Устройство для неразрушающего контроля диэлектриков

1. Устройство для неразрушающего контроля диэлектриков, содержащее два перпендикулярных запредельных волновода, в первом из которых установлены элементы связи, во втором исследуемый материал, генератор и индикатор, подключенные к соответствующим элементам связи, отличающееся тем, что, с целью обеспечения контроля листовых диэлектрических материалов с произвольной по периметру листа формой, первый запредельный волновод выполнен цилиндрическим, а второй радиальным и полностью заполнен исследуемым материалом, в первом запредельном волноводе установлен диск из высокодобротного диэлектрического материала с известными значениями диэлектрической проницаемости и потерь, полностью заполняющий его поперечное сечение, при этом одна из плоскостей диска совпадает с первой плоскостью пересечения запредельных волноводов.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что введен металлический лист, установленный во второй плоскости пересечения запредельных волноводов.

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может использоваться для измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь листовых диэлектрических материалов произвольной конфигурации по периметру листа.
Целью изобретения является обеспечение контроля листовых диэлектрических материалов с произвольной по периметру листа формой.
На чертеже представлена конструкция устройства для неразрушающего контроля диэлектриков.
Устройство для неразрушающего контроля диэлектриков содержит первый запредельный волновод 1, выполненный цилиндрическим, второй запредельный волновод 2, выполненный радиальным, исследуемый диэлектрический материал 3, диск 4 из высокодобротного диэлектрического материала с известными значениями диэлектрической проницаемости и потерь, элементы 5 связи, генератор 6 и индикатор 7, металлический лист 8.
Устройство для неразрушающего контроля диэлектриков работает следующим образом. Торцы разрезанного в экваториальной плоскости цилиндрического запредельного волновода 1, соединенные с металлическими плоскостями, образуют радиальный волновод 2, который заполняется исследуемым листовым диэлектрическим материалом 3 толщиной l₂ с комплексной относительной диэлектрической проницаемостью ₂, которую необходимо измерить. Исследуемый материал 3 по размеру в плане должен превышать диаметр 2_а1 цилиндрического запредельного волновода 1 не менее, чем на величину (2-4) I₂, и может иметь произвольную форму по периметру. Внутри первого цилиндрического запредельного волновода 1 вплотную к пересекающему его радиальному волноводу 2 дополнительно помещен диск 4, полностью заполняющий поперечное сечение цилиндрического запредельного волновода 1. Диск 4 имеет толщину I₁ и выполнен из высокодобротного материала с известной комплексной относительной диэлектрической проницаемостью ₁, (например, фторопласт, кварц, сапфир, ТБНС и т.п.). Элементы 5 связи с генератором 6 и индикатором 7, например, в виде петель на конце коаксиальных линий располагаются по оси цилиндрического запредельного волновода 1 по разные или по одну сторону от диска 4 и исследуемого листового диэлектрического материала. Элементы 5, размер которых выбирается из конструктивных соображений так, чтобы они располагались внутри цилиндрического запредельного волновода 1, ориентируются в плоскости, перпендикулярной к оси волноводов. При этом в системе возбуждаются Н_оnб-типы колебаний, у которых электрическое поле представляет собой концентрические окружности вокруг оси волноводов.
Тангенциальные компоненты электрического поля у металлических поверхностей равны нулю в силу граничных условий, в области непосредственного соприкасания диэлектрика и металла неизбежно существующие воздушные зазоры находятся в узлах электрического поля и оказывают минимальное воздействие на колебания H_оnб типа системы образцов. В силу этого резонансная частота и добротность H_оnб колебаний наиболее стабильна из всех возможных типов колебаний этой системы и с помощью панорамных измерителей они легко идентифицируются. Все остальные типы колебаний имеют нормальную составляющую электрического поля к металлическим поверхностям структуры, поэтому воздушные зазоры между диэлектрическими образцами и металлическими стенками оказывают ощутимое влияние на собственные резонансы структуры, повышая резонансные частоты этих типов колебаний. Это влияние тем сильнее, чем выше диэлектрические проницаемости материалов.
Такие колебания возбуждаются в том случае, если на их резонансной частоте толщина листового диэлектрического слоя меньше половины длины волны в веществе этого слоя, все остальные Н_оnб и прочие типы собственных колебаний рассматриваемой структуры будут излучающими и нестабильными, их добротность значительно меньше величины 1/tg , а резонансные частоты зависят от размеров и конфигурации периферии листа исследуемого диэлектрика. Выбором диэлектрической проницаемости e₁ и размера l₁, диска 4 можно в широких пределах изменять частоты, на которых производятся измерения параметров исследуемого материала 3. Эта частота несколько ниже резонансной частоты собственных колебаний диска 4.
После измерения резонансной частоты f и добротности Q колебания Н_оnб-типа системы образцов производится расчет комплексной диэлектрической проницаемости листового диэлектрического материала как корень комплексного трансцендентного уравнения
_m-n-й корень уравнения ₁( _m) = 0; ₁-функция Бесселя 1-го рода; а₁-радиус основного цилиндрического запредельного волновода 1; мнимая единица; толщина и комплексная диэлектрическая проницаемость диска 4; I₂ и
-толщина и комплексная диэлектрическая проницаемость исследуемого материала 3; K = 2 f/v; v= 3 10⁸ м/с скорость света в вакууме; f=f' (1+i/2Q) комплексная резонансная частота собственного колебания системы.
При расчетах по (1) у продольных постоянных распространения ^I_n, ^I_n^I, ^I_n^II следует выбирать знаки такие, чтобы их мнимая составляющая была отрицательной. Радиус а₂ выбирается из условия а₂ а₁(1-2)I₁ с дальнейшим увеличением а2, результат расчета корня уравнения (1) практически не изменяется. При реализации п.2 формулы изобретения комплексная диэлектрическая проницаемость ₂ листового диэлектрического материала рассчитывается как корень комплексного трансцендентного уравнения
.
Устройство для неразрушающего контроля диэлектриков позволяет производить измерение диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь практически любых листовых диэлектрических материалов с произвольной формой по периметру.
Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - обеспечение контроля листовых диэлектрических материалов с произвольной по периметру листа формой. Устройство содержит запредельные волноводы 1 и 2, выполненные соответственно цилиндрическим и радиальным, исследуемый диэлектрический материал 3, диск 4, эл-ты 5 связи, генератор 6, индикатор 7 и металлический лист 8. Диск 4 выполнен из высокодобротного диэлектрического материала с известными значениями диэлектрической проницаемости и потерь. Выбором диэлектрической проницаемости и размера диска 4 можно в широких пределах изменять частоты, на которых производятся измерения параметров материала 3. После измерения резонансной частоты и добротности колебания системы образцов производится расчет тангенса угла потерь и комплексной диэлектрической проницаемости материала 3. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.