Широкополосный измеритель параметров диэлектриков

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 27 26 Е ИЗО РЕТЕН ПИО КА вюсвеаВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Киевский технологический институт легкой промышленности(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 949541, кл. С 01 К 27/26, 1982.(54) (57) ИРОКОПОЛОСНЪЙ ИЗМЕРИТЕЛЬПАРАМЕТРОВ ДИЭЛЕКТРИКОВ, содержащийавтогенератор, последовательно соеди.ненные первый смеситель, первый входкоторого соединен с выходом автоге"нератора, первый полосовой фильтр,частотный детектор, низкочастотныйусилитель, синхронный детектор,первый интегратор и индикатор, атакже измерительный датчик, первыйвывод которого соединен с корпусомустройства, последовательно соединенные второй смеситель и второйполосовой фильтр, первый кварцевыйгенератор, переключатель, один изкрайних контактов которого соединенс выходом первого кварцевого генератора, коммутационный генератор,выход которого соединен с управляющим входом переключателя, и блокразвертки, выход которого соединенс синхронизирующим входом индикатора, отличающийся . тем,что, с целью повышения точности измерения малыхприращений емкости801109670 связанных с дисперсией диэлектрических свойств гетерогенных сред, вполосе частот, в него введены второйкварцевый генератор, выход которого соединен с вторым крайним контактом переключателя, свип-генератор,выход которого соединен с первымвходом второго смесителя, фазоинвертор, выход которого соединен с упраляющим входом синхронного детектора,второй интегратор, выход которогосоединен с регулирующим входом автогенератора, прерыватель, один изконтактов которого соединен с входомвторого интегратора, образцовый датчик, первый вывод которого соединен скорпусом устройства, коммутатор,крайние контакты которого соединеныс вторыми выводами измерительного иобразцового датчиков соответственно,а средний контакт - с времязадающейцепью автогенератора, и делительчастоты, выход которого соединен суправляющими входами фазоинвертора,прерывателя и коммутатора, кроме того, выход второго полосового фильтрасоединен с вторым входом первогосмесителя, средний контакт переключателя соединен с вторым входомвторого смесителя, выход блока развертки соединен с входом свил-генератора, выход синхронного детекторасоединен с вторым контактом прерывателя, а выход коммутационного ге.нератора - с . входами фазоинвертораи делителя частоты.д. 4/5 осква,ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул . Проектная,Заказ 6025/30 Ти ВНИИПИ Государ по делам изИзобретение относится к средствам неразрушающего контроля гетерогенных сред и может быть использовано как для исследования диэлектрических свойств композиционных материалов и веществ в непрерывном диапазоне частот, так и для экспресс-аналйэа тех" ноловических параметров иэделий на основе сложных диэлектриков по их частотным характеристикам. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для контроля физико-меха"нических параметров сложных диэлектриков, основанное на измерении малых приращений емкости датчика, обусловленных дисперсией диэлектрических свойств исследуемой среды в полосе частот и преобразуемых в регистрируемые фаэовые сдвиги зондирующего сигнала, и содержащее автогенератор, последовательно соединенные первый смеситель, первый полосовый фильтр, частотный детектор, ниэкочастотный усилитель и синхронный детектор, выход которого соединен с регулирующим входом автогенератора, фазосдвигающую ячейку с измерительным датчиком, первый вывод которого соединен30 с корпусом устройства, последовательно соединенные второй смесителЛ, вто рой полосовой фильтр, фазовый детектор, опорный вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра, и индикатор, а также варикап, пер вый вывод которого соединен с корпусом устройства, образцовый гене" ратор, выход которого соединен с первыми входами смесителей, переклю. чатель, один из крайних контактов40 которого соединен с вторым выводом варикана, а средний контакт - с времязадающей цепью образцового генератора, коммутационный генератор, выход которого соединен с управляю 45 щими входами переключателя и синхронного детектора и блок развертки, выход которого соединен с вторым выводом варикапа, регулирующими входами полосовых фильтров и синхронизирующим входом индикатора, кроме того, выход автогенератора соединен с вторым входом первого смесителя и входом фазосдвигающей ячейки, выход которой соединен с вторым выводом измерительного дат" чика и вторым входом второго смесителя 1134 1309 Ь 70 3Однако известное устройство обладает недостаточной точностью измерения малых приращений емкости,поскольку при частотной разверткеобразцового генератора, осуществля 5емой с помощью варикапа и необходимой для перестройки зондирующегосигнала автогенератора в полосеисследуемых частот, изменяются нетолько абсолютные значения опорныхчастот, которыми являются несущиечастоты частотно-импульсно"модулированного сигнала на выходе образцового генератора и которые используются для сопоставления с частотойзондирующего Сигнала, но и интервалмежду опорными частотами и, какследствие, средняя величина (за период модуляции) интервала междузондирующей и опорными частотами,т.е. смещаются рабочие точки фазового и частотного детекторов, чтоприводит к значительным искажениямпоказаний измерителя из-за нелинейности частотньос характеристик обоихдетекторов и в виду сложности перестройки полосовых фильтров, осуществляемой для изменения их полосы пропускания, существенно ограничиваетполосу. частот зондирующего сигналаи возможности расширения диапазонаизмерения приращений емкости как всторону больвмх, так и в сторонумалых значений. Кроме того, температурный дрейф собственных параметров измерительного датчика влечетза собой неинформативные измененияфазы зондирующего сигнала, которыевызывая дрейф нуля измерителя, являются источником дополнительнойпогрешности при измерении малыхприращений емкости,Целью изобретения является повышение точности измерения малых приращений емкости, связанных с дисперсией диэлектрических свойств гетеросгенных сред, в полосе частот,Поставленная цель достигаетсятем, что в широкополосный измеритель параметров диэлектриков, содержащий автогененатор, последовательносоединенные первый смеситель, первыйвход которого соединен с выходомавтогенератора, первЫй полосовойфильтр, частотный детектор, низкочастотный усилитель, синхронный детектор, первый интегратор и индикатор,а также измерительный датчик, первый вывод которого соединен с корпу5 1 О 15 2025 30 35 40 45 50 сом устройства, последовательно соединенные второй смеситель и второй полосовой фильтр, первый кварцевый генератор, переключатель, один из крайних контактов которого соединен с выходом первого кварцевого генератора, коммутационный генератор, выход которого соединен с управляющим входом переключателя, и блок развертки, выход которого соединен с синхронизирующим входом индикатора, введены второй кварцевый генератор, выход1 которого соединен с вторым крайним контактом переключателя, свип-гене- ратор, выход которого соединен с пер. вым входом второго смесителя, фазоинвертор, выход которого соединен с управлявшим входом синхронного детектора, второй интегратор, выход которого соединен с регулирующим входом автогенератора, прерыватель, один иэ контактов которого соединен с входом второго интегратора, образцовый датчик, первый вывод которого соединен с корпусом устройства,.коммутатор, крайние контакты которого соединены с вторыми выводами измерительного и образцового датчиков соответственно, а средний контакт с времязадающей цепью автогенератора, и делитель частоты, выход которого соединен с управляющими входами фазоинвертора, прерывателя и коммутатора, кроме того, выход второго полосового фильтра соединен с вторым входом первого смесителя, средний контакт переключателя соединен с вторым входом второго смесителя, выход блока развертки соединен с входом свип-генератора, выход син- хронного детектора соединен с вторым контактом прерывателя, а выход коммутационного генератора - с входами фазоинвертора и делителя частоты.На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого измерителя на фиг.2 а б - спектры частот свип-генератора кварцевых генераторов, области спект. ра зондирующего сигнала автогенератора, лежащие у нижнего (а) и верхнего (б) пределов полосы исследуемых частот, и соответствующие этим частотам области спектра несущих частот сигнала на выходе первого полосового фильтра", на фиг.2 в е 2 а - 2 е - эпюры напряжений на выходе некоторых блоков схемы измерителя, а именно: коммутационного генератора,делителя частоты, первого полосового фильтра, частотного детектора, низкочастотного усилителя, фазоинвертора, синхронного детектора, прерывателя, второго и первого интеграторов соответствен- но, причем индексы у осей ординат указывают к какому блоку относится представленный график.Измеритель содержит автогейератор 1, второй полосовой фильтр 2, коммутатор 2, первый 4 и второй 5 смесители, измерительный датчик 6 с объектом 7 контроля, первый кварцевый генератор 8 фиксированной частотыи, блок 9 развертки, образ.,фьцовый датчик 10, первый полосовой фильтр 11, переключатель 12, второй кварцевый генератор 12 фиксированной частоты щ, свип-генератор 14 с полосой частоти-ы частотныйсн св"детектор 15, второй интегратор 16, последовательно соединенные коммутационный генератор 17 частоты лЯ и делитель 18 частоты коммутационного генератора на л, где л - число, кратное десяти, последовательно соединенные низкочастотный усилитель 19 частоты коммутации лЯ и синхронный детектор 20, фазоинвертор 21, прерыватель 22, первый интегратор 22 и индикатор 24.Выход автогенератора 1 через последовательно соединенные первый смеситель 4, первый полосовой фильтр 11, частотный детектор 15, низкочастотный усилитель 19 соединен с входом синхронного детектора 20, выход которого через первый интегратор 22 соединен с индикатором 24 и через прерыватель 22 - с входом второго интегратора 16, выход которого соединен с автогенератором 1.Измеритель работает следующим образомС выхода автогененатора 1 на один из входов первого смесителя 4 (фиг. 1) поступает сигнал, частота которого определяется уровнем постоянного напряжения на регулирующемвходе автогенератора и зависит отвеличины суммарной расстройки зондирующей частоты, вызванной температурным дрейфом собственных параметров измерительного 6 и образцового10 датчиков, поочередно (с частотойсигнала коммутации Я ) подключенных с помощью коммутатора 2 к времязадающей цепи автогенератора, н, информативным приращением емкости измерительного датчика, обусловленным диэлектрическими свойствами объекта 7 контроля, причем частотная развертка зондирующего сигнала в полосе исследуемых частот (ш -и ) осуществляется при изменении уровйя напряжения на регулирующем входе ав- тогенератора.Одновременно на другой вход сме О сителя 4 с выхода второго полосового фильтра 2 поступает сигнал, несущая частота которого формируется.из разностных частот, образующихся в результате взаимодействия двух пос тупалщих на второй смеситель 5 разночастотных сигналов. На один из входов смесителя через контакты переключателя 12, управляемого коммутационным генератором 17, с выходов 20 первого 8 и второго 13 кварцевых генераторов поочередно (с частотой сигнала управления пй) подаются гар. монические сигналы, частоты кото- - рых фиксированы и равны соответст венноь 1 Ф и и . В то же время на другой вход второго смесителя с выхода .свил-генератора 14 поступает синусоидальный сигнал, частота которого плавно возрастает в пределах от мдо и, по.линейному закону, задаваемому пилообразным напряжением блока 9 развертки, Причем частоты кварцевых генераторов 8 и 13 (в 1 ф и и)2 соответственно) лежат ниже полосы частот свип-генератора 14 (ш-иск) и выше частот автогенератора 1 М, - М )в пределах которых исследуются диэлектрические свойства объекта.Вследствие частотной манипуляции одного из входных сигналов второ го смесителя 5 и плавной развертки частоты сигнала на его другом входе, на выходе второго смесителя образуется частотно-модулированное напря 45 жение, модулирующая частота которо-, го задается коммутационным генера - тором 17, вырабатывающим напряже - ние частоты пЯ прямоугольной формы, подаваемое на управляющий вход переключателя 12, а значения комбинационных частот, составляющих спектр несущей частоты, одновременно плавно изменяются вслед за изменением частоты свип-генератора, При этом55 одна из составляющих, равная разности частот свип-генератора 14 и первого кварцевого генератора 8 (соф), изменяется в интервале частот от и) ,70 Ьдо Ш,16, а другая составляющая, равнаяразности частот свип-генератора ивторого кварцевого генератора 13М 2 ф), принимает непрерывный рядзначений отц 1до ю . Обе состав-.о 2 Вляющих выделяются вторым полосовымфильтром, полоса пропускания которого выбрана так, чтобы обеспечитьперекрытие диапазона частот от ко,до и в который входят оба интервала разностных частот, и исключить паразитное прохождение несущих частот входных сигналов второ.го смесителя и комбинационных частот, равных сумме указанных несущих.Предположим, что в начальный момент после калибровки измерителячастоты зондирующего сигнала автогенератора 1 равна ж, а частотасвип-генератора 14 фиксирована исоответствует нижнему пределу егополосы частот Ис, т.е. начальномумоменту периода частотной развертки. При поочередном подключении измерительного 6 и образцового 10датчиков к времязадающей цепи автогенератора частота зондирующегосигнала периодически изменяется,принимая поочередно значения соНи и. соответственно, период следованйя которых задается периодомсигнала управления (2 Т /Й ), поступающего на управляющий вход коммутатора 3 с выхода делителя 18 частоты. Сигнал управления формируетсяделением частоты Я коммутационного генератора 17 на число.о , кратноедесяти. В результате с выхода автогенератора в первый смеситель 4 поступает квазигармонический сигнал,расстройка несущей частоты которогов один из полупериодов /7 Я (при,подключении образцового датчика)зависит только от неинформативныхфакторов и равна ЛМ, а в следующий полупериод работы коммутатора 3(при подключении измерительного датчика с объектом контроля) суммарнаярасстройка несущей частоты пропорциональна информативному приращениюемкости измерительного датчика,связанному с диэлектрическими свойствами объекта 7, и неинформативномуприращению, вызванному температурным дрейфом собственной емкости измерительного датчика, и равна соответственно Ьшн + Док,Одновременно на второй вход смесителя 4 с выхода второго полосового7 11096 фильтра 2 подается частотно-модулированный сигнал, несущая частота которого с частотой модуляции ПЯ поочередно принимает два значенияо 1 н и моги, При этом частота квар цевых генераторов и 1 и Я 4, и частота иС, соответствующая нижнему пределу полосы частот свип-генератора, подобраны так, что в начальный момент времени, соответствующий 10 началу периода частотной развертки, одна из выделяемых вторым полосовым фильтром разностных частот (м )4 лежит ниже, а другая (ьор 1 н)х - выше зондирующей частоты м 1 автогенератора, которая является нижним пределом полосы исследуемых частот.Из смеси несущих частот сигналов, поступающих на соответствующие входы первого смесителя 4, первый полосовой фильтр 11 выделяет и формирует (ограничивая по амплитуде и устраняя паразитную амплитудную модуляцию) частотно-модулированный сигнал, модулирующая частота которого равна ЬЯ несущая определяется разностью несущих частот входных сигналов смесителя, т.е. в один из полупериодов УЯ (при подключении образцового датчика 10 к времязадающей цепи ав 30 тогенератора 1) несущая частота выделяемого фильтром 11 разностного сигнала принимает поочередно (с частотойвя ) значения (сор- икн ) и (цкн ион а при включении измерительного датчика 6 с объектом 7 контроля - (Мр н О 2 н ) и (Озн - сОргн) е Интервал между мгновенными значениями несущих частот (03,ц и ы ) выделяемогоОгнвторым полосовым фильтром 2 сигнала остается постоянным в течение всего периода частотной развертки и всегда равен разности фиксированных частот кварцевых генераторов(Ф -игф), что позволяет избавиться от необходимости перестройки первого полосового45 фильтра 11 и за счет выбора оптималь. ного разноса опорных частот, в качестве которых избираются два последовательных мгновенных значения несущей частоты сигнала, выделяемого вто О рым фильтром 2 за один период 23 пЯ работы переключателя 12, дает возможность использовать интервал между ними (опорными частотами) в качестве меры для определения величины 55 девиации частоты зондирующего сигнала.Кр.оме того, при выборе оптимального разноса опорных частот следует70 3001 Хгде сдн - значение зондирующей частоты автогенератора 1, соответствую.цие нижнему пределу полосы исследуемых частот и определяемое только собственными параметрами измерительного 6 и образцового 10датчиков (которые послекалибровки в отсутствиеобъекта 7 контроляидентичны);максимальная величина информативного приращениянесущей частоты зондирующего сигнала в полосеисследуемых частот, обус.ловленная дисперсиейдиэлектрических свойствобъекта / контролямгновенные значения несущей частоты частотномодулированного напряжения на выходе второго полосового фильтра 2,соответствующие одномупериоду 2 йпй работыпереключателя 12 в начальный момент периодачастотной развертки; дюЮах 01 н02 н учесть изменения величины расстройки. зондирующей частоты автогенератора, вызванные изменениями информативного приращения емкости измерительного датчика 6 в полосе исследуемых частот, обусловленными дисперсией диэлектрических свойств объекта 7 контроля, оптимальный разнос опорных частот, задаваемьп разностью частот кварцевых генераторов, должен быть таким, чтобы максимальная величина информативной расстройки (Ли 1 1 зондирующей частоты не превышала половины интервала между опорными частотами. При этом частоты кварцевых генераторов и нижний предел полосы частот свип-генератора выбираются так, чтобы в момент начала частотной развертки соблюдались условия баланса опорных частот (мгновенных значений несущей частоты сигнала на выходе второго полосового фильтра 2) и несущей частоты выходного сигнала автогенератора, которые в отсутствие неинформативных факторов определяются соотношениямиЮ сто +и02 н 1 н 1 псхх 01 нЮ - среднее значение разнос- Рти между несущей частотой зондирующего сигнала на выходе автогенератора 1 и несущими частотами частотно-модулированного сигнала на выходе второго полосового фильтра 2, которое в течение всего периода частотной раз вертки остается неизменным и определяется вы- ражением 3 ю =2гдето и и - фиксированные частоты1 Фпервого 8 и второго 13кварцевых генераторовсоответственно,После частотного детектирования 20разностного частотно-модулированногосигнала в частотном детекторе 15на вход низкочастотного усилителя 19поступает амплитудно-модулированноенапряжение прямоугольной формы с несущей частотой пЯ , амплитуда которого зависит от девиации среднегозначения несущей частоты (Ы ) разРиост ного частотно-модулированногосигнала на входе частотного детектора, которое определяется выражением(2)При подключении образцовогодатчика 1 О к времязадающей цепи автогенератора 1 девиация пропорциональна неинформированному приращениюДО несущей частоты зондирующегс35Кнсигнала и, вызванному температурным дрейфом собственных параметров образцового датчика, и при подключении измерительного датчика 6с объектом 7 контроля девиации определяется суммарным приращениемЛШ+ЛМкн зондирующей частоты которое в этом случае обусловлено информативньщ приращением емкости изме 45рительного датчика под влиянием ди -электрических свойств объекта контроля и неинформативными факторами .Причем в последнем случае неинформативные факторы могут стать причи 50ной грубых искажений, если девиациянастолько чрезмерная, что вызываетсмещение текущего значения несущейчастоты входного сигнала частотногодетектора в область нелинейностиего частотной характеристики, прямолинейность которой обеспечиваетсяна ограниченном участке частсгногодиапазона,Низкочастотный усилитель 19, настроенный на первую гармонику частоты пЯ, выделяет из выходного прямоугольного амплитудно-модулированного напряжения частотного детектора синусоидальный сигнал, амплитуда. которого в один из полупериодов Т/Я пропорциональна алгебраической сумме информативного и неинформативногс приращений частоты зондирующего сигнала, а в следующий полупериод содержит информацию только о неинформативных факторах, влияющих на изменения частоты того же сигнала.С выхода усилителя 19 амплитудно-модулированный сигнал частоты ьй подается на сигнальный вход синхронного детектора 20, на управляю - щий вход которого с выхода коммутационного генератора через фазоинвертор 21 поступает прямоугольное напряжение той же частоты, Фаза этого напряжения синхронно инвертируется в моменты переключения датчиков по сигналу частоты.Я , одновременно поступающему с делителя 18 частоты на управляющие входы фазоинвертора 21 и коммутатора 3, После синхронного детектирования по двухтактной схеме) амплитудно-модулированного сигнала на выходе детектора 20 образуется последовательность пакетов выпрямленных полуволн синусоиды, полярность которых изменяется с частотой Я , при этом длительность пакета равна УЯ., а амплитуда полу- волн синусоиды частоты лЯ в пакетах одной полярности (одного знака) пропорциональна амплитуде входного синусоидального сигнала детектора в соответствующий полупериод Г/ЯПрерыватель 22, включенный на выходе синхронного детектора, замыкается по сигналу управления с делителя частоты в моменты подключения образцового датчика 10 к времязадающей цепи автогенератора 1, в результате чего на выходе прерывателя формируется периодическая последовательность пакетов длительностью пй , следующих с частотой Я и состоящих из полуволн синусоиды (частоты пй ) одной полярности, амплитуда которых пропорциональна только не- информативному приращению Дь несукн щей частоты зондирующего сигнала мн . В результате усреднения пакетного однополярного напряжения на выходе второго интегратора 16 обр зуется пульсирующее напряжение, постоянная составляющая которого приводит к изменению уровня постоянного напряжения на регулирующем входе автогенератора и, следовательно, к изменению несущей частоты зондирующего сигнала. При правильном выборе постоянной времени второго интегратора (6) и при соответствующем выборе фазовых соотноше-, ний между входным сигналом первого смесителя 4, пропорциональным неинформативному приращению среднего значения несущей частоты зондирующего сигнала среднее значение зондирующей частоты автогенератора определяется как полусумма опорных частот сигнала сопоставления, т.е. в момент начала частотной развертки среднее значение зондирующей частоты равно полусумме текущих значений Ми о 3 и несущей частоты вы 01 Нходногб сигнала второго полосового фильтра 2, и корректирующим выходным сигналом второго интегратора 16, пропорциональным девиации. среднего значения несущей частоты разностного сигнала на выходе первого полосового фильтра 11 (щ ), обусловленной только неинформативными факторами, уровень постоянного напряжения на регулирующем входе автогенератора изменяется до тех пор, пока не выполнится условие равенства между текущим значением несущей частоты зондирующего сигнала ( и ) и ее средним значением, задаваемым полусуммой опорных частот сигналай +со сопоставления й - 01 н огн 1 т.е.н21 пока для замкнутой системы, состоящей из элементов автогенератор 1 смеситель 4 " фильтр 11 - детектор 15 - усилитель 19 - детектор 20 - прерыватель 22 и интегратор 16 автогенератор 1, с точностью до .ошибки некомпенсации не выполнится условие симметрии, определяемое соотношением1Ю -Ш =Ш -Ю (3)01 К КН КН ОЙНгде ю- текущее значение несущей частоты зондирующего сигнала, определяемое только неинформативными факторами (когда времязадающая цепь автогенератора соединена с образцовым датчиком) . Замкнутая система обеспечивает снижение и стабильность уровня помех, связанных с медленными10 45 50 55 15 20 35 30 35 40 температурными дрейфами собственныхпараметров измерительного датчикаи параметров времяэадающей цепиавтогенератора, лишь при условииидентичности собственных параметровизмерительного и образцового датчиков (для чего датчики изготавливаются по единой технологии на однойподложке, соединены по дифференциаль.ной схеме и находятся в одинаковыхклиматических условиях) и при соответствии постоянной времени замкнутой системы соотношению а 16где Г - постоянная времени второго интегратора 16;некоторая постоянная, пропорциональная времени, в течение которого неинформативные факторы, обусловившие приращение Дын зондирующей частоты ы автогенератора,1 ностаются неизменными, т.е. текущее значение зондирующей частоты ( Юн ) остается постоянным.Частотная развертка свип-генератора должна осуществляться с достаточно малой скоростью с тем, чтобы за время установления переходных процессов, связанных с коррекцией текущего значения несущей частоты зондирующего сигнала по условию сим. метрии (3), среднее значение зондирующей частоты автогенератора практически не изменялось. Поэтому период частотной развертки свипгенератора выбирается значительно большие времени установления переходных процессов в цепи коррекции частоты автогенератора, т.ебольше постоянной времени второго интегратора Т16 1 определяемой из соотношения (4), При указанных условиях плавное изменение частоты свип-генератора 14 от и 1,С до Ю влечет за собой изменениеопорных частот по тому же линейномузакону и возрастание девиации среднегэ значения несущей частоты частотно-модулированного сигнала на входе частотного детектора 15, что вызы.вает пропорциональное изменение амплитуды выходного сигнала детектораи после онисанных преобразований вцепи последовательно соединенныхэлементов усилитель 19 - детектор20 - прерыватель 22 - интегратор16 приводит к изменению уровняпостоянного напряжения на регулирующем входе автогенератора, часто-13 11096 та которого синхронно. с частотной разверткой свип-генератора плавно изменяется в пределах полосы исследуемых частот (К- Мб г, ширинанкоторой задается шириной полосы частот свип-.генератора. Причем разнос опорных частот, которые в начальный момент периода развертки определяются соотношениямиЫ:а -ы и О =щ -о Ю 10О 1 Н СН ф ОгН СН гфа в конце периода частотной развертки - соотношениями ов сео 2 6 се гф( ) 15 20 45 где ии вез - соответственно нижний и верхний пределы полосы частот свип-генератора 14, м , м 8 - мгновенные значения несущей частоты частотно-модулированного напряжения на выходе второго полосового фильтра 2, соответствующие одному периоду ( 2 л Я ) работы переключаИтеля, 12 в момент окончания периода рзвертки, остается неизменным в те 4 чение всего периода частотной развертки и равным разности частот кварцевых генераторов. Рабочая точка частотного детектора 15, определяемая как среднее значение разности между несущей частотой зондирующего сигнала и опорными частотами, также не зависит от частотной развертки, поэтому нелинейность частотной характеристики детектора 15 не влияет на показания измери 35 теля, если в пределах полосы исследуемых частот выполняются условия баланса опорных частот и .зондирующей частоты (1), поскольку линейность частотной характеристики детектора 15 обеспечивается в этом случае в пределах узкого диапазона частоты +ао ,Кроме того, стабилизация разноса опорных частот .позволяет повысить помехозащищенность входных цепей аналогового тракта за счет сужения полосы пропускания первого полосового фильтра 11.50Остаточное напряжение .корректирующего сигнала на регулирующем входе автогенератора, связанное с ошибкой некомпенсации замкнутой системы, не искажает результат измерений и увеличивает погрешность нуля измерителя в том случае, если оно обусловлено медленным дрейфом частоты автогенератора, связанным с70 14 температурными изменениями параметров времязадающей цепи и собственных параметров измерительного и образцового датчиков (т.е. если выполнены условия (1) и (4) для замкнутой системы), поскольку неинформативные составляющие выходного сигнала синхронного детектора, пропорциональные приращению частоты автогенератора, вызванному внешними неинформативными факторами, взаимокомпенсируются в первом интеграторе 23 благодаря инверсии полярности пакетов полуволн синусоиды, следующих поочередно с выхода синхронного детектора 20 на первый интегратор и вызывающих периодический процесс перезаряда его накопительных элементов. Поэтому на выходе первого интегратора 23 появляется пульсирующее напряжение, уровень постоянной составляющей ко-, торого пропорционален некомпенсированной величине информативного приращения до частоты и выходн ного сигнала автогенератора, которое вызывается приращением емкости измерительного датчика 6, связанным с диэлектрическими своиствами объекта 7 контроля на данной частоте. Неинформативное приращение этой частоты, связанное с неидентичностью собственных параметров измерительного 6 и образцового 1 О датчиков, устраняется перед началом измерений в режиме калибровки.Режим калибровки проводится в отсутствие объекта контроля и заключается в ручной регулировке с помощью подстроечного элемента параметров времязадающей цепи автогенератора и в подстройке емкости образцового датчика с помощью триммера (регулирующие элементы автогенератора и образцового датчика не показаны). Блок развертки на время калибровки измерителя отключается. Регулировки ведутся до тех пор, пока на индикаторе 24 не установится нулевое показание, что происходит когда частота автогенератора соответствует условию, устанавливаемому для текущего значения зондирующей частоты и соответствующих значений опорных частот соотношением (3) в оба такта работы коммутатора 3, т.е. когда собственные емкости измерительного и образцового датчиков становятся идентичными с точностью до погрешности отсчета нулевого показания.5 10 15 20 26 ЗО 35 40 45 50 Пульсация выходного напряжения первого интегратора 23 сглаживается при соответствующем подборе постоянной интегрирования 2, которая должна быть близкой величине постоянной времени К 1, второго интегратора 16 и соответственно должна удовлетворять аналогичным условиям (4) . Период развертки частоты свипгенератора выбирается гораздо большим времени установления переходных процессов в цепи коррекции частоты автогенератора, поэтому постоянйая времени блока 9 развертки должна быть выше постоянных времени первого и второго интеграторов, т.е, минимальный период частотной развертки должен быть сравним с постоянной времени 7 определяемой соотношесннием (4) .Блок 9 развертки, необходимый для перестройки частоты свип-генератора 14, служит одновременно для создания частотных, меток на индикаторе 24, постоянное напряжение на сигнальном входе которого изменяется в зависимости от изменений информативного приращения емкости измерительного датчика 6, связанных с дисперсией диэлектрических свойств объекта 7 контроля, при частотной развертке зондирующего сигнала авто- генератора в полосе частот (м 1 -Юе) .1 Н 18Таким образом, введение свипгенератора и второго кварцевого генератора обеспечивает формирование такого сигнала (используемого для сопоставления с зондирующим сигналом автогенератора), разнос несущих частот которого не зависит от абсолютныхзначений этих частот, что позволяет за счет выбора оптимальных соотношений между опорными частотами и несущими частотами зондирующего сигнала подавить влияние нелинейности частотной характеристики частотного детектора при развертке частоты зондирующего сигнала и за счет сужения полосы пропускания первого полосового фильтра существен но повысить помехозащищенность цепей высокочастотной, части аналогового тракта. Введение в цепь автоподстройки зондирующей частоты прерывателяс вторым интегратором и во времязадающую цепь автогенератора образцового датчика с коммутатором позволяет с точностью до ошибки некомпенсации замкнутой цепи коррекцииисключить медленные дрейфы частотызондирующего сигнала, связанные стемпературно-временной нестабильностью параметров времязадающей цепи автогенератора и собственных параметров измерительного датчика. Кроме того, введение фазоинвертора сделителем частоты в управляющую цепьсинхронного детектора позволяет разделить информативный и неинформативные параметры информационного сигнала и при последующем интегрировании исключить погрешность, определяемую величиной ошибки некомпенсации корректирующего сигнала,т . е, позволяет осуществить автоматическую установку нуля в процессеизмерения, что в сравнении с известным устройством дает возможностьсущественно повысить точность измерения малых приращений емкости, связанных с дисперсией диэлектрическихсвойств гетерогенных сред, в полосечастот. Предлагаемый измеритель может быть использован на предприятиях хи. мической и легкой промышленности, вь 1 пускающих изделия на основе композиционных полимерных диэлектриков, для автоматизации операций, связанных с контролем технологических параметров выпускаемой продукции, что обеспечит оптимальное управление режимами технологических процессов и позволит повысить качество готовых изделий. Кроме того,использование измерителя для экспрессанализа технологических параметров готовой продукции или полуфабрикатов по частотной зависимости от диэлектрических свойств позволит снизить трудоемкость операций при проведении анализов и сократить затраты ручного труда.