Устройство для измерения параметров материалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 8000 Ч 114 ь 01 М 22 ИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕ г ительи внения регистрир 1 ил. гнал блокася индикато ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Ленинградский ордена Октябрьской Революции и ордена ТрудовогоКрасного Знамени инженерно-строный институт(56) Патент США3771880,кл. С 01 И 21/48, 1973.Викторов В.А, и др. Высокочастотные методы измерения неэлектрическихвеличин. М,: Наука, 1978, с.101 в 1.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к техникеСВЧ-измерений и обеспечивает расширение функциональных возможностейпутем обеспечения контроля шероховатости пластичной бетонной поверхноств процессе ее обработки. Привод 12осуществляет перемещение исследуемого материала (ИМ) 13 в направлении,перпендикулярном нормали к его поверхности, При движении ИМ 13 облучается антенной 2, на которую поступают электромагнитные колебания СВЧгенератора 1, прошедшие через основное плечо направленного ответвителя6 и первое и второе плечи циркулятора 7. Зеркально отраженная от поверх.ности ИМ 13 волна попадает на антен.ну 3, которая установлена под такимже углом к нормали ИМ 13, что и антенна 2. Диффузно рассеянная энергияпринимается антенной 2. Соотношениемощностей сигналов, принятых антеннами 2 и 3, служит мерой шероховатостиотражающей поверхности. Смеситель 8выделяет сигнал биений двух сигналов: просачивающегося из первого плеча циркулятора 7 во второе плечо ипринятого антенной 2. Смеситель 4 выделяет сигнал биений двух сигналов:опорного, поступающего из вспомогательного плеча направленного ответвителя 6, и принятого антенной З.Сигналы со смесителей 4 и 8 через соответствующие детекторы 10 и 11 поступают на блок 9 сравнения. ВыходнойИзооретение относится к техникеСВЧ-измерений и может использоваться в строительном производстве дляизмерения шероховатости поверхностипластичных бетонных смесей.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей путемобеспечения контроля шероховатостипластичной бетонной поверхноСти впроцессе ее обработки,На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема устройства,цляизмерения параметров материалов.Устройство для измерения парамет.ров материалов содержит СВЧ-генератор 1, первую и вторую антенны 2 и3, первый смеситель 4, индикатор 5направленный ответвитель 6, циркулятор 7, второй смеситель 8, блок 9сравнения, первый и второй детекторы 10 и 11, привод 12 для перемещения исследуемого материала 13 в направлении, перпендикулярном нормалик его поверхности.Устройство для измерения параметров материалов работает следующимобразом.СВЧ-генератор 1 генерирует электромагнитные колебания, которые поступают на направленный ответвительб. Основная часть энергии источникаСВЧ-генератора 1 поступает через направленный ответвитель 6 первое плечо циркулятора 7. Из первого плечаосновная часть энергии СВЧ-колебаний поступает во второе плечо циркулятора .7,а небольшая часть энергии эа счет конечной развязки первого и третьего, плеч циркулятора 7 поступает в третье плечо, Из второгоплеча энергия СВЧ-колебаний поступает в первую антенну 2 (приемопередающую), которая облучает поверхФность исследуемого материала 13(пластичного бетонного изделия),движущегося со скоростью,ч, создаваемойприводом 12. Известно, что шероховатость поверхности является однимиз основных Факторов, определяющихсоотношение зеркально отраженной идиффузно рассеянной энергии СВЧ-колебаний. Зеркально отраженная от поверхности исследуемого материала 13волна попадает во вторую антенну 3,Диффузно рассеянная энергия принимается первой антенной 2. При Фиксированной длине волны и определенныхуглах падения и отражения соотношение мощностей сигналов, принятых 228000 2первой антенной 2 и второй антенной3, служит мерой шеррховатости отражающей поверхности. Смесителем 8 выделяется сигнал допплеровской частоты, представляющий собой биение двух 5сигналов: просачивающегося из первого плеча во второе плечо циркулятора 7 (гетеродинирующий сигнал) и при.нятого первой антенной 2 диффузнорассеянного сигнала, поступающего извторого плеча в третье плечо циркулятора 7, Смесителем 4 выделяется сигнал дапплеровской частоты, представляющий собой биение двух сигналов, 15опорного, поступающего из вспомогательного плеча направленного ответвителя б по волноводу, и зеркально отраженного от поверхности исследуемого материала 13, принятого второй ан,тенной. 3. Выходные сигналы смесите Олей 4 и 8, поступающие на первый ивторой детекторы 10 и 11, имеют допплеровское смешение частоты по отношению к сигналу, облучающему поверхность через первую антенну 2. Этосмещение частоты возникает в связи сперемещением поверхности со скоростьюч приводом 12.Допплеровское смещение частоты выходных сигналов смесителей 4 и 8 позволяет разделить сигналы, отраженныеот поверхности, от сигналов непосредственно попадающих из первой антенны 2 на входы смесителей 4 и 8,так как если скорость перемещения по 35 верхности у = О, то сигналы на выходе смесителей 4 и 8 отсутствуют. Таким образом, поступающие на блок 9сравнения входные сигналы содержатинформацию о соотношениях мощностей4 О зеркально отраженной и диффузно рассеянной волн, так как выходные сигналы детекторов 10 и 11 пропорциональны соответственно амплитудам диф.фузно рассеянной и зеркально отра 45 женной волн. Выходной сигнал блока 9регистрируется индикатором 5.Для обеспечения работоспособностипредлагаемого устройства необходимо выбрать параметры установки передающей и приемной антенн (угол наклона, высоту выставки, рабочую длину волны, поляризацию). При этом определяющим в оценке класса шероховатости поверхности пластичных бетонных смесей является отношение длины радиоволны 3 к высоте неровности Ь. Аналитически, с точки зрения процесса отражения радиоволн от плоской гра ницы раздела двух сред, степень шероховатости поверхности определяется критерием Релея(1)16 ядп 9 максгде 9- угол наклона луча к поверхности,Й - высота неровностей,. Для работы предлагаемого устройст.ва необходимо выбирать параметры установки: угол наклона приемопередающей антенны 9 , угол наклона второй антенны 3 9 р, и длину волны ЯОтртаким образом, чтобы минимальные высоты анализируемых неровностей поверхности удовлетворяли неравенствуЬ (2)16 я 1 п 9 паЕсли высота неровностей на всей поверхности или на участке при отражении удовлетворяет условию (2), то отражение в зависимости от характера неровностей будет диффузным или полурассеянным, ДИФфузным отражением называют Случай отражения, при котором плотность мощности отраженной волны Па в верхнем полупространстве зависит от угла отражения по знаку Ламбертао от Чагде П - плотность мощности, отраженная в перпендикулярномнаправлении.Диаграмма рассеяния Р в пространстве представляет собой сферу.1Известно, что при полурассеянном отражении мощность, отраженная в обратном направлении под углом 9 а (мощность диффузно рассеянной волны) уменьшается при уменьшении Ь/я, а мощность зеркально отраженной волны под углом 9 пад = Оютр (зеркально отраженная волна) увеличивается с уменьшением Ь/д.Следовательно, для повышения точности анализа класса шероховатости с уменьшением высоты неровностей поверхности необходимо уменьшить отношение % /яп 9 пад .Однако увеличение угла падения аа приводит к уменьшению допплеровского сдвига частоты отраженного неровностями сигнала и поэтому неравенство (2) достигают уменьшением Ъ 228000 4Случайные шероховатые поверхностииз пластичных бетонных смесей, получаемые в процессе заглаживания,имеютнормальное распределение высот точекповерхности, поскольку образованиенеровностей поверхности является результатом совместного и аддитивногодействия большого числа факторов.При рассеянии поля случайной шероховатой поверхности угловое распределение интенсивности рассеяния поляпредставляется функцией 1(К,), называемой индикатриссой рассеяния,где К - волновой вектор подающего 15поля- волновой вектор рассеянного поля.В случае рассеяния поля на плас-тичной бетонной смеси эту поверхность можно считать идеально отражающей (коэффициент отражения 1 = 1)Упоскольку эта,поверхность проводящаяи в связи со значительной влажностьюимеет большую диэлектрическую проницаемость.25 . Соотношение интенсивности диффузно рассеянной волны (интенсивностиобратного рассеяния Х =4 -) изеркально отраженной волны Х(припостоянных углах облучения и наблюдения 11 и Х , длине волны д , принеизменных расстояниях передатчика иприемника от поверхности) характеризует шероховатость поверхности и позволяет отнести ее к одному из классов шероховатостей. Интервал корреляции шероховатостей поверхностипластичной бетонной смеси определяется размерами выступающих на поверхность наполнителей смеси (щебенка,гравий, песок и т.д,) и, как правчло, при массовом производстве изделий размеры наполнителей постоянныили мало меняются. Поэтому соотношения интенсивностей двух вышеназванныхволн определяются параметром б 45 асреднеквадратическим отклонениемвысот точек поверхности от среднегоуровня, что и позволяет внести оперативный контроль качества поверхности изделий и автоматизировать процесс заглаживания.Формула изобретенияустройство для измерения парамет ров материалов, содержащее СВЧ-генератор, первую и вторую антенны, первый смеситель, индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью3 1228000 Ьрасширения функциональных воэможнос- торого через второй детектор соединен тей путем обеспечения контроля шеро- с вторым входом блока сравнения, выховатости пластичной бетонной поверх- ход которого подключен к входу индиности в процессе ее обработки вве- катора, а выход вспомогательного пледены направленный ответвитель цир ча направленного ответвителя соедикулятор и последовательно соединен- нен с первым входом второго смеситеные второй смеситель, первый детек- ля, к второму входу которого подсоетор и блок сравнения и второй детек- динена вторая антенна, при этом пертор, при этом основное плечо направ- вая и вторая антенны установлены под ленного ответвителя включено между 1 одинаковыми углами к нормали к по- выходом СВЧ-генератора и первым пле- верхности исследуемого материала, а чом циркулятора, к второму плечу ко- также введен привод для перемещения торого подсоединена первая антенна, исследуемого материала в направлетретье плечо циркулятора соединено нии, перпендикулярном нормали к его с входом первого смесителя, выход ко поверхности.Составитель Р.Кузнецова Редактор В.Ковтун Техред И.Попович Корректор С.Черни Заказ 2282/44 Тираж 78 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4