SU1282022A1 - Устройство дл измерени параметров анизотропных материалов - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано при структурометрии, дефектоскопии и контроле физико-механических х-к изделий. Цель изобретени  - повышение точности измерени . Устр-во содержит СВЧ-г-р 1, п ть направленных делителей мощности (НДМ) 2, 5, 6, 8 и 10, модул тор 3 одной.боковой полосы , волноводную скрутку 4 на 90 , передающую антенну 7,. три фазовращател  9, 17 и 18, два тройника 11 и 19, два СВЧ-детектора 12 и 20, измеритель 13 частоты, образец 14, две приемные антенны 15 и 16 линейной пол ризации и фазовый детектор (ФД) 21. Сигнал СВЧ-г-ра 1 с круговой частотой CL направл етс  в два канала: из- м ерительный и опорный. В измерительном канале находитс  модул тор 3, сдвигающий частоту на величину модулирующей частбты 52., котора  измен етс  в процессе измерени . Измep lB частоту SI , соответствующую нулевому напр жению на выходе ФД 21, и зна  частоту сл , можно определить количественную меру анизотропии в виде отношени  показателей преломлени  дл  двух перпендикул рно пол ризованных плоских электромагнитных волн. Цель достигаетс  введением модул тора 3 с цепью перестройки модулирующей частоты S- , состо щей из НДМ 8 и 10, фазовращател  9, тройника 11, СВЧ- детектора 12 и ФД 21. 1 ил.

Description

5

20

25

Изобретение относитс  к технике ВЧ измерений физических характерисик материалов, в частности анизотроии диэлектрической проницаемости, может быть использовано при струк- 5 урометрии дефектоскопии, контроле изико-механических характеристик зделий.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени ,

На чертеже изображена структурна  электрическа  схема устройства дл  измерени  параметров анизотропных материалов.

Устройство дл  измерени  парамет- ров анизотропных материалов состоит из СВЧ-генератора 1, соединенного с направленным делителем 2 мощности. Первый выход направленного делител  2 мощности через модул тор 3 одной боковой полосы, волповодную скрутку 4 на 90 и направленный делитель 5 мощности, а второй выход через направленный делитель б мощности подключены к передающей антенне 7.

Выход модул тора 3 одной боковой полосы и второй выход направленного делител  2 мощности подключены также соответственно через направленный делитель 8 мощности, третий фазовращатель 9 и через направленный делитель 10 мощности к противоположным плечам второго тройника 11, в третье плечо которого включен второй СВЧ- детектор 12, выход которого подсоеди- ней к измерителю 13 частоты. Передающа  антенна 7 излучает электромагнитные колебани  с двум  ортогональ- ными направлени ми пол ризации в сторону образца 14, которые после про- : хождени  через образец 14 принимаютс  приемными антеннами 15 и 16 линейной пол ризации и перпендикул рными плоскост ми ориентации. Выходы приемных антенн 15 и 1б подключены соответственно через первый и второй фазовращатели 17 и 18 к противоположным плечам первого тройника 19, в третьем плече которого находитс  первый СВЧ- детектор 20. Выходы первого и второго СВЧ-детекторов 20 и 21 подключенык; входам фазового детектора 21, выход которого соединен с управл ющим входом модул тора 3 одной боковой полосы .

Устройство дл  измерени  парамет- ров анизотропии материалов работает следующим образом.

30

40

45

50

5

0

5

0

Сигнал СВЧ генератора 1 с круговой частотой и) направл етс  направленным делителем 2 в два канала: измерительный и опорный. В измерительном канале находитс  модул тор 3, сдвигающий частоту СВЧ генератора 1 на величину J2, котора  измен етс  в процессе измерени .

Волноводна  скрутка 4 введена :, с целью поворота плоскости пол ризации электромагнитной волны, распростран ющейс  в измерительном канале, на угол 90°.

Сигналы измерительного и опорного каналов через направленные делители 5 и 6 поступают в передающую антенну 7, излучаютс  ею, прох:од т через образец 14 и принимаютс  соответственно приемными антеннами 15 и 16 линейной пол ризации.

Дл  простоты дальнейших рассуждений считают равными амплитуды всех рассматриваемых сигналов.

Образец 14 облучаетс  двум  плоскими электромагнитными волнами, пол - ризованньми во взаимно перпендикул рных плоскост х с временными изменени ми амплитуд векторов электрического пол , удовлетвор юцщми выражени м:

Е (t) Е cosCoJt + Ч )|

E(t) Е cos (и)+si)t +4 i , где Ч, НИИ волн.

При прохождении сигналов K.-(,tJ и

и началы№1е сЬазы колебаE ,(t)

E,,(t) через образец 14 их фазы измен ютс  соответственно на величины . д, и дЧ , которые можно определить по формулам:

40

4-, ;

- ( +SI) с

п

2

(1)

де

ПИП,

1 г

d с

коэффициенты преломлени  по направлени м пол ризации волн с частотами колебаний соответственно lAjncOa,

толщина образца 14, скорость света в вакууме .

55

Таким образом сигналы, прин тые приемными антеннами 15 и 16, измен - ;ютс  во времени по законам:

1

Ej(t) Е cos((Jt +йЧ, );

E(t) Е COstW+a)t + .

312

Эти сигналы через фaзoвpao aтeли 17 и 18 поступают в противоположные плечи тройника 19, в третьем плече которого находитс  СВЧ-детектор 20.

Таким образом, на СВЧ детектор 20 подаютс  два сигнала

EgCt) Е cos(a)t + Ч, + );

Eg(t) E cos(u)4-s)t ч-Ч з , где Ч, и - изменени  начальных фаз О сигналов Е (t) и ), унесенные соответственно фазовращател ми 18 и 17.

С выхода СВЧ-детектора 20 снимаетс  сигнал с разностной частотой S, измен ющейс  по закону:

t5

Е ft) Е + (Ч -(Ч- + f ) +

(t JZ 4

+ ЛЧ, .

Аналогично в противоположные плечи 20 тройника 11 соответственно через направленный делитель 8 и фазовращатель 9, а также через направленный делитель 10 подаютс  сигналы:

25

t5

Eg(t) Е соз(Ы +21 t +, ); Eg(t) E.cos(u)t + M g )

, г . .

1 .

.и СВЧ детектор 12, включенный в третье плечо тройника 11, выдел ет сигнал с разностной частотой SL., измен ющейс  по закону:

E(t) Е cos (at + 4s -Ч ). Колебани  Е (t) и Е (t) поступают на

7to

ВХОДЫ фазового детектора 21, на выходе которого присутствует напр жение , измен ющеес  в зависимости от раз ности начальных фаз этих колебани по закону:

и ( Ч,+ ) - ( )- - (.4j- g) , - AM J. I - Это напр жение и  вл етс  управл ющи дл  системы перестройки модулирующей частоты 2 модул тора 3. Перестройка частоты производитс  до тех пор, пок не выполнитс  условие U О, что соответствует выполнению равенства .

Н,+ Чз1 f,+V, - 0.(2)

Перестройкой фазовращателей 9, 17 и ;18 добиваютс  выполнени  равенства:

Ч +4 57-L f2 + J- t4 s+V OG) дл  любого возможного значени  частоты О. ,

Дл  этого при отсутствии образца 14 и Si О, следствием чего  вл етс  выполнение услови  u4 , af , фазо

вращател ми 17 и 18 устанавливают такие начальные фазы колебаний D измерительном и опорном каналах, при которых напр жение на выходе фазового детектора 21 равно нулю, при этом выполн етс  равенство (3), Однако вследствие неидентичности участков aS и аб СВЧ-трактов (чертеж) равенство

(3) не выполн етс  при перестройке частоты.

Дл  устранени  зтого недостатка в устройство вводитс  третий фазовращатель 9, который обеспечивает равенство электрических длин участков 8 и аВ СВЧ-трактов при любом возможном значении частоты 2.

При измерении количественной меры анизотропии проводитс  изменение частоты модул ции до тех пор, пока напр жение на выходе фазового детектора 21 не снизитс  до нул . Как видно из выражений (2) и (3), это произойдет лишь в случае удовлетворени  услови  Как следует из выражени  (1), этому соответствует выполнение равенства:

0

5

0

5

0

5

d. df , ON rii u3+Я //N -u)n.. -(u)+Sl)n или ,- .(4)

с с i П2 J

Измерив частотуЛ , соответствующую нулевому напр жению на выходе фазово- ; го детектора 21, измерителе 13 и зна  частоту СВЧ-излучени , можно определить количественную меру анизотро- ПИИ в виде-отношени  показателей преломлени  дл  двух перпендикул рно пол ризованных плоских электромагнитных волн.

Как видно из (4) точность измерени  не зависит от толщины образцов d, а частота и) СВЧ-излучени  входит в выражение дл  определени  количественной меры анизотропии в виде отношени  .

Частоты (лЗ и д можно измерить с очень высокой степенью точности, следствием чего  вл етс  очень мала  погрешность при измерении количественной меры анизотропии.

Минимальное отношение показателей преломлени , которое можно измерить при помощи данного устройства при фиксированной толщине образца 14 d, определ етс  ошибками cHCTeNfbi пере- стройки модулирующей частоты л, а

также шумовыми свойствами СВЧ-детек- торон 12 и 20 и фазового детектора21.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  парамет- ров анизотропных материалов, содержащее передающую антенну, к входу которой подключены выходы первого и второго направленньйс делителей мощности, две приемные антенны линейной пол ризации с перпендикул рными плоскост ми ориентации дл  приема ортогонально- пол  ризованньЬс волн, СВЧ-генератор, соединенный с входом третьего направленного делител  мощности, при этом выходы приемных антенн линейной пол ризации соответственно через первый и второй фазовращатели соединены с входами первого тройника, выход которого подключен к первому СВЧ-детектору, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений.

   О

   к первому выходу третьего направленного делител  мощности последовательно подключены четвертый направленный делитель мощности, второй тройник, второй СВЧ-детёктор, фазовьгй детектор , модул тор одной боковой полосы, п тый направленный делитель мощности и третий фазовращатель, выход которого соединен с вторым входом второго тройника, при этом второй выход четвертого направленного делител  мощности подключен к входу второго направленного делител  мощностиj выход первого СВЧ-детектора соединен с вто- 5 рым входом фазового детектора, к выходу второго СВЧ-детектора подключен введенный измеритель частоты, а второй выход п того направленного де- .лител  мощности соединен через введенную волноводную скрутку на 90 ;с входом первого направленного делител  мощности.