SU881626A1 - Устройство дл спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов - Google Patents

Description

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к устройствам для спектрометрических измерений.

Известно устройство для спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов, содержащее перестраиваемый по частоте генератор излучения, поляризованный интерферометр с поляризатором и анализатором излучения и приемник излучения [lj.

Однако известное устройство для спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов обладает недостаточной точностью измерений.

Цепью изобретения является повыше- ₍ ние точности измерений.

Цель достигается тем, что в устройство для спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов, содержащее перестраиваемый по частоте . генератор излучения, поляризованный интерферометр с поляризатором и анализатором излучения и приемник излучения, введен второй приемник излучения, устано2 вленный на направлении распространения волны, отраженной от анализатора излучения, который снабжен устройством поворота вокруг оси, перпендикулярной его плоскости, а перед каждым приемником излучения установлено по дополнительному поляризатору излучения с механизмом поворота вокруг оси, перпендикулярной его плоскости.

На чертеже приведено предлагаемое устройство.

Устройство для спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов, содержащее перестраиваемый по частоте генератор 1 излучения, поляризованный интерферометр 2 с поляризатором 3 и анализатором 4 излучения и приемник, 5 излучения, второй приемник 6 излучения, установленный на направлении распространения волны, отраженной от анализатора 4 излучения, который снабжен устройством поворота 7 вокруг оси, перпендикулярной его плоскости, а перед каждым приемникам 5 и 6 излучения усS81626 тановлено по дополнительному поляризатору 8 излучения с механизмом поворота 9 вокруг оси, перпендикулярной его плоскости, а также образец 10.

Устройство работает следующим образом.

Зависимости 1° , 1^, 1₄ · и 1^ не являются интерферограммами, а лишь определяют интенсивность волн, прошедших через разные плечи поляризованного интерферометра 2. Величины 1° , 1^, 1 ._f 1q_ можно выразить через функции, определяющие зависимость от частоты излучения мощности генератора 1 излучения А передаточных функций плеч поляризованного интерферометра 2 Р_и и , чувствительностей приемников 5 и 6 излучения и и коэффициента пропускания образца Т I =A-P_<S₁ = (A+AAbEpSi

ТО = А.Р₂.5_г З_г= (Α+ΔΑ)·Ρ₂·5^Γ, где д А - определяет временную нестабильность мощности генератора 1 излучения.

Из этих соотношений для коэффициента. пропускания Т получаем выражение т =

Исключительно важным является то обстоятельство, что нестабильность мощности генератора 1 излучения при таком определении Г , как легко видеть, не дает вклада в ошибку измерений. Это обусловлено тем, что величины 3° и , как и величины и 3^ , регистрируются попарно одновременно. Аналогичным образом, используя два приемника 5 и 6 излучения,' можно устранить влияние нестабильности параметров генератора 1 излучения и при записи интерферограмм, В известном устройстве при записи интерферограмм анализатор 4 излучения устанавливается в такое положение, при котором на приемник 5 излучения проходят преобразованные к одной поляризации волны, обоих йпеч поляризованного интерферометра 2. При преобразовании поляризации часть энергии этих волн отражается от анализатора 4 излучения (обычно это половина мощности). В отраженных волнах поляризации очевидно тоже совпадают, и поэтому волны эффективно интерферируют. Иными словами, вто! рой приемник 6 излучения также может регистрировать интерферограмму. В известном требуется зарегистрировать две интерферограммы, причем они должны быть сдвинуты на полпорядка интерференции. Принципиальным моментом, предложенного устройства является то обстоятельство, что приемники как раз и регистрируют две сдвинутые на полпорядка интерферограммы. В самом деле сумма интенсивности 5 волн прошедшей и отраженной от анализатора 4 излучения равняется интенсивности падающей волны, а это значит, что когда интенсивность прошедшей волны минимальна, то интенсивность отраженной волны 10 максимальна и наоборот, т.е. на приемниках 5 и 6 излучения одновременно регистрируются интерферограммы, сдвинутые на полпоряцкаг.

Обозначим через lj и 1J сигналы на 15 двух приемниках 5 и 6 излучения, измеренные без образца в измерительном плече, а через Ц и 1^ с образцом 10. Существенное отличие их от сигналов 1° .

ч О 1 4 ’

1р 1 , 1^ состоит в том, что, как уже

2о отмечалось, при их регистрации анализатор 4 излучения устанавливается в положение, при котором обеспечивается эффективная интерференция волн, прошедших по разным плечам поляризованного ин25 терферометра 2. Ось максимального пропускания анализатора 4 излучения составляет угол 45° с векторами электрического поля в этих двух волнах. При определении же коэффициента пропускания ось 3Q анализатора 4 излучения совпадала с вектором электрического поля в одной из волн. Если перед приемниками 5 и 6 излучения установлены дополнительные поляроиды для обеспечения эффективной раэ₃₅ вязки сигналов, то при измерениях сигналов 1 j и 14 , чтобы избежать дополнительных потерь мощности, их следует поворачивать в положение максимального пропускания (обычно на 45° по отноше₄₀ нию к их положению при измерении величин 1° , 1J , 1-1 , 1 ₂ .).

Величины 1 $ , 1° , 1} и I4 выражаются в виде ¹⁵ ^=A¹-^^K£cOB²dP>l+9in¹(LPa+ Sin 2ώίΡ^κ so ' Πx

Js fl. K(cos^leLP₁T+6in4P2·»Sin U -fF^TX ₅₅ Xcos(&%+^)5 □4= AK£cOS^<l-iLP₁ T4 Sin - s in 2cL-fp^T X , *COS (ΔΡ₀4 <((,)} где Ко - некоторый коэффициент, зависящий от Р^иР^.асС - угол наклона проволочек поляризатора 3 излучения. На их основе можно получить следующие формулы, связывающие в явном виде измеряемые величины с фазовым сдвигом, вносимым образцом Ч о

881626 6 ния. Использование двух приемников излучения позволяет вдвое сократить время измерений. Все это выгодно отличает предложенное устройство от известного.

Claims (2)

1. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относитс  к технике СВЧ а именно к устройствам ол  спектрометрических измерений. Известно устройство дл  спектрометри ческих измерений диэлектрических параметров материалов, содержащее перестра иваемый по частоте генератор излучени , пол ризованный интерферометр с пол р№затором и анализатором излучени  и приемник излучени  13. Однако известное устройство дл  спектрометр1ических измерений диэлектри ческих параметров материалов обладает недостаточной точностью измерений, Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений. Цель достигаетс  тем, что в устройство дл  спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов, содержащее перестраиваемый по частоте генератор излучени , пол ризованный интерферометр с пол ризатором и анализатором излучени  и приемник из {yчeни , введен второй приемник излучени , устан вленный на направлении распространени  волны, отраженной от анализатора излучени , который снабжен устройством поворота вокруг оси, перпендикул рной его плоскости, а перед каждым приемником излучени - установлено по дополнительному пол ризатору излучени  с механизмом поворота вокруг оси, перпендикул рной его плоскости. На чертеже приведено предлагаемое устройство. Устройство дл  спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов, содержащее перестраиваемый по частоте генератор 1 излучени , пол ризованный интерферометр 2 с пол ризатором 3 и анализатором 4 излучени  и приемник, 5 излучени , второй приемник 6 излучени , установленнь1й на направлении распространени  волны, отраженной от анализатора 4 излучени , который снабжен устройством поворота 7 вокруг оси, перпендикул рной его плоскости, а перед каждым приемникам 5 и 6 излучени  устаноБлено по дополнительному пол ризатору 8 излучени  с механизмом поворота 9 вокруг оси, перпендикул рной его плоскости , а также образец 1О. Устройство работает следующим обраЗависим ,ости 1° , l, 1 и Ij. не  вл ютс  интерферограммами, а лишь определ ют интенсивность волн, прошедших через разные плечи пол ризованного интерферометра 2. Величины 1° , 1 , 1 , ±2 можно выразить через функции, определ ющие зависимость от частоты излучени  мощности генератора 1 излучени  А передаточных функций плеч пол ризованного интерферометра 2 Р и Рп , чувствительностей приемников 5 и 6 излучени  3 и 5i и коэффициента пропускани  обТ I (А + йА) A.P,. (А+ДА)Р2-5 А - определ ет временную нестабильность мощности генератора 1 .излучени . Из этих соотношений дл  коэффициенТ получаем выражение та пропускани  :з1 ч Исключительно важным  вл етс  то обсто тельство , что нестабильность мощности генератора 1 излучени  при таком определении Т , как легко видеть, не дает вклада в ошибку измерений. Это обусловлено тем, что величины как и величины D и Зп , регистрируютс  попарно одновременно. Аналогичным образом, использу  два приемника 5 и 6 излучени , можно устранить вли ние нестабильности параметров генератора 1 излучени  и при записи интерферограмм, В известном устройстве при записи интерферограмм анали затор 4 излучени  устанавливаетс  в такое положение, при котором на приемник 5 излучени  проход т преобразованные к одной пол ризации волны, обоих йпеч пол  ризованного интерферометра 2. При преобразовании пол ризации часть энергии этих волн отражаетс  от анализатора 4 излучени  (обычно это половина мощности). В отраженных волнах пол ризации очевидно тоже совпадают, и поэтому волны эффективно интерферируют. Иными словами, вто рой приемник 6 излучени  также может регистрировать интерферог рамму. В известном требуетс  зарегистрировать две интерферограммы, причем они должны быт сдвинуты на полпор дка интерференции. Принципиальным моментом предложенного устройства  вл етс  то обсто тельство, что приемники как раз и регистрируют две сдвинутые на полпор дка интерферограммы . В самом деле сумма интенсивности волн прошедшей и отраженной от анализатора 4 излучени  равн етс  интенсивности падающей волны, а это значит, что когда интенсивность прошедшей волны минимальна , то интенсивность отраженной волны максимальна и наоборот, т.е. на приемниах 5 и 6 излучени  одновременно регистрируютс  интерферограммы, сдвинутые на полпор дкаг. Обозначим через Ij и 1 сигналы на двух приемниках 5 и 6 излучени , измеренные без образца в измерительном плеIj и 1 с образцом 1О. Суче , а через отличие их от сигналов 1° , шественное . л , J- , -I 2. состоит в том, что, как уже отмечалось, при их регистрации анализатор 4 излучени  устанавливаетс  в положение , при котором обеспечиваетс  эффективна  интерференци  волн, прошедших По разным плечам пол ризованного интерферометра 2. Ось максимального пропускани  анализатора 4 излучени  составл ет угол 45° с векторами электрического пол  в этих двух волнах. При определении же коэффициента пропускани  ось анализатора 4 излучени  совпадала с вектором электрического по   в одной из волн. Если перед приемниками 5 и 6 из-лучени  установлены дополнительные пол роиды дл  обеспечени  эффективной разв зки сигналов, то при измерени х сигналов 1 и 14. , чтобы избежать дополнительных потерь мощности, их следует поворачивать в положение максимального пропускани  (обычно на 45 по отношеникг к их положению при измерении величин 1 , 1 ,1 ) Величины ,, 14, выражаютс  в виде ., sw ii-fpi x 4oosu4o5 iO a . K{oos4 p/sivi Vpjfsi n adifVu V. Т 5jcosu4o} :3f A. ,T+6in4P2 Sin U 1 XCOS{u% 3 Ali K{cosUp,T4sin dlP -SinU-fp;p TX XCOS(uPo4t/o) где KO - некоторый коэффициент, завис щий от ,ас1- угол наклона проволочек пол ризатора 3 излучени . На их основе можно получить следующие формулы , св зывающие в  вном виде измер емые величины с фазовым сдвигом, вноси мым образцом о 3a-j4 () ico54-iO.P,,,cosU t где д Чо начальна  расстройка пол ризо ванного интерферометра 2, определ ема  соотноше нием тО -.0 . cosuifoICOs cL ( Использу  полученные данные дл  модул  и фазы коэффициента пропускани  образца ,можно на основании соответствующи формул рассчитать зависимость от частоты излучени  коэффициента и поглощени  исс едуемого образца. Таким образом, предложенное устройство дл  спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов дает возможность повысить точность измерений . Кроме того, расчет ц и К материала производитс  на основе аналитиче ских соотношений, не требующих применени  приближенных численных методов. На точность измерений не сказываетс  не-«стабильность мощности генератора из;1уче ни . Использование двух приемников излучени  позвол ет вдвое сократить врем  измерений. Все это выгодно отличает предложенное устройство от известного. Формула изобретени  Устройство дл  спектрометрических измерений диэлектрических параметров материалов , содержащее перестраиваемый по частоте генератор излучени , пол1физованный интерферометр с пол ризатором и анализатором излучени  и приемник излучени , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений, вве-. ден второй приемник излучени , установленный на направлении распространени  волны, отраженной от анализатора излучени , который снабжен устройством поворота вокруг оси, перпендикул рной его плоскости.
2. 2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что перед каждым приемником излучени  установлено по дополнительному пол ризатору излучени  с механизмом поворота вокруг оси, перпендикул рной его плоскости. Источники информации, прин тые во внтшание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по за вке № 2563268, кл. 01 R 27/26. 1977.