Мікрохвильовий вимірювач вологості

Мікрохвильовий вимірювач вологості, який має мікрохвильовий генератор, послідовно з'єднані перший вентиль, перший тривходовий циркулятор, автоматичний переривач, другий вентиль, другий тривходовий циркулятор та приймальнопередаючу антену, до вільного плеча першого тривходового циркулятора підключені з'єднані послідовно атенюатор, хвильоводний трійник і детекторна секція, другий вхід хвильоводного трійника з'єднаний з вільним плечем другого тривходового циркулятора, диференційний підсилювач і стабілізоване джерело постійної напруги, з'єднане з одним із входів диференційного підсилювача, і фазочутливий випрямляч, який відрізняється тим, A (54) МІКРОХВИЛЬОВИЙ ВИМІРЮВАЧ ВОЛОГОСТІ 38067 зичних величин із самоналагодженням і автокорекцією похибок: Навч. посібник / П.М. Таланчук, Ю.О. Скрипник, В.О. Дубровний. - К.: ІЗМН, 1996. С. 488-489), який має мікрохвильовий генератор, послідовно з'єднані перший вентиль, перший тривходовий циркулятор, автоматичний переривач, другий вентиль, другий тривходовий циркулятор та приймально-передаючу антену, до вільного плеча першого тривходового циркулятора підключені з'єднані послідовно атенюатор, хвильоводний трійник і детекторна секція, другий вхід хвильоводного трійника з'єднаний з вільним плечем другого тривходового циркулятора, диференційний підсилювач і стабілізоване джерело постійної напруги, з'єднане з одним із входів диференційного підсилювача, і фазочутливий випрямляч. Крім того, вимірювач містить другий автоматичний переривач, запам'ятовуючий елемент та підсилювач постійного току, що регулюється, з'єднаний входом з виходом детекторної секції, а вихід підсилювача, що регулюється, з'єднаний через другий автоматичний переривач та запам'ятовуючий пристрій з другим входом диференційного підсилювача. У відомому вимірювачі вихідний електричний сигнал пропорційний модулю коефіцієнта відбиття вологого матеріалу. Згідно з дослідженнями (див. Берлинер М. А. Влагомеры СВЧ // Приборы и системы управления. – 1970. - № 11. - С. 19-22), при нормальному падінні та відсутності відбиття від задньої поверхні матеріалу (D>>l, де D - товщина матеріалу, l - довжина хвилі) та великому затуханні в матеріалі модуль коефіцієнта відбиття Г зв'язаний з діелектричною проникністю вологого матеріалу залежністю: В основу винаходу покладена задача створення такого мікрохвильового вимірювача вологості, в якому введення нових елементів та зв'язків дозволило б лінеарізувати залежність між вихідним електричним сигналом та вологістю опромінюваного мікрохвилями матеріалу, а також підвищити чутливість і точність перетворення вологості при низьких рівнях опромінювання матеріалу, що забезпечить підвищення достовірності контролю вологості та зменшить ризик опромінення обслуговуючого персоналу мікрохвильовим випроміненням. Поставлена задача вирішується тим, що в мікрохвильовий вимірювач вологості, який має мікрохвильовий генератор, послідовно з'єднані перший вентиль, перший тривходовий циркулятор, автоматичний переривач, другий вентиль, другий тривходовий циркулятор та приймально-передаючу антену, до вільного плеча першого тривходового циркулятора підключені з'єднані послідовно атенюатор, хвильоводний трійник і детекторна секція, другий вхід хвильоводного трійника з'єднаний з вільним плечем другого тривходового циркулятора, диференційний підсилювач і стабілізоване джерело постійної напруги, з'єднане з одним із входів диференційного підсилювача, та фазочутливий випрямляч, згідно з винаходом, введені радіочастотний генератор, подільник частоти та амплітудний модулятор, який включений між виходом мікрохвильового генератора та входом першого вентиля, другий вхід амплітудного модулятора з'єднаний з виходом радіочастотного генератора та входом подільника частоти, вихід якого з'єднаний з другим входом автоматичного переривача та другим входом фазочутливого випрямляча, вихід якого з'єднаний з другим входом диференційного підсилювача, послідовно з'єднані керований резонансний підсилювач, амплітудний детектор, фільтр верхніх частот і підсилювач змінної напруги, вихід якого з'єднаний з входом фазочутливого випрямляча, інтегратор, включений між виходом диференційного підсилювача та другим входом керованого резонансного підсилювача, перший вхід якого підключений до виходу детекторної секції, а також послідовно з'єднані фільтр нижніх частот і аналого-цифровий перетворювач, при цьому вхід фільтра нижніх частот підключений до виходу амплітудного детектора, а вихіданалого-цифрового перетворювача є виходом мікрохвильового вимірювача вологості. Введення в схему мікрохвильового вимірювача вологості амплітудного модулятора з радіочастотним генератором та керованого резонансного підсилювача, підключеного до виходу детекторної секції, дозволяє значно підвищити чутливість до вологості при низьких рівнях опромінення вологого матеріалу. Введення амплітудного детектора, вихід якого з'єднаний через введені фільтр верхніх частот та підсилювач змінної напруги з входом фазочутливого випрямляча, вихід якого з'єднаний з одним із входів диференційного підсилювача, вихід якого через введений інтегратор з'єднаний з другим входом керованого резонансного підсилювача, забезпечує виконання операції ділення суми амплітуд відеоімпульсів, пропорційних потужності падаючої на вологий матеріал мікрохвилі та відбитої від нього хвилі, на різницю амплітуд цих відеоімпульсів. Підключення послідовно з'єднаних фі 2 æ ' '' ö ç 1 - e - je ÷ ø Г =è 2 æ ' '' ö ç1 + e - je ÷ è ø де e' та e" - дійсна та уявна складові комплексної діелектричної проникності. Діелектрична проникність вологого матеріалу пропорційна кількості води. яка знаходиться в порах матеріалу або знаходиться у зв'язаному стані. Із виразу для |Г| видно, що залежність модуля коефіцієнта відбиття від діелектричної проникності, а, отже, і від вологості нелінійна. Тому вихідний сигнал відомого мікрохвильового вимірювача також зв'язаний нелінійною залежністю з вологістю матеріалу, що ускладнює його використання в цифрових системах контролю та регулювання вологості та знижує точність контролю. Крім того, при зниженні інтенсивності опромінювання вологого матеріалу, що диктується санітарними нормами охорони труда, виникають складнощі у забезпеченні високої чутливості. Збільшення коефіцієнта підсилення підсилювача постійного струму, що регулюється, який включений на виході детекторної секції, призводить до зростання похибки від неминучого дрейфу нуля підсилювача. Так, напруга від дрейфу нуля фіксується в елементі пам'яті перетворювача та спотворює роботу системи автоматичного регулювання підсилення. Підсилення постійної напруги та регулювання підсилювача постійною напругою ускладнює розв'язання ланцюгів підсилення та керування, що створює додаткові труднощі. 2 38067 Відбиті коливання приймаються антеною 8 і через вільне плече циркулятора 7 та хвильоводний трійник 10 поступають на детекторну секцію 11. Відбиті коливання, що пройшли через циркулятор 7, поглинаються у вентилі 6. Оскільки автоматичний переривач 5 працює з низькою частотою, то відбиті коливання мають вигляд пакетів мікрохвильових коливань, модульованих з частотою w тривалістю Dt1=p/W. В результаті квадратичного детектування пакетів коливань на виході детекторної секції 11 утворюються радіоімпульси частоти модуляції w, тривалістю Dt1 з амплітудою льтра нижніх частот та аналого-цифрового перетворювача до виходу амплітудного детектора забезпечує формування вихідного сигналу, пропорційного діелектричній проникності вологого матеріалу, а тому і вологості опромінюваного матеріалу. Вказані схемно-технічні відмінності забезпечують підвищення достовірності контролю вологості та зменшення ризику опромінення обслуговуючого персоналу мікрохвильовим випроміненням. На фігурі представлена функціональна схема мікрохвильового вимірювача вологості, який містить мікрохвильовий генератор 1, до виходу якого підключені послідовно з'єднані амплітудний модулятор 2, перший вентиль 3, перший тривходовий циркулятор 4, автоматичний переривач 5, другий вентиль 6, другий тривходовий циркулятор 7 та приймально-передаюча антена 8. До вільного плеча першого циркулятора 4 підключені з'єднані послідовно атенюатор 9, хвильоводний трійник 10 та детекторна секція 11, другий вхід хвильоводного трійника 10 з'єднаний з вільним плечем другого циркулятора 7. До виходу детекторної секції 11 підключені з'єднані послідовно керований резонансний підсилювач 12, амплітудний детектор 13, фільтр 14 верхніх частот, підсилювач 15 змінної напруги та фазочутливий випрямляч 16, вихід якого з'єднаний з одним входом диференційного підсилювача 17, другий вхід якого з'єднаний з виходом стабілізованого джерела 18 постійної напруги. Вихід диференційного підсилювача 17 з'єднаний через інтегратор 19 з другим входом керованого резонансного підсилювача 12. До виходу амплітудного детектора 13 також підключені послідовно з'єднані фільтр 20 нижніх частот та аналогоцифровий перетворювач 21. Радіочастотний генератор 22 з'єднаний з входом подільника 23 частоти та другим входом амплітудного модулятора 2. Позицією 24 позначений опромінюваний мікрохвилями вологий матеріал. Мікрохвильовий вимірювач вологості працює таким чином: Мікрохвильові коливання генератора 1 піддаються в модуляторі 2 амплітудній модуляції радіочастотними коливаннями генератора 22 частоти w. Модульовані мікрохвильові коливання проходять через вентиль 3 і циркулятор 4 та надходять на автоматичний переривач 5, який керується низькочастотною напругою частоти W