Способ определения диэлектрической проницаемости материалов и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 19) (11) РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и способа является высоь, малая точность и чувствитакже невозможность(71) Московский радиотехнический институт АН СССР(56) Афсар М.НБерг Дж. Р., Кларк Р.Н. Измерение характеристик материалов/Под ред, Чантри Дж. У, - Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике. 1986, М 1, с, 206-211.Авторское свидетельство СССР В 1255904, кл. 6 01 М 22/00, 1985, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения продольной и поперечной анизотропии диэлектрических материалов в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин Волн,Известен резонансный способ измерения диэлектрических материалов с помощью малых тел, помещенных в резонатор, заключающийся в измерении резонансной частоты колебания Ео 1 о.Однако известным способом невозможно измерить поперечную анизотропию материала, При этом известное устройство характеризуется невысокой точностью измерения и невозможностью измерения величины и положения главных осей анизотропии материала. 1)5 6 01 В 27/26; 6 01 й 27/О 2(57) Изобретение относится к технике измерения составляющих диэлектрической проницаемости в цилиндрическом резонаторе при возбуждении симметричной волны Ео 1 и несимметричной Н 11, согласно изобретению измеряют резонансные частоты симметричного и дуплетного колебаний, Снимают зависимость коэффициента прохождения от угла поворота образца по отношению к вектору напряженности волны Ео 1 По результатам измерения резонансных частот рассчитывают значения тензора диэлектрической проницаемости, а главные оси поперечной анизотропии определяют по положению плоскости поляризации волны Н 11 при максимальных значениях амплитуд Б отдельных составляющих дуплетного коле- у бания, Резонатор, используемый для измерений, разделен на две гальванически ( . связанные части с возможностью вращения друг относительно друга, 2 с,п, ф-лы, 2 ил,Наиболее близким к предлагаемому является способ определения диэлектрической проницаемости материалов, в том числе и анизотропных, заключающийся в том, что диэлектрический образец облучают электромагнитной волной с линейной поляризацией в свободном пространстве, этим измеряют коэффициент прохождения волны, снимают зависимость коэффициента прохождения от угла поворота образца по отношению к вектору напряженности возбуждаемой электромагнитной волны и рассчитывают значения поперечной анизотропии диэлектрической проницаемости,Недостаткамкая трудоемкосттел ьность, аизмерения продольной составляющей анизотропии диэлектрической проницаемости,Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерения поперечной анизотропии и обеспечение возможности измерения продольной составляющей тензора диэлектрической проницаемости,На фиг.1 и 2 приведено устройство, реализующее способ измерения диэлектрической проницаемости,две проекции.Способ реализуется следующим образом,.Пластину из диэлектрического материала помещают в резонатор ортогонально его продольной оси. В резонаторе возбуждают симметричную волну Е 01 и несимметричную волну Н 11 и измеряют резонансные частоты симметричного колебания 11 и дуплетного колебания 12 и 1 з. Измеряют зависимость амплитуд дуплетного колебания при изменении угла поворота пластины относительно плоскости поляризации волны Н 11, фиксируютзначения углов, при которыхдости га ются ма кси мал ьн ые ам пл итуды отдельных составляющих дуплетного колебания и рассчитывают величины диэлектрических проницаемостей е х, е у, епо результатам измерения резонансных частот колебаний из следующей системы уравнений РЬ(о 1 р(Рл(тозе)(р(Готя 1 Мьоь р) (уРо 4-уал(кд у(г,я аС-гл(,д)с(гя 3(ь(рг,-о,(а)Ех+г У 01 Гб,а=,а2 01)11ия от пластины до тор=1,2,где 1, гз - расстоян цов резонатора, см;б - толщина пла тины, с ур+2янная распростране(,5 / ж).й -ж аспространения волны и второй (п=2 поляриза - постоянные Н 11 для пЕрвай п 1= ций; 701= К 1 - К постоянные затуха новоде без диалекту г т,уи=щ:ния волн Е 01 и Н 1рика; олволновые числа свободноК = --Спространства;У 01, У 11 - пОлн Е 01 и Н 11;1 - измерен ньС - скорость сВ - радиус вол ечные волновые числа е частоты, Гцвета, см/с;новода, см. Главные оси поперечной анизотропииопределяют по положению плоскости поляризации волны Н 11 при максимальных значениях амплитуд отдельных составляющих 5 дуплетного колебания.Резонатор разделен на две гальванически связанные с возможностью вращения относительно друг друга части 1 и 5, в одной из которых 1) расположена измеряемая 10 пластина 2, в другой - петли 6 и 7 связи,сдвинутые по азимуту относительно друг друга на 180 О.При измерении колебания Е 010 плоскости возбуждающей 6 и измерительной 7 пе тель связи выставляют параллельно осирезонатора, Сигнал с генератора качающейся частоты подают на возбуждающую петлю, а с измерительной петли через детекторную секцию сигнал подают на эк ран регистратора, С помощью резонансного волномера измеряют частоту резонанса 11. При измерении колебания Н 111 петли связи поворачивают на угол 90 О, так чтобы они лежали в плоскости, ортогональной оси ре зонатора, Если измеряемая пластина имеетпоперечную анизотропию е хе у, то колебания с различной поляризацией Ну -созе-первая поляризация и Нг эпрвторая поляризация, имеют различные ре зонансные частоты, Колебание Н 111 в этомслучае имеетдуплетный характер, и на экране регистратора при произвольной ориентации главных поперечных осей тензора диэлектрической проницаемости относи тельно оси, проходящей через петли связи,наблюдается амплитудно-частотная характеристика с произвольным соотношением амплитуд дуплетного резонанса. При повороте секции 1 относительно секции 5, соот ношение амплитуд дуплетного колебанияменяется, и когда главная ось с наибольшей величиной диэлектрической проницаемости совпадает с осью, проходящей через петли связи, то характеристика на экране регист ратора имеет наибольшую амплитуду на частоте 12. Измеряют частоту длинноволнового резонанса 12 и на указателе 4 угла поворота фиксируют положение оси х, Затем, поворачивая секцию 1, нахо дят ее положение, при котором максимальна амплитуда коротковолнового рзезонанса на частоте 5 з. Измеряют частоту 1 и фиксируют положение оси у, По измеренным частотам колебаний Н 111 т 2, тз и известным 55 размерам резонатора и пластины, решая систему уравнений (2), находят неизвестные величины е х и е у затем, решая уравнение (1), по известной частоте колебания Е 010 и вычисленным значениям е х и я у находим1744655 50 55 Определение компонент тензора диэлектрической проницаемости и положениеглавных осей в поперечном направленииможно проводить в устройстве, представля-ющем собой два отрезка волновода, гальванически связанные между собой свозможностью вращения относительнодруг друга. В одном отрезке. расположенаизмеряемая пластина, а в другом возбужда-,ющая и измерительная петли связи. Для 10того, чтобы открытые концы волновода невлияли на колебания в диэлектрическом резонаторе, длина каждого из отрезков волновода должна быть больше или равна двумего диаметрам, Значения компонент тензора диэлектрической проницаемости по измеренным резонансным частотамколебания волны Ео и дуплетного колебания волны Н определяются из системыуравнений: (5 "л) гк.201 рО=+ а т 72 г 4"(г ) -м25которая следует из (1) и (2), если расстояние до стенок резонатора 1 и гз устремитьк бесконечности,Определение компонент тензора диэлектрической проницаемости можно также 30проводить, возбуждая волны Еор и Н 1 р, вэтом случае при вычислении значений е х, я у, е у в уравнениях(1) и(2) необходимо заменить поперечные волновые числаЖо 1 и у 11 на ур и у 1 р соответственно. 35 Формула изобретения1. Способ определения диэлектрической проницаемости материалов, заключающийся в том, что облучают 40 диэлектрический образец электромагнит- . ной волной, измеряют коэффициент прохождения волны, определяют зависимость коэффициента прохождения от угла поворота образца по отношению к вектору напря женности возбуждаемой электромагнитной волны и рассчитывают значения поперечной анизотропии диэлектрической проницаемости, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения поперечной анизотропии и обеспечении возможности одновременного определения продольной составляющей тензора диэлектрической проницаемости, образец в виде пластины помещают в резонатор ортогонально его продольной оси, где кроме симметричной волны Ео 1 дополнительно возбуждают несимметричную волну Н 1 и измеряют резонансные частоты симметричного колебания 11 и дуплетного колебания 12, 1 з, а при вращении образца фиксируют значения углов, при которых достигаются максимальные амплитуды отдельных составляющих дуплетного колебания рассчитывают величины диэлектрических проницаемоатей в продольноми поперечном х, у направлениях я х, е у, е по результатам измерения резонансных частот, а главные оси х, у поперечной анизотропии определяют по положению плоскости поляризации волны Н 11 при максимальных значениях амплитуд отдельных составляющих дуплетного колебания.2. Устройство для определения диэлектрической проницаемости материалов, содержащее цилиндрический резонатор с устройством закрепления пластины, устройство возбуждения колебаний, резонансный волномер и регистратор, о тл и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения поперечной анизотропии и обеспечении возможности одновременного определения продольной составляющей тензора диэлектрической проницаемости, резонатор разделен на две гальванически связанные с возможностью вращения одна относительно другой части, в одной из которых расположена измеряемая пластина, в другой - петли связи, сдвинутые по азимуту одна относительно другой на 180 С.ГКНТ ССС изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 аказ 2196 ВНИИПИ Гос Тираж рственного комит 113035, Москва