Устройство для измерения диэлектрических параметров жидкостей

(21) (22) (46) (71) ники (72) И.В.И (53) пазах которои. нахои эталонная жидк ух идентичных во язи, прорезанных 4, в объеме ОР вози ТЕМ , облас ф из диэлектрика, в дится исследуемая ти. Посредством д новедущих щел с в плоском зеркале буждаются моды ТЕ ослБюл. У 30адиофизики и элект еи В.Н.Дерк .В.П.Шесто 5.3(088.8) У алов(56) Журнал ф т. 57, У 1, сПТЭ, 1984,206. ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОСТЕЙ(57) Изобретение обеспечивает расширение функциональных воэможностейпутем обеспечения непрерывного контроля отклонений диэлектрических параметров исследуемой жидкости от заданного закона их изменения. Сигнал отСВЧ-генератора 1 через делители мощности 2, 3 поступает по двум каналамна открытый резонатор (ОР), образованный плоским зеркалом 4 и сферическим зеркалом 5. Мезду зеркалами 4,5 расположена кювета 12, выполненная%дающие двухосевой симметрией и отличающиеся расположением пятен полей. В ОР с изотропным заполнением в поперечном сечении эти моды.вырождены. по определенным частотам. При возникновении анизотропии свойств среды, заполняющей ОР, вырождение мод снимается и моды присутствуют в спектре ОР раздельно. Вывод энергии из ОР осуществляется посредством отверстия связи. Разделитель поляризации 9 выделяет возбуждаемые в ОР моды на разных поляризациях, Измеритель фазы 8, на который с фазового модулятора 6 через делитель мощности 7 подается опорный сигнал, выделяет информацию об амплитуде и фазе сигнала. Информация регистрируется регистратором 11 сканирование ОР осуществляется узлом 10., 1 з,п, ф-лы, 2 ил.113305Изобретение относится к технике измерений в диапазонах миллиметровых и субмиллиметровых длин волн, а именно к измерению диэлектрических пара. -5 метров жидких диэлектриков.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения непрерывного контроля отклонений диэлектрических параметров исследуемой жидкости от заданного закона их изменения.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения диэлектрических параметров жидкостей; на. фиг. 2 - конструкция кюветы.Устройство для измерения диэлектрических параметров жидкостей содержит СВЧ-генератор 1, выход которого соединен с входом первого делителя 2 мощности, первый выход которого соединен с входом второго делителя 3 мощности, первый и второй выходы которого соединены с открытым резонатором, образованным плоским зеркалом 4 и сферическим зеркалом 5, посредством щелей связи, прорезанных в плоском зеркале 4 под углом одна к другой и равноотстоящих от оси открытого резонатора, к второму выходу первого делителя 2 мощности подсоединен вход фазового модулятора 6, выход которого соединен с входом третьего делителя 7 мощности, первый и второй выходы которого соединены с опорными входами блока для измерения характеристик резонатора, выполненного в виде .измерителя 8 фазы, сигнальные входы которого соединены с первым и вторым выходами разделителя 9 поляри 40 зации, вход которого соединен с открытым резонатором посредством отверстия связи, прорезанного в сферическом зеркале 5.Сферическое зеркало 5 снабжено уз лом 10 перемещения, который соединен с входом регистратора 11, другой вход которого соединен с выходом измерителя 8 фазы, На оси открытого резонатора внутри него установлена кювета 60 12, выполненная из диэлектрика, толщиной кратной/2 и состоящая из двух частей - сплошной пластины 13 и примыкающей к ней пластины 14, в центре которой выполнены продольный паз 15 55 для исследуемой жидкости и два паза 16 для эталонной жидкости, расположенные симметрично относительно продольного паза 15 и параллельно ему, при 86 2чем оси пазов 16 расположены на расстоянии( 2 офгде И = у-Ь(2 К-Ь)1(221от оси продольного паза 15, а ось,проходящая через середину расстояниямежду краями двух соседних пазов,расположена от оси продольного паза 15 на расстоянииЩели связи, прорезанные в плоскомзеркале 4, расположены на взаимноортогональных осях и ориентированыопод углом 90 одна к другой,Устройство для измерения диэлектрических параметров жидкостей работает следующим образом.Сигнал от СВЧ-генератора 1 через.первый и второй делители 2 и 3 мощности поступает по каналам д и в навход открытого резонатора. Посредством двух идентичных волноведущих щелей связи, прорезанных в плоском зеркале 4, в объеме открытого резонатора возбуждаются моды ТЕМ и ТЕМ 2оь 20 фобладающие двухосевой симметрией и.отличающиеся расположением пятен полей в поперечном сечении открытогоарезонатора. Каждая мода возбуждаетсяс помощью соответствующих щелей связи, а вектора электрических полейэтих мод поляризованы в соответствиис ориентацией волноведущих щелей связи. В таком открытом резонаторе сизотропным заполнением в поперечномсечении согласно дисперсионному уравнению эти моды вырождены по частоте КЬ=ТЧ+(а+и+1) агссоз(1-Ь/К),2 где К= -9 ф Ь - длина открытого резонатора;- рабочая длина волны;щ и и - поперечные вдоль осей х и у,а - продольный вдоль оси Е индексы мод;К - радиус кривизны сферическогозеркала 5,те, при фиксированной частоте дан- .ные моды возбуждаются в открытом резонаторе при одном и том же резонансном расстоянии между зеркалами. Привозникновении анизотропии свойствсреды, заполняющей открытый резонатор, вырождение мод ТЕМ и ТЕМ2 о313305 снимается и эти моды присутствуют в спектре открытого резонатора раздельно. Таким образом при механическом или электрическом сканировании с по 5 мощью узла 10 перемещения сферического зеркала 5 относительно плоского зеркала 4 в выбранном участке спектра открытого резонатора в последнем будут поочередно или одновременно возбуждаться моды ТЕМО и ТЕМнаого го отличающихся поляризациях. Вывод энергии из открытого резонатора осуществляется посредством отверстия связи в виде круглой диафрагмы диаметром 0,2 1 и толщиной 0,03 в центре сферического зеркала. 5. Разделитель 9 поляризации, расположенный на выходе открытого резонатора и обеспечивающий развязку между двумя выходными плеча ми 25-30 дБ, позволяет выделить возбуждаемые в открытом резонаторе моды на разных поляризациях. Оба сигнала, соответствующие резонансному коэффициенту передачи открытого резонатора25 на модах ТЕМО и ТЕМ , подаются пооа го фканалам е и Г на входы измерителя 8 фазы. При этом на опорные входы измерителя 8 фазы по каналам с и с поступают когерентные сигналы с третьего делителя 7 мощности и фазового модулятора 6. В результате в измерителе 8 фазы сигналы смешиваются и информация об амплитуде и фазе перено 35 , сится на низкую промежуточную частоту, соответствующую частоте фазовой модуляции, После детектирования сигналы на выходе усилителей с точностью до постоянной можно записать в следующем виде:, (г) =Асов(ась, +М)П (й)-Всоз(ьу ае)где А и В - амплитудные коэффициенты;45Ьци ьц - разности фаз сигналов,поступающих на входы соответственно с, Г и Й, е,измерителя 8 фазы;й - частота фазовой модуляции,50В результате с выходов измерителя 8 фазы амплитудно-модулированныесигналы с частотой й подаются на регистратор 11 в виде двухлучевого осциллографа.55Таким образом, после заполненияпродольного паза 15 и пазов 16 эталонной и исследуемой жидкостями и осуществления сканирования открытого ре864 зонатора на экране ЭЛТ будут наблюдаться две резонансные кривые, расстояния между максимумами которых и ширины на уровне половинной мощности имеют взаимооднозначное соответствие с искомыми величинами ГБ и гКЕОБ,ОБР а именно:) ок Е,:к Е-эГ, ь,-1) а2 аГ 2 а 2-Г 2 а- -ехр- ( - -)х (1+ -- ) ЕПри условии, когда ЬЕ= (бБ - Я,/- =0,1 и добротность открытого резона 4 тора составляет величины Я-10 обе резонансные кривые могут наблюдаться на экране ЭЛТ раздельно, однако в тех случаях, когда величины д с. становятся достаточно малыми, такими, что. две резонансные кривые уже не могут быть разрешены согласно известному критерию Релея, способы возбуждения открытого резонатора и регистрации, а также конструкция кюветы позволяют вести измерения и контроль диэлектрических параметров исследуемых жидкостей в области неразрешимых частотных сдвигов, т.е. при 6 ГО, 1, не прерывая тот или иной технологический процесс. В этом случае сигналы с измерителя 8 фазы подаются одновременно на промьппленный фазовый детектор и на отклоняющие пластины Х и У ЭЛТ, в результате на экране ЭЛТ будет наблюдаться фигура Лиссажу в виде эллипса поляризации, параметры которого однозначно связаны с измеряемыми параметрами жидкости соотношениями:ачЬ 2 Ь - /а Я/ =-г ( - -+ ЬУ(3 =-агсгд р 2 агсСЕ-соз Ь, где Ь - расстояние между зеркалами открытого резонатора вточке пересечения резонансных кривых; и - толщина слоя исследуемой жидкости. Формула изобретения1. Устройство для измерения диэлектрических параметров жидкостей,Га Подписно каз 3579/48 Тираж НИИПИ роиэв.-полигрпр-тие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 5 1330586 ь содержащее СВЧ-генератор, открытый ля мощности, первый и второй выходы резонатор, образованный плоским и которого соединены с открытым резона- сферическим зеркалами, на оси откры- тором посредством щелей связи, протого резонатора внутри него располо- реэанных в плоском зеркале под углом жена кювета, выполненная иэ диэлект одна другой и равноотстоящих от оси рика, толщиной, кратной Ъ /2 р и сос- открытого резонатора, к второму выхотоящая из двух частдвух частей - сплошной плас- ду первого делителя мощности подклю" . тины и примыкающей к ней пластины, чен вход фазоВого модулятора, выход в центре которой выполнен продольный которого соединен с входом третьего паз для подачи исследуемой жидкости, 10 делителя мощности, первый и второй узел перемещенияе ения сферического эерка- выходы которого соединены с опорными ла, а также блок для измерения харак- входами измерителя фазы, при этом теристик резонатора и регистратор, кювета дополнительно снабжена двумя первый вход которого соединен с уэ- паэами для этаг.онной жидкости, располом перемещения сферического зеркала, 15 ложенными симметрично относительно а второй вход - с выходом блока для продольного паза и параллельно ему,ч измерения .характеристик резонатора, причем оси пазов для эталоннои жидотличающее яа ю щ е е с я тем чтор ркости расположены на расстоянии с целью расширения функциональных . о Г 512 ой возможностей путем обеспечения непре.,2рынного контроля отклонений Лиэлект- И 2,(2 й 2.) рических параметров исследуемой жид-27кости от заданного законаанного закона их измене- Ь - расстояние между плоским и ния, введены первый, второй и третий сферическим зеркалами; делители мощности, фазовый модулятор, 25 К - радиус кривизны сферического разделитель поляризации, а блок дляизмерения характеристик резонаторапредставляет собой измеритель фазы от оси,продольного паза, а ось, прос,двумя опорными и двумя сигнальными ходящая через середину расстояния входами, причем разделитель поляриза О между краями двух соседних пазов . ции соединен с открытым резонатором расположена от оси продольного паза посредством отверстия связи, выпол- на расстоянии венного в сферическом зеркале, первый С 1 + 1и второй выходы разделителя поляриза 2 оции соединены с сигнальными входами 2. Устройство по п. 1, о т л и 35измерителя фазы, выход СВЧ-генерато- ч а ю щ е е с я тем, что щели связи, ра.соединен с входом первого дели- прорезанные в плоском зеркале, рас-, теля мощности, к первому выходу ко- положены на ортогональных осях и ориторого подключен вход второго делите- ентированы под углом 90 одна другой.