Устройство для определения диэлектрической проницаемости материала

(67) Изобретениедиапазоне миллим Ь Комитет Российской Федерации. еаатентам и товарным знакам ОПИСАНИЕ ИЗО Им машиностроения АН УкраиНЛКалмыкова О.Б:, Суслов м машиностроения АН УкраиДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭНИЦАЕМОСТИ МАТЕ носится к технике измерений в тровых и, субмиллиметровых(и) КЦ (и) 2003991 С 1 (51) 5 001 К 2,7 04 001 К 27 26 волн и может быть использовано для и р действительной части диэлектрической проницаемости материалов образцов, имеющих прямой двугранный угол. Устройство содержит приемник 7, измерительный прибор 8, генератор 1 СВЧ, к выходу которого подключен излучатель, выполненный в . виде диэлектрического волновода 3, связанного с механизмом.2 перемещения и отсчета и двух взаимно параллельных металлических пластин 5 и 6, при этом пластина 5 жестко закреплена на торце волновода 3 перпендикулярно его оси, а пластина 6 установлена на второй грани двугранного угла образца 4 так что ее торец расположен в плоскости первой грани. 1 ил, 2003991Изобретение относится к технике измерений в диапазона миллиметровых и субмиллиметровых волн и может. быть использованодля измерения действительной части диэлектрической проницаемости материалов образцов, имеющих прямой двугранный угол,Общественная потребность оппределяется актуальностью задач неразрушающегоконтроля радиоволновыми методами в рамках дефектометрии, толщинометрии и т,п;в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых длин волн, поскольку попыткиприменения существующих устройств, реализующих традиционные способы, либовстречают серьезные технологические трудности, либо дают погрешность, которая сукорочением рабочей длины волны возрастает до неприемлемых пределов,Известно устройство для измерения диэлектрической проницаемости, содержащее генератор СВЧ, делитель мощности,два волноводных излучателя, плоскопараллельный диэлектрик, фазовращатель, циркулятор, детектор и измерительный прибор,Недостатком известного устройства являет. ся низкая точность определения диэлектрической проницаемости, обусловленнаясложностью реализации конструкции приизмерениях в субмиллиметровом диапазоне длин вол,н,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство дляопределения диэлектрической проницаемости, .содержащее приемник, измерительныйприбор, генератор СВЧ, соединенный с делителем мощности, к выходам которогб подклю"чен двуплечий излучатель. Принцип работыустройства заключается в облучении испытуемого диэлектрика электромагнитным полемпосредством двуплечевого излучателя, изменении разности фаэ полей в плечах излучате .ля и рэ.черении амплитуды прошедшейволны, Недостатком известного устройстваявляется относительная сложность его реа-,лизации и, как следствие, понижение точности определения величины диэлектрическойпроницаемости, обусловленное невозможностью практической реализации высокой степени идентичности плеч излучателя вмиллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн.Целью изобретения является упрощение, конструкции и повышение точности измерений в миллиметровом и субмиллиметровомдиапазоне длин волн при определении диэлектрической проницаемости образцов,имеющих прямой двугранный угол.Цель достигается тем, что устройстводля определения диэлектрической проницаемости, содержащее приемник, измерительный прибор, генератор СВЧ, к выходукоторого подключен излучатель, выполненный издиэлектрического волновода, установленного с зазором по отношению кб грани образца, связанного с механизмомперемещения волновода параллельно егооси, и двух взаимно параллельных прямоугольных металлических пластин, одна из" которых жестко связана с диэлектрическим10 волноводом, другая установлена с зазоромпо отношению к последнему, снабжено закрепленной на волноводе пластиной, установленной на его торце перпендикулярноего оси, а другая пластина расположена на15 второй грани двугранного угла, причем ееторец расположен в плоскости первой гранидвугранного угла образца, Таким образом,физически одноплечая антенна за счет отраф жателей в эквиваленте становится двупле 20 чей.Отличительные признаки заявляемогоустройства отсутствуют в прототипе и аналогичных технических решениях в данной и, смежной областях техники и обеспечиваютему соответствие критериям "новизна" и"существенные отличия".На чертеже приведена схема,устройст. ва для определения диэлектрической проницаемости,30 Устройство содержит генератор 1 СВЧ,выход которого подключен к соединенномус механизмом 2 перемещения и отсчета излучателю. Излучатель выполнен из отрезкадиэлектрического волновода 3, располо-.35 женного параллельно одной иэ граней исследуемого образца 4, имеющего прямойдвуграннцй угол, с зазором и относительноупомянутой грани. Величина зазора и зави.сит от рабочей длины волны и выбирается40 такой, чтобы коэффициент передачи помощности от волновода к контролируемойструктуре при максимальной величине. плеча бк(максимальное расстояние, на котороеможет быть перемещена пластина) не пре 45 вцшал 10%, что позволяет пренебречь обратным влиянием вторичного поля напервичное, Пластина 5 жестко закрепленана волноводе 3 и установлена на его торцеперпендикулярно его оси, а пластина б рас 50 положена на второй грани двугранного углаобразца 4 так, что ее торец расположен вплоскости первой грани двугранного углаобразца 4. Такая расстановка металлических пластин 5 и 6 реализует излучатель,55 эквивалентный двуплечему, Дипольныйприемник 7 установлен на линии, образующей с ребром исследуемого образца 4 уголО, и связан с механизмом 8 измерения углаи регистрирующим устройством 9, например самописцем.Я 03991 Вгде д- угол наблюдения;Й-длина волны е свободном пространстве;ЪА - длина волны в диэлектрическомволноводе;Ь; период следования"нулей амплиту дыПри этом угол наблюдения О выбираютиэ соотношения С 1 к . бкй 81 пд бк 1 где бк - предельный размер плеча излучателяИспользование предлагаемого устрой ства позволяет упростить конструкцию, реализующую двуплечий излучатель, при этом существенно повышается точность измерения диэлектрической проницаемости, сведя к минимуму погрешности, связанные с юс тировкой движущихся плеч двуплечего излучателя, использованного в прототипе, (56) Авторское свидетельство СССР М 1166012; кл, 6 01 й 27/26, 19.85. Формула изобретенияУСТРОЙСТВО ДЛЯ ОП РЕДЕЛ ЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее генератор. 40 СВЧ, излучатель, содержащий диэлектрический еолновод, приемник и измерительный прибор, отличающийся тем, что.: излучатель дополнительно содержит две взаимно параллельные прямоугольные металлические пластины, одна из которых за-креплена на торце диэлектрическогов Составитель . В, БудановРедактор Т. Юрчикова Техред М.Моргентал КорректоР М, Шароши Т.ираж Подписное ф НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Заказ 3324 Производственно-издательский комбинат "Патент", 1. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Устройство работает следующим образом.ФВ исходном состоянии пластины 8 и 6 расположены так, что величина плеча излучателя, т.е. промежутка б между ними, равна нулю. С помощью. механизма 2 перемещения и отсчета волновод 3 и прилегающая к нему пластина 5 перемещаются вдоль оси волноеода 3 так, что величина промежутка б изменяется от нуля до величины бк, равной нескольким длинам волн; Обе, прямая 0 и обратная Оо, волны диэлектрического волновода 3, взаимодействуя с одной иэ плоских ганй образца, в форме объемных волн Ол и Оо распространяются под одинаковыми углами к этой грани в разные стороны в образце 4. Достигая пластины 6, выполняющей функцию второго рефлектора, волна Оо, отразившись от нее, распространяется в том же направлении, что и волна О . Таким образом, одноплечая антенна за счет отражателей в эквиваленте выполняет функцию двуплечей, т.е; ее электродинамические свойства оказываются аналогичными свойствам антенны прототи-. па, амплитуду прошедшего поля регистрируют измерительным прибором 8 при всех значениях величины промежутка б между пластинами излучателя 5 и 6 и, таким образом, получают зависимость амплитуды прошедшей волны от величины промежутка б. По пслученной зависимости определяют. величину периода следования нулей амплитуды Л и величину диэлектрическойпроницаемости как и в прототипе определяют иэ соотношения, волновода; установленного с зазором по , отношению к первой грани образца, имеющего прямой двугранный угол, перпенди,. кулярно к оси волновода, а другая пластина расположена на второй грани об, разца, при этом ее торец размещен в плоскости" первой .грани двугранного угла ,образца, а диэлектрический еолноеод связан с мехаНизмом перемещения излучате- .