Способ определения комплексной диэлектрической проницаемости

материал 10, согласующий усилитель11, первый 12 и второй 13 фаэовыедетекторы, дифференциальный усилитель 14, индикатор 15 45-градусногофазового сдвига нуль-индикатор 16.Выходы генератора 1 возбуждающего сигнала высокой частоты и генератора 2 низкой частоты подключены соответственно к первому и второму входам смесителя 3, выход которого соединен с входом фильтра 4и входом фильтра 5,Одновременно выход генератсра 1подключен к первому входу согласую,щего усилителя-сумматора 6, второйи третий входы которого соединены спервыми входами фазовых детекторов12 и 13 и подключены к выходу фильтра 4 и выходу фильтра 5 соответственно.Выходы фазовых детекторов 12 и 13соединены соответственно с инверсными прямым входами дифференциальногоусилителя 14, к прямому входу которого дополнительно подключен индикатор 15 45-градусного фазового сдвига,Выход дифференциального усилителя14 подключен к нуль-индикатору 16.Выход согласующего усилителя-сумматора 6 соединен с входом колебательного контура, т,е. с первым выводом катушки 7 индуктивности. Второй вывод катушки 7 индуктивностиподключен к первому выводу переменного конденсатора 8, к высокопотенциальному электроду емкостного датчика 9 и к входу согласующего усилителя 11, выход которого соединен собъединенными между собой вторыми 40(сигнальными) входами фазовых детекторов 12 и 13,Второй вывод переменного конденсатора 8 и низкопотенциальные электроды датчика 9 соединены с земляной 45шиной. П р и м е р, Емкостный датчик, включенный в ЕС-колебательный контур, где Ь и С - индуктивность и емкость50 колебательного контура, С = Со + СС - емкость датчика, С 1 - емкость перестраиваемого конденсатора 8, прикладывают к исследуемому материалу или веществу, В результате взаимодействия электрического поля датчика с исследуемым материалом или веществом изменяется центральная частота колебательного контура и ширина егоВозбуждают .С-колеб ат ел ьный контур сигналом Ур (с) =Б, я 1 п(2 Х, с+Ц,) (1) заданной частоты Го начальным фазовым сдвигом Ч, и стабильной амплитуды Уформйруют первый и второй измерительный сигналы Бр,= ПмН, я 1 п (21 Ер, +Чн ) ю(2) П (с) = Б, яп (2 Ги+Чв ) с симметричными относительно частоты йо возбуждающего сигнала (1) часто- тамир = о 1 6 о/2(5) где +61 /2 - значение частоты расстройки, находящимися за пределами ширины полосы пропускания ЬЕк нагруженного 1.С-колебательного контура,й а Кгде оь 1н 1 первоначальная разность частот измерительных сигналов.Сигналы (2) и (3) формируют путем, например, смещения вниз и вверх по частоте колебаний частоты ЕО, возбуждающего сигнала на значение ДХо /2,Устанавливают амплитуды Б, и Пю , измерительных сигналов (2) и (3) на входе нагруженного колебательного контура равными амплитуде Уп возбуждающего сигнала (1), т.е, Ущр,=У Бш,. При этом частоты (4) и (5) измерительных сигналов (2) и (3) выбирают из условия ослабления этих сигналов вне полосы пропускания на 40-60 дБ.В этом случае измерительные сигналы (2) и (3) опишутся выражениями 11 р (с ) = П я 1 п(2 айи с+Ц 7 р ), (6) 0, (с) =Ц яЫ(Юйв, с+Ц)я ), (7) полосы пропускания за счет вносимых потерь в колебательный контур,С помощью перестраиваемого конденсатора перестраивают центральную час.тоту Е нагруженного ЕС-колебательоного контура на резонансную частоту Го возбуждающего сигнала, соответствующую максимуму дисперсионной кривой исследуемого материала.1" = 8 АЧь 4Сравнивают между собой полученйые значения (4 1) и (42) фазовых сдвигов на частотах Ен и Е е, соответственно. При 0 о г О изменяют емкость перестраиваемого конденсатора до достижения равенства абсолютных значений фазовых сдвигов (41) и (42), Равенство1 О(43) обеспечивается при равенстве центральной частоты Ее ненагруженного ЬС-колебательного контура частоты15возбуждающего сигнала, т,е, при Ео Ео,Измейяют разность частот ЙЕ измерительных сигналов (39) и (40) до значения 30 35 Формула изобретения(51) Фиксируют значение5511 4 8 2Е Д. (52) разности ЬЕ частот (50) и (49) измерительных сигналов (47) и (48),Ей = ЕЬ 4 Е н ф (44) при котором измеряемый фазовый сдвигнапример, на частоте Е Н 4 первого измерительного сигнала достигает (по модулю) значения -45 1, т,е,ОЙ 81 ИН 4 ( н 4)=-451 45 (45) Аналогично0 Е =81 ЩВ (Ее )= 45 (46)В этом случае измерительные сигналы+4 и",-4)"(47) где Ев = 19 - равные между собой коэффициенты передачи колебательногоконтура на частотах Подстраивают емкость С переменного конденсатора до равенства нулю разности измеренных значений фазовых сдвигов, т.е, до равенства на которых вносятся 45-градусные фаэовые сдвиги,0 значении комплексной диэлектрической проницаемости судят по выражениямггУ ЕогЯ = 2 (53)6 01 для действительной составляющей комплексной диэлектрической проницаемости и а с. Ц - 04 Е, -М 119 Еог- для 1-мнимой составляющей комплексной диэлектрической проницаемостиа= 6+,1 Е у (55) где.Ео, и Ео , ЬЕ, и М 2 - центральные частоты и ширина полос пропускания ЬС-колебательного контура при и без взаимодействия электрического поля с исследуемым материалом или веществомВ общем виде комплексная диэлектрическая проницаемость описывается выражением 2Еог . ЬЕ -йЕ,Я: :,+ Е -(- -- 1) 1+ ЗЕо 1 0(56) Спо со 6 определения комплекс ной диэлектрической проницаемости, заключающийся в возбуждении ЬС-колебательного контура с датчиком, где Ь и С - индуктивность и емкость колебательного контура, С = Со + Сгде С емкость датчика, С - емкость перестраиваемово конденсатора, сигналом частоты Ео , определении резонансных частот и ширины полос пропускания колебательного контура при и без взаимодействия электрического поля с исследуемым материалом или веществом, с последующей обработкой результатов промежуточных измерений по определенному алгоритму, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности после и до взаимодействия электрического поля с исследуемым материалом, формируют первый и второй измерительные сигналы с симметричными относительно частоты Ео возбуждающего сигнала частотами"н 1 = с - Дд/2 и в 1 = д +Од/ находящимися за пределами ширины полосы пропускания ДГ 1, ЕС-колебательного контура, т.е, ЬГд6 Г, где Дйд = Й 8 - Г Н, - первоначальная разность частот измерительных сигналов, устанавливают амплитуды измерительных сигналов на входе колебательного контура равными амплитуде воз,буждающего сигнала, при этом частоты Г , и Г 8 выбирают иэ условия ослабления этих сигналов вне полосы пропускания на 40-60 дБ, затем на возбужденныйС-контур подают первый и второй измерительные сигналы, измеряют фазовые сдвиги, вносимые колебательным контуром в каждый измерительный сигнал, сравнивают между собой полученные значения фазовых 20 сдвигов на частотах ГН и Г 8 соответ 1ственно, изменяют емкость перестраиваемого конденсатора до достижения равенства абсолютных значений фазовых сдвигов, изменяют разность час тотД 1 измерительных сигналов до зна" чения ДГ 1 = 18 - Н,2 (Д 2 8йи), при котором йзмеряемый фазовый сдвиг, например, на частоте первого измерительного сигнала, дос тигнет по модулю значения (-45 ), подстраивают емкость переменного конденсатора до равенства нулю измеренных значений фазовых сдвигов, фиксируют значение ЬГ 1 (ЙГ 2) Разности частот измерительных сигналов,на которых вносятся 45-ти градусныефазовые сдвиги, причем после окон,чания взаимодействия электрическогополя с исследуемым материалом или веществом увеличивают частоту Ед возбуждающего сигнала до достиженияравенства абсолютных значенйй фазовых сдвигов на частотах Е Н = ГоЭ- ДГ 1/2 и ЕВВ = ГО + ЬГ 1/2 соотв.етственно, фйксируют второе значение ЕО частоты возбуждающего сигйнала, затем устанавливают первоначальное значение частоты и амплитуды возбуждающего сигнала, изменяютемкость перестраиваемого конденсатора до достижения равенства абсолютных значений фазовых сдвигов, вносимых колебательным контуром в первыйи второй измерительные сигналы начастотах ГН и Г 8 , а о значении сос 2 2 фтавляющих комплексной диэлектрической проницаемости судят по выражео -ъIниям Я 1 р дляактивнойсоставляющей комплексной диэлектрической проницаемости и Я,е 1 ййю ЫЪ= С, ( - - --- ) для реактивнойО 2составляющей комплексной диэлектрической проницаемости, где Ео и оо,Ьеи Д Г 2 - центральные частоты иширина полос пропускания колебательного контура при и без взаимодействия электрического поля с исследуемым материалом или веществом,1661676Составитель Г,Денисенко едактор М,Янкович Техред С.Мигунова Корректор Н,Ревск каз 2120 Тираж 413 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарин