СНИЖЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ТОЛЩИНЫ МАТЕРИАЛА ПРИ ИЗМЕРЕНИЯХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ

April 27, 2012 by admin Комментировать »

Шевченко К. Л., Скрипник Ю. А., Горкун В. В. Киевский национальный университет технологий и дизайна ул. Немировича-Данченко, 2, Киев – 01011, Украина Тел.: 38 (044) 2562993; e-mail: autom@i.com. и а

Аннотация – Рассмотрена возможность конструктивной оптимизации СВЧ резонансных коаксиальных датчиков, используемых при контроле диэлектрической проницаемости пластин и листовых материалов.

I.  Введение

При контроле диэлектрической проницаемости листовых диэлектрических материалов широко используются коаксиальные резонансные датчики. Конструкция коаксиального резонатора обеспечивает высокую напряженность электромагнитного поля в зоне расположения материала. Благодаря этому достигается высокая чувствительность к изменениям диэлектрической проницаемости. Однако при этом значительно возрастает влияние неинформативных параметров, в частности, толщины контролируемого материала.

II.  Основная часть

Для контроля диэлектрической проницаемости часто используют резонансные датчики в виде четвертьволновых отрезков коаксиальной линии [1]. На одном из торцов резонатора выполнено окно, прикрытое пластиной из радиопрозрачного материала. При взаимодействии с расположенным у открытого торца материалом, изменяются параметры датчика, в частности, его резонансная частота. Резонансные датчики такой конструкции удобны с точки зрения облегченного доступа к материалу, однако, требуют плотного и равномерного расположения его у торцевого окна. Кроме того, на результат измерения сильное влияние оказывает изменение толщины контролируемого материала, а низкая добротность открытого резонатора существенно снижает точность регистрации частоты резонанса.

В некоторых конструкциях резонансных датчиков материал прижимают к торцевому окну металлической пластиной. Этим достигается плотное и равномерное расположение контролируемого материала у торцевого окна датчика. Одновременно, за счет снижения рассеивания электромагнитного поля существенно возрастает добротность резонатора. Однако влияние на результат измерения изменений толщины материала исключить не удается.

Для снижения влияния толщины на результат измерения диэлектрической проницаемости в [2] предложено использовать датчик, состоящий из двух резонаторов. Резонаторы в датчике расположены таким образом, что их торцы находятся в одной плоскости, а роль торцевых крышек выполняет металлическая пластина, имеющая возможность плоско параллельно перемещаться относительно плоскости торцов резонаторов. Контролируемый материал помещают между торцевым окном одного из резонаторов и подвижной металлической пластиной. В результате, резонансная частота одного из резонаторов определяется диэлектрической проницаемостью и толщиной контролируемого материала, а второго – величиной воздушного зазора между торцом резонатора и металлической пластиной. С учетом коэффициентов, учитывающих крутизну преобразования резонаторов, искомое значение диэлектрической проницаемости будет определяться отношением смещений резонансных частот резонаторов. При толщине материала 1…3 мм обеспечивается эффективная компенсация влияния колебаний толщины. Однако, при толщине менее 0,5 мм сложно обеспечить параллельность перемещения пластины относительно торцов из за наличия зазоров, обеспечивающих подвижность пластины.

Авторами разработана конструкция резонансного датчика, обеспечивающая компенсацию при толщине материала 0,1 мм и менее (рис. 1).

где kl, k2 – коэффициенты пропорциональности; SN – площадь, пронизываемая нормальной составляющей потока; г – средний радиус окружности, концентрической торцевой поверхности электродов; / – средняя длина дуги, по которой проходят воображаемые силовые линии касательной составляющей потока; dx, D , d2 – толщина торцевой крышки,

материала и изолирующей пластины.

Сопоставление выражений (1) и (2) показывает, что изменение толщины материала D вызывает противоположное по характеру изменение составляющих СCN и Сск. Следовательно, условием компенсации влияния толщины можно считать отыскание на кривых изменения Ссы и Сск таких участков, на которых изменение толщины вызывает одинаковые по абсолютной величине изменения составляющих CCN и Сск . Критерием выполнения такого требования служит равенство углов наклона кривых СCN и Сск , заданное ввиде

Взятие частных производных от выражений (1) и (2) и выполнение несложных преобразований приводит к решению квадратного уравнения относительно величины d2, обеспечивающего компенсацию влияния толщины материала.

III. Заключение

Экспериментальная проверка описанного подхода показала, что при изменении толщины материала от 0,2 до 1 мм относительное изменение показаний прибора с предложенным резонансным датчиком составило 4%. Для резонатора открытого типа относительные изменения показаний превысили 300%.

IV. Список литературы

[1]    Брандт А. А.. Исследование диэлектриков на СВЧ. -М.: Физматгиз, 1963, С. 403.

[2]    Танюк Б. А., Шевченко К. П. Трехрезонаторный резонансный СВЧ влагомер / В сб.: Структурные методы повышения точности, чувствительности и быстродействия измерительных приборов и систем, Житомир, 1985, С. 68.

MATERIAL THICKNESS DECREASE INFLUENCE AT MEASUREMENTS OF DIELECTRIC PERMEABILITY

SkripnikYu., Shevchenko K., Gorkun V.

Kiev National University of Technologies and Design 2, Nemirovicha-Danchenko St., Kiev – 01011, Ukraine Tel.: 38 (044) 2562993, e-mail: autom@i.com.ua

Abstract – an opportunity of constructive optimization of the microwave of the resonant coaxial gauges used at the control of dielectric permeability of sheet materials is considered.

I. Introduction

At the control of dielectric permeability of sheet dielectric materials widely use coaxial resonant gauges. The design of the coaxial resonator provides high tension of an electromagnetic field in a zone of a material location. Due to these high sensitivity changes of dielectric permeability is reached. However, thus influence of not informative parameters, in particular, thickness of a controllable material considerably grows.

II. Main part

For the control of dielectric permeability frequently use resonant gauges as quarter wave pieces of a coaxial line [1]. On one of end faces of the resonator the window covered with a plate from a radiotransparent material is executed. At interaction with the material located at an open end face, parameters of the gauge, in particular, its resonant frequency change. Resonant gauges of such design are convenient from the point of view of the facilitated access to a material, however, demand dense and its uniform arrangement from a face window. Besides on result of measurement strong influence renders change of thickness of a controllable material, and low quality factor of the open resonator essentially reduces accuracy of registration of frequency of a resonance.

In some designs of resonant gauges a material press to a face window a metal plate. It reaches a dense and uniform arrangement of a controllable material at a face window of the gauge. Simultaneously, due to decrease in dispersion of an electromagnetic field quality factor of the resonator essentially grows. However, influence on result of measurement of changes of thickness of a material to exclude it, is not possible.

For decrease in influence of thickness on result of measurement of dielectric permeability in [2], it is offered to use the gauge consisting of two resonators. Resonators in the gauge are located in such manner that their end faces are in one plane, and the role of face covers is carried out with the metal plate having an opportunity plainly parallel to move concerning a plane of end faces of resonators. A controllable material should be located between a face window of one of resonators and a mobile metal plate. At thickness of a material 1 …3 mm effective indemnification of influence of fluctuations of thickness is provided. However, at thickness less than 0.5 mm it is difficult to provide parallelism of moving of a plate concerning end faces by virtue of presence of the necessary backlashes providing mobility of a plate.

Authors develop the design of the resonant gauge providing indemnification at thickness of a material of 0.1 mm and less (Fig. 1).

The gauge contains the metal screen 1, plates made of a radiotransparent material 2 and 4, a controllable material 3 and the coaxial resonator 5.

III. Conclusion

Experimental check of the described approach has shown the conclusion, that at change of thickness of a material from 0.2 up to 1 mm relative change of instrument readings with the offered resonant gauge has made 4 %. For the open resonator relative changes of indications have exceeded 300 %.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты