Устройство для измерения параметров диэлектрика

(19) ИЖ (И) 2 ОО 3992 С 1 .151)5 001 Е 27 26 601 К 27 04061 Х 27 22 ОБРЕТЕН 2 проницаемости, (е) Сущн держит диэлектрическую. по резонатором 2 на одной стор ниями 3 и 4 на другой, гене частоты, детектор, микропроц равпения, АЦП 9, блок 10 инд постоянно запоминающих уст Увеличение точности достига ропроцессора У с двумя ПЗУ 1 программами. Устройство позв мерения твердых материалов, йой фазы. 1 зл. ф-лы, 2 ип.(71) Московский институт электронного машиностроения(73) Гвоздев Василий Иванович(64) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДИЭЛЕКТРИКА(67) Использование: в контрольно-измерительнотехнике, дпя контроля и измерения тангенса углдиэлектрических потерь (фб) и диэлектрическои КомитетРоссийской Федерации по патентам и товарным знакам ОПИСАНК ПАТЕНТУ ость: устройство содложку 1 с кольцевым оне и щелевыми лиратор 5 качающейся ессор 7, пульт 8 упикации, ЦАП 11, два ройства 12, 13 (ПЗУ).ется введением мик, 13 со встроенными оляет проводить изжидкой и газообраз2003992 3 4Изобретение относится к контрольно. ра, а выход микропроцессора через второе измерительной технике, в частности к конт- постоянно запоминающее устройство соеролю и измерению тангенса угла потерь и динен с входом ЦАП.диэлектрической проницаемости элементов На фиг,1 приведена схема устройства функциональных узлов. 5 для измерения параметров диэлектрика; наИзвестноустройстводляизмерения пара- фиг.2- сверхвысокочастотная часть устрой- метров материалов, содержащее диэлектриче- ства.скую подложку с кольцевым резонатором на Устройство для измерения параметров одной. стороне, а на другой щелевые линии, " диэлектрика фиг.1 содержит диэлектричесоосноидиаметральнорасположенныекколь скую подложку 1 с кольцевым резонатором цевому резонатору, причем к одной щелевой 2 на одной стороне и щелевыми линиями 3 линии подключен генератор качающейся час-и 4 на другой. К щелевой линии 4 подключен тоты, а кдругой-детектор, генератор 5 качающейся частоты, а к щелеОднако известное устройство не обес- вой линии 3 - . детектор 6. Входы микропропечивает повышенные точности измерений 18 цессора 7 соединены с пультом В и эргономических показателей измерения, управления и через АЦП 9 с выходом детекобладает большим весом и габаритами из- тора 6, а выходы микропроцессора 7 соедиза использования стандартной измеритель-, нены с блоком 10 индикации и через цАП 11 ной апларатуры и не имеет:возможйдЪти, с входом генератора 5 качающейся частоты. измерения коэффициента потерь в диалект .В,микропроцессор 7 на входе со стороны риках. АЦП 9 и выходе со стороны ЦАП 11 вкпючеЦепь изобретения - раСширение функ- ны постоянно запоминающие устройства 12 циональных возможностей путем измере и 13 со встроенными программами.. ния коэффициента потерь, повышения В устройстве для измерения параметточности измерения, упрощение калибров ров диэлектрика фиг.2) выход генератора 5 ки и исключение случайных ошибок измере. качающейся частоты, расположенный на ния. верхней стороне введенной диэлектричеЦель достигается тем, что в устройство ской подложки 14, параллельно включен в для измерения параметров диэлектрика, со. щелевую линию 4, которая на четвертьволдержащее диэлектрическую подложку, наод новой длине от места включения закороченой стороне которой размещен кольцевой на. В щелевую линию 3 параллельно резонатор,анадругой-двещелевЫелинии, включен детектор 6 через емкость 15, за расположенные соосно и диаметрально отно-: местом включения которого щелевая линия сительно кольцевого резонатора, причем к 3 на четвертьволновой длине закэнчивэетая первой щелевой линии подключен выход ге согласованной нагрузкой 16. Измеряемый нераторэ качающейся частоты; а к второй- диэлектрик 17 вносится на поверхность ревход детектора, введены вторая диэлектри- зонатора 2.ческая подложка, микропроцессор, пультс управления, блок индикациии аналого-циф- Устройство для измерения параметров ровой и цифро-аналоговый преобразовате диэлектрика работает следующим обрэли АЦП и ЦАП), при, этом входы,зом.микропроцессора соединены с пультом уп Сигнал с генератора 5 качающейся часторавления, а выходы микропроцессора - с тыпроходитчерезрезонатор 2 ификсируется блоком индикации и через ЦАП с входомна детекторе 6 в виде резонансной кривой. генератора качающейся частоты, который 45 При внесениидиэлектрика 17 в область резо- расположен на верхней стороне второй ди- натора 2 наблюдается смещение резонансной электрической подложки, первая щелевая частоты. Диэлектрическая проницаемость излиния закорочена, а вторая заканчивается меряемого материала определяется смещенисогласованнойнагрузкой,причемвыходге- ем центральной частоты, а потери - нератора качающейся частоты подключен к 50 измерением полосы частотной характеристипервойщелевойлиниинэчетвертьволновой ки по уровню 0,7. Измерения проводятся в длине от места закоротки, а во вторую щв- следующем порядке. При включении приболевуюлинию натой жедлинеотсогласован- ра производится начальная инициализация ной нагрузки включена цепь, состоящая из микропроцессора 7, при этом нэ входе ЦАП последовательно соединенных детектора и 55 11 устанавливается нулевое напряжение, а конденсатора, э также введены два посто- .на блоке 10 индикации индицируются нули, янно запоминающих устройства со встроен- и микропроцессор 7 переходит в режим опными программами, при этом выход АЦПросапульта 8 упрэвления.Принажэтиикнопчерезпервоепостояннозэпоминэющееуи- ки "калибровка" на пульте управления ройство соединен с входом микропроцесса- микропроцессор 7 переходит нэ программуИ 03 992 ех = (еК+ 1)(го/В) - еК,9 0= В ЬЮ 0,(56) Авторское свидетельство СССРЬЬ 842514, кл. 6 01 й 27/00, 1981,30 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Э 5 качающейся частоты, который расположен1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИд на веРхней стороне второй диэлектриче- ПАРАМЕТРОВДИЭЛЕКТРИКА, содержа- скои подложки, первая щелевая линия за.щее первую диэлектрическую подложку,.на корочена, а вторая заканчивается соглаодной стороне которой размещен кольце- Раиной нагрузкой, причем выход генеравой резонатор, а на другой стороне - две 40 тора качающейся частоты подключен к щелевые линии, расположенные соосно и . первой щелевой линии на четвертьволнодиаметрально относительно кольцевого вой длине отместа закоротки, а во вторую резонатора, причем к первой 1 целевой ли- щелевую линию на той же длине от соглании подключен выход генератора качаю- . сованной нагрузки включена цепь, состоя- щейся частоты, а к вторОй - вход 45 щая из последовательно соединенных детектора, отличающееся тем, что, с цельюдетектора и конденсатора.Расширения функциональных возможно . 2 Устройство по п.1, отличающееся стей путем измерения, коэффициента по- тем, что, с целью упрощения калибровки и терь, повышения точности измерения, в уь исключения случайных ошибок измерения, него введены вторая диэлектрическая под- в него введены два постоянно запоминаю- ложка, микропроцессор, пульт управления,. щих устройства с встроенными программа- блок индикации, аналого.-цифровой и циф- ми, при этом выход аналого-цифрового роаналоговый преобразователи, при этом преобразователя через первое постоянно входы микропроцессора соединены с пуль Д запоминающЕе устройство, соединен с вхотом управления и через аналого-цифровой:, дом микропроцессора, а выход микропропреобразователь - с выходом детектора, а цессора через . второе постоянно выходы микропроцессора - с блоком инди- запоминающее устройство соединен с вхокации и через цифроаналоговый преобра- дом цифроаналогового преобразователя.зователь - с входом генератора"калибровка", работающую следующим образом, На вход ЦАП 11 подается код в диапазоне от нуля до конечного значения, напрймер до 1024, с единичным шагом. При этом на каждом шаге при помощи АЦП 9 происходит измерение напряжения, снимаемого с детектора 6. Таким образом, в микропроцессоре 7 запоминается зависимость выходного напряжения от частоты генератора 5, качающейся частоты. Максимальная точка и две точки по уровню 0,7 частотной кривой фиксируются и используются для дальнейших измерений.Для проведения измерений диэлектрической проницаемости и потерь на резонатор помещается Образец измеряемого материала и после этого на пульте 8 управления с помощью соответствующих кнопок набирается величина толщины образца, после чего нажимается кнопка "измерение", Процесс измерения происходит аналогично процессу "калибровка", но с дополнительной фиксацией четвертой точки, соответствующей нулевому уровню резонансной кривой.Далее микропроцессор 7 производит расчет потерь (т 9 ( и диэлектрической про-. ницаемости (е), Результат измерения щ д и г ОтобРажается на блоке 10 индикации.Микропроцессор 7 производит расчет диэлектриеской проницаеости (е х) и потерь (19 д) по следующим формулам: 5 где К = (М + 1)/(М), М - Л + 2 д 7 в,10 и 1 - центральные частоты кольцевого резонатора и резонатора с измеряемым диэлектриком; Ж- полоса частотной характеристики по уровню 0,7; б и в - толщина 10 подложки с диэлектрической проницаемостью е и ширина проводника кольцевого резонатора; В - калибровочный коэффици ент;УЪеличение точности измерения до стигается благодаря микропроцессору 7,а подключенные к нему постоянно запоминающие устройства 12 и 13 со встроенными программами по заданному алгоритму позволяют на каждом этапе измерения прово дить калибровку и исключать случайныеошибки измерения. Снижение массогабаритных параметров достигнуто путем комбинированного включения генератора качающейся частоты и детектора в щелевую 25 линию. Устройство позволяет проводить измерения кроме твердых материалов, жидкой и газообразной фазы.2003992 Составитель В. БаталовТехред М.Моргентал орректор М, Демч едактор Т. Юрчико Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 аказ 33