

Изобретение относится к технике измерений на СВЧ. Цель изобретения повышение точности измерений. Способ измерения реализуется следующим образом. СВЧ-сигнал фиксированной стабильной частоты со разделяют на измерительный сигнал (ИС) и опорный сигнал. ИС смещают по частоте низкочастотным сигналом U 2 . Смещенный по частоте СВЧ-сигнал проходит через ис- • следуемый материал с диэлектрической проницаемостью и принимается приемной антенной. ИС с частотой ей -я, прошедший через исследуемый материал, смешивается с опорным сигналом и выделяется низкочастотный ИС, который , сравнивают по фазе с сигналом Мг и уменьшают частоту низкочастотного /2 ї" C/(F, -F2 )d+tj z , ї где ср0 - величина дополнительного фазового сдвига (ФС); С - скорость * распространения электромагнитной энергии в свободном пространстве; d - толщина исследуемого материала; F, и Р 2 - смещение частоты низкочастотного сигнала до и после введения дополнительного ФС. 1 ил. Со СО 1 1453337 Изобретение относится к технике измерений на СКЧ. Цель изобретения - повышение точности измерений. На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства, реализующего способ измерения диэлектрической проницаемости листовых материалов. 10 Устройство содержит СВЧ-генератор 1, направленный ответвитель 2, блок 3 • сдвига частоты, низкочастотный генератор 4, излучающую антенну 5, исследуемый материал 6, приемную антенну 7, смеситель 8, фазовращатель 9, фильтр 10 нижних частот (НЧ), усилитель 11 низкой частоты, фазовый детектор 12, фильтр 13 НЧ, индикатор . 14, фильтр 15 ИЧ, частотомер 16. 20 Устройство работает следующим образом. Сигнал СВЧ-генератора 1 с помощью направленного ответвителя 2 разделяется на измерительный и опорный. Из- 25 мерительный сигнал смещается по частоте в блоке 3 сдвига частоты сигналом НС-генератора 4. Смещенный по частоте сигнал поступает в излучающую антенну 5. Энергия СВЧ-сигнала, прошедшего через исследуемый материап 6, принимается приемной антенной 7 и поступает на один из входов смесителя 8, на другой вход которого поступает опорный сигнал. В опорном канале включен фазовращатель 9, вначале 35 установленный в нулевое положение. Из смешанных СВЧ-колебаиий фильтром 10 нижних частот выделяется сигнал с частотой НЧ-генератора 4, фаза которого пропорциональна значению ди- 40 электрической проницаемости исследуемого материала 6. Выделенный сигнал усиливается усилителем 11 и поступает на один из входов фазового детектора 12, на другой вход которого по- 45 ступает через фильтр 15 НЧ, аналогичный фильтру 10, напряжение с генератора 4. Выходное напряжение фазового детектора 12, пропорциональное разности фаз входных напряжений, через 50 фильтр 13 НЧ, который выделяет постоянную составляющую напряжения, воздействует на индикатор 14. Изменением частоты НЧ-генератора 4 устанавливают нулевое показание индикатора 14 и производят отсчет частоты Fi НЧ-сигнала по цифровому частотомеру 16, Затем фазовращате лем 9 вводят дополнительный фазовый сдвиг ц>0 в опорный канал. Изменением частоты НЧ-генератора 4 восстанавливают нулевое показание индикатора 14 и измеряют частоту F a НЧ-сигнала. По калиброван''ому фазовому сдвигу tp0 фазовращателя 9 и двум значениям частот F и F НЧ-генератора 4 определя ют диэлектрическую проницаемость исследуемого материала 6, который может перемещаться между антеннами 5 и 7. Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию изобретения новизна. Соответствие критерию изобретения существенные отличия заключается в следующем. Совокупность новых операций смешивания смещенного по частоте СВЧ-сигнала с СВЧ-сигналом фиксированной частоты, выделение сигнала частоты смещения, регулирования его частоты до совпадения его фазы с фазой смещающего сигнала, измерения ее значения, введения дополнительного фазового сдвига в СВЧсигнал фиксированной частоты, который выбирают больше порога чувствительности в пять-десять раз, измерения ее значения и вычисления диэлектрической проницаемости исследуемого материала по формуле позволяет повысить точность измерения диэлектрической проницаемости листовых и рулонных материалов. Способ измерения диэлектрической проницаемости листовых материалов реализуется следующим образом. СВЧ-сигнал фиксированной стабильной частоты с : U, =11^^ cosfot+q»,), о 1 где U m , - амплитуда сигнала; с , / его фаза, разделяют на измерительный и опорный. Измерительный сигнал смещают по частоте НЧ-сигналом U 2 =Urnlcos(at + tpj) , где U m i - амплитуда сигнала; q>2 - его фаза, и передают на излучающую антенну. Смещенный по частоте СВЧ-сигнал где U m , - амплитуда сигнала; Ц,- q>z- его ф а з а , проходит через исследуемый материал с диэлектрической проницаемостью £ и принимается приемной антенной. При толщине исследуемого материала d при55 нятый сигнал запаздывает относительно опорного сигнала на время it=-(-|c-1) , где С - скорость распространения 1453337 электромагнитной энергии в свободном зультате смешивания смещенных (То~ч7Гспространстве. тоте сигналов с СВЧ-сигналом, нахот Измерительный сигнал с частотой дилась в пределах 20 - 30 МГц. (О-Я, прошедший через исследуемый материал, смешивается с опорным сигнаФ о р м у л а и з о б р е т е н и я лом, и выделяется низкочастотный измерительный сигнал Способ измерения диэлектрической проницаемости листовых материалов -(G)-a) A t+ 1Q на СВЧ, заключающийся в разделении СВЧ-сигнала на опорный и измерительгде и^,, - амплитуда сигнала. ный сигналы, облучении измерительным Низкочастотный измерительный сигсигналом, смещенным по частоте низконал сравнивают по фазе с низкочастотчастотным сигналом исследуемого матеным сигналом U и уменьшают частоту низкочастотного сигнала до получения 15 риала, формирование смешанного сигнала "путем смешения опорного и пронулевой разности фаз шедшего через исследуемый материал сигналов, регулировании частоты низкочастотного сигнала до совпадения где К=0,1,2,3 целые числа, характеризующие число 20 фаз сигналов, смещении частоты СВЧсигнала низкочастотным сигналом до полных циклов; следующего совпадения фаз, измерении круговая частота смещения частоты сигнала с последуюсмещения, соответщим расчетом диэлектрической прониствующая нулевой разности фаз (c?,*tt) 25 цаемости, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, Затем дополнительно задерживают выделяют измерительный низкочастотопорный сигнал фиксированной частоты ный сигнал из смешанного сигнала, Л на фазовый угол (f0 и вновь уменьшают частоту НЧ-сигнала до восстановлесмешивают его с низкочастотным сигния нулевой разности фаз 30 налом, добиваются совпадения фаз измерительного низкочастотного сигнала и низкочастотного сигнала, изменяют фазу опорного сигнала, вновь перегде 0.2- круговая частота смещения, .страивают частоту низкочастотного восстанавливающая нулевую сигнала до совпадения фаз измеритель' разность Фаз (О^Сї,). 35 ного низкочастотного сигнала и Диэлектрическую проницаемость иснизкочастотного сигнала, измеряют следуемого материала определяют по второе смещение частоты, а диэлектформуле рическую проницаемость рассчитывают 2 — _U>0 г+1 I2 . .- по формуле ;+1 2ІГ 40 —С Л + 2 (Р g - значения частоты НЧ-сигнала до и после введения дополнительной задержки где cpQ ~ величина дополнительного опорного сигнала. фазового сдвига; Однозначность определения диэлект- 45 С - скорость распространения рической проницаемости £ по разности электромагнитной энергии частот F, -Fj обеспечивается при выбов свободном пространстве; ре фазового сдвига tf0 из условия d - толщина исследуемого мате где F, где - порог чувствительности фазового детектора. Значение частоты низкочастотного второго сигнала F выбирают такой, чтобы частота низкочастотного измерительного сигнала, образованная в ре 50 риала; F - смещение частоты низкочас > /5 f • Редактор И.Шулла /0 а > > Составитель В.Гончаров Техред М.Дидык Корректор С.Черни Заказ 7280/42 Тираж 711 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4