×
10.09.2014
216.012.f365

БЕСКОНТАКТНОЕ РАДИОВОЛНОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002528131
Дата охранного документа
10.09.2014
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного и дистанционного определения толщины плоских диэлектрических материалов. Технический результат - повышение точности достигается тем, что устройство содержит генератор сверхвысокочастотных электромагнитных волн с частотой, управляемой модулирующим генератором линейно изменяющегося напряжения, подсоединенный через первый вывод делителя мощности и циркулятор к приемо-передающей антенне для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности диэлектрической пластины по нормали к ней, смеситель, вычислительное устройство, являющееся выходным блоком, соединенное с выходом смесителя и с модулирующим генератором, вторую приемо-передающую антенну для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности диэлектрической пластины по нормали к ней, соединенную со вторым выводом делителя мощности через первый умножитель частоты в N раз и второй циркулятор, выход которого соединен со вторым входом смесителя, при этом первый вход смесителя соединен со вторым выходом первого циркулятора через второй умножитель частоты в N раз. 1 ил.
Основные результаты: Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения толщины диэлектрических материалов, содержащее генератор сверхвысокочастотных электромагнитных волн с частотой, управляемой модулирующим генератором линейно изменяющегося напряжения, подсоединенный через первый вывод делителя мощности и циркулятор к приемо-передающей антенне для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности диэлектрической пластины по нормали к ней, смеситель, вычислительное устройство, являющееся выходным блоком, соединенное с выходом смесителя и с модулирующим генератором, отличающееся тем, что дополнительно содержит вторую приемо-передающую антенну для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности диэлектрической пластины по нормали к ней, соединенную со вторым выводом делителя мощности через первый умножитель частоты в N раз и второй циркулятор, выход которого соединен со вторым входом смесителя, при этом первый вход смесителя соединен со вторым выходом первого циркулятора через второй умножитель частоты в N раз.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного и дистанционного определения толщины плоских диэлектрических материалов, таких как стены зданий, ледовое или дорожное покрытие в процессе мониторинга при использовании транспортных средств.

Известны устройства для дистанционного бесконтактного измерения толщины ледового покрова, использующие принцип действия импульсного радиолокатора. Размещенное на автомобиле или вездеходе оно позволяет измерять толщину льда или другого подстилающего покрытия в процессе движения. Однако получить большую точность в определении толщины при помощи импульсного радиолокатора затруднительно на малых расстояниях порядка 0,5-1,5 метров, как это имеет место в данном случае. Малое время распространения радиоволн приводит к уменьшению ширины зондирующего импульса, которая, в свою очередь, ограничена по крайней мере одним периодом частоты заполнения. При высокой частоте заполнения проникающая способность радиоволн в диэлектрических материалах резко падает.

Известно также техническое решение - радиоволновый измеритель толщины диэлектрических материалов, использующий частотную модуляцию зондирующего сигнала, по технической сущности наиболее близкое к предлагаемому способу и принятое в качестве прототипа (Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоатомиздат, 1989, 208 с.). Данное устройство содержит: генератор сверхвысокочастотных (СВЧ) электромагнитных волн с частотой, управляемой модулирующим генератором линейно изменяющегося напряжения (ЛЧМ), подсоединенный через первый вывод делителя мощности и циркулятор к антенне для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности диэлектрической пластины по нормали к ней и приему отраженных электромагнитных волн; смеситель излучаемых и принимаемых электромагнитных волн, к первому и второму входам которого подсоединены соответственно СВЧ генератор через второй вывод делителя мощности и антенна отраженных электромагнитных волн через циркулятор, выход смесителя подсоединен ко входу вычислительного устройства, являющегося выходным блоком. В результате временной задержки между волной, попадающей на смеситель напрямую от СВЧ генератора и волной, прошедшей через диэлектрическую пластину и вернувшейся обратно после отражения от ее нижней границы, на выходе смесителя выделяется сигнал разностной частоты. Частота этого сигнала пропорциональна толщине диэлектрической пластины и квадратному корню от ее диэлектрической проницаемости. Точность определения толщины или разрешающая способность при данном методе прямо пропорциональна девиации частоты.

Недостатком этого толщиномера является тот факт, что антенна устройства должна быть максимально согласована с материалом измеряемой пластины, чтобы устранить отражение от ее передней поверхности. Поэтому данное устройство не приспособлено для дистанционного применения. Если же применить антенну, согласованную с открытым пространством, то сигнал, отраженный от верхней стороны диэлектрической пластины, внесет сильные искажения в результирующий сигнал, что приведет к снижению точности измерения толщины.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерения.

Технический результат в предлагаемом устройстве для бесконтактного измерения диэлектрических пластин достигается тем, что оно содержит: СВЧ генератор, управляемый модулятором, соединенный через первый вывод делителя мощности и первый циркулятор с первой приемо-передающей антенной для излучения электромагнитных волн в сторону измеряемой поверхности по нормали; вторая приемо-передающая антенна для излучения в сторону измеряемой пластины по нормали, соединенная со вторым выходом делителя мощности через первый умножитель частоты и циркулятор; смеситель, первый вход которого соединен с выходом первого циркулятора через второй умножитель частоты, а второй вход - с выходом второго циркулятора; выходное вычислительное устройство, соединенное с выходом смесителя и с модулирующим генератором.

Предлагаемое устройство поясняется чертежом, где приведена его структурная схема.

Устройство содержит СВЧ генератор - 1, модулятор - 2, делитель мощности - 3, первый циркулятор - 4, первая антенна - 5, первый умножитель частоты - 6, второй циркулятор -7, вторая антенна - 8, второй умножитель частоты - 9, смеситель - 10, вычислительный блок - 11, диэлектрическая пластина - 12.

Устройство работает следующим образом.

СВЧ генератор 1 передает электромагнитные колебания с частотой, изменяющейся по линейному закону с периодом TM, от начальной частоты F до частоты F+ΔF, где ΔF -девиация частоты. Часть этой волны через циркулятор 4 излучается антенной 5 по нормали к поверхности диэлектрической пластины. Принимаемая этой антенной волна состоит из суммы двух волн, отраженных от передней и от задней поверхности диэлектрической пластины 12.

где τR=2R/c - время распространения электромагнитной волны до передней поверхности пластины и обратно; R - расстояние до пластины; с - скорость света в воздухе; A1 - амплитуда принимаемой волны от передней стороны пластины; - время распространения электромагнитной волны в пластине толщиной d и диэлектрической проницаемостью ε; A2 - амплитуда принимаемой волны от задней стороны пластины. После прохождения этой волны через циркулятор 4 и умножитель частоты 9, на вход смесителя 10 поступает сигнал:

где N - целое число - коэффициент умножения блока 9.

На второй вход смесителя 10 поступает сигнал, который от второго выхода делителя мощности 3 через умножитель частоты 6, циркулятор 7 и антенну 8 излучается по нормали к пластине 12, отражается от нее и возвращается обратно через эти же антенну и циркулятор:

Известно, что с ростом частоты СВЧ генератора резко возрастает затухание в таких диэлектрических материалах, как дерево, бетон, лед. Это справедливо для частот, применяемых в радиолокации от 1,5÷2 ГГц и выше. При кратном повышении частоты затухание для многих практических материалов возрастает в десятки и сотни раз. Поэтому в уравнении (3) в отличие от уравнения (2) можно пренебречь вторым слагаемым. В результате для смесителя 10 опорным будет сигнал В, имеющий временную задержку τR.

На выходе смесителя 10 после перемножения сигналов А с В и низкочастотной фильтрации выделится сигнал разностной частоты:

Поскольку , разностная частота или частота биений этого сигнала определится как:

Окончательно толщина диэлектрической пластины с известной диэлектрической проницаемостью ε после измерения Fb с учетом TM и вычисления по формуле

определяется в выходном вычислительном блоке 11. Точность определится ошибкой дискретности метода, которая в этом случае будет в N раз меньше, чем у прототипа:

Таким образом, устройство по сравнению с прототипом приобрело новое свойство - более высокую точность определения толщин плоских диэлектрических материалов при бесконтактном способе измерения. Благодаря этому, устройство может быть применено для мониторинга толщин различных подстилающих поверхностей, в том числе льда, с борта транспортных средств, дистанционном измерении толщин стен и определения пустот в разных диэлектрических материалах.

Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения толщины диэлектрических материалов, содержащее генератор сверхвысокочастотных электромагнитных волн с частотой, управляемой модулирующим генератором линейно изменяющегося напряжения, подсоединенный через первый вывод делителя мощности и циркулятор к приемо-передающей антенне для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности диэлектрической пластины по нормали к ней, смеситель, вычислительное устройство, являющееся выходным блоком, соединенное с выходом смесителя и с модулирующим генератором, отличающееся тем, что дополнительно содержит вторую приемо-передающую антенну для излучения электромагнитных волн в сторону поверхности диэлектрической пластины по нормали к ней, соединенную со вторым выводом делителя мощности через первый умножитель частоты в N раз и второй циркулятор, выход которого соединен со вторым входом смесителя, при этом первый вход смесителя соединен со вторым выходом первого циркулятора через второй умножитель частоты в N раз.
БЕСКОНТАКТНОЕ РАДИОВОЛНОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 61-70 of 276 items.
10.04.2015
№216.013.393d

Индукторный электрогенератор с гибким статором

Изобретение относится к электротехнике, к получению электрической энергии при колебании различных механических деталей относительно друг друга и может быть использовано для генерирования переменного тока при колебании некоторых узлов транспортных средств, в частности рессор или других элементов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546141
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3942

Способ получения электрической энергии в индукторном генераторе с гибким статором

Изобретение относится к электротехнике, к получению электрической энергии при колебании различных механических устройств и может быть использовано, в частности, для генерирования переменного тока при колебании некоторых узлов транспортных средств, в частности рессор или других элементов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546146
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.05.2015
№216.013.4b3b

Способ определения уровня жидкого металла в технологической емкости

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня электропроводной жидкости в различных открытых емкостях. В частности, оно может быть применено для определения уровня жидкого металла в технологических емкостях металлургического производства. Предлагается способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550766
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.05.2015
№216.013.4b6c

Устройство для обезвоживания нефтепродукта путем выпаривания водяных капелек

Изобретение относится к обезвоживанию нефтепродукта. Изобретение касается устройства обезвоживания нефтепродукта, протекающего по магистральному трубопроводу, путем выпаривания из него водяных капелек. Устройство содержит источник энергии электромагнитного поля, соединенный выходом с элементом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550822
Дата охранного документа: 20.05.2015
20.05.2015
№216.013.4d22

Бесконтактный радиоволновый способ определения уровня жидкости в емкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в какой-либо емкости, в частности для измерения уровня воды, нефтепродуктов, сжиженных газов и других жидкостей. Предлагается способ измерения уровня жидкости, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551260
Дата охранного документа: 20.05.2015
20.05.2015
№216.013.4d92

Устройство для измерения физических параметров диэлектрического листового материала

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточных бесконтактных измерений физических параметров (влажности, плотности, массы, толщины и др.) различных листовых материалов, движущихся или находящихся в стационарных условиях. В частности, это устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551372
Дата охранного документа: 20.05.2015
20.05.2015
№216.013.4dac

Способ определения толщины льда

Изобретение относится к способам определения толщины льда и может быть использовано в системах управления технологическими процессами и рыболовстве. Сущность: в основу способа положено использование взаимодействия льда и полой герметичной цилиндрической эластичной оболочки с рабочей средой (1)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551398
Дата охранного документа: 20.05.2015
27.05.2015
№216.013.4eb9

Устройство для измерения физических свойств жидкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств (концентрации, смеси веществ, влагосодержания, плотности и др.) жидкостей, находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.). В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551671
Дата охранного документа: 27.05.2015
10.06.2015
№216.013.4fa9

Способ преобразования механической энергии движения текучей среды в электрическую энергию

Способ преобразования относится к области энергетики и может быть использован для преобразования механической энергии движения текучей среды в электрическую энергию. В способе поступательно движущуюся текучую среду подают в струйный генератор, преобразуют в нем поступательно движущуюся текучую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551914
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.06.2015
№216.013.510f

Способ определения состояния поверхности дороги

Изобретение относится к способам для определения состояния поверхности дорожного полотна, на котором возможно образование слоя воды, снега или льда. Контролируемый участок поверхности дороги зондируют электромагнитными волнами, принимают отраженные от этого участка поверхности электромагнитные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552272
Дата охранного документа: 10.06.2015
Showing 61-70 of 181 items.
10.04.2015
№216.013.393d

Индукторный электрогенератор с гибким статором

Изобретение относится к электротехнике, к получению электрической энергии при колебании различных механических деталей относительно друг друга и может быть использовано для генерирования переменного тока при колебании некоторых узлов транспортных средств, в частности рессор или других элементов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546141
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3942

Способ получения электрической энергии в индукторном генераторе с гибким статором

Изобретение относится к электротехнике, к получению электрической энергии при колебании различных механических устройств и может быть использовано, в частности, для генерирования переменного тока при колебании некоторых узлов транспортных средств, в частности рессор или других элементов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546146
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.05.2015
№216.013.4b3b

Способ определения уровня жидкого металла в технологической емкости

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения уровня электропроводной жидкости в различных открытых емкостях. В частности, оно может быть применено для определения уровня жидкого металла в технологических емкостях металлургического производства. Предлагается способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550766
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.05.2015
№216.013.4b6c

Устройство для обезвоживания нефтепродукта путем выпаривания водяных капелек

Изобретение относится к обезвоживанию нефтепродукта. Изобретение касается устройства обезвоживания нефтепродукта, протекающего по магистральному трубопроводу, путем выпаривания из него водяных капелек. Устройство содержит источник энергии электромагнитного поля, соединенный выходом с элементом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550822
Дата охранного документа: 20.05.2015
20.05.2015
№216.013.4d22

Бесконтактный радиоволновый способ определения уровня жидкости в емкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в какой-либо емкости, в частности для измерения уровня воды, нефтепродуктов, сжиженных газов и других жидкостей. Предлагается способ измерения уровня жидкости, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551260
Дата охранного документа: 20.05.2015
20.05.2015
№216.013.4d92

Устройство для измерения физических параметров диэлектрического листового материала

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточных бесконтактных измерений физических параметров (влажности, плотности, массы, толщины и др.) различных листовых материалов, движущихся или находящихся в стационарных условиях. В частности, это устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551372
Дата охранного документа: 20.05.2015
20.05.2015
№216.013.4dac

Способ определения толщины льда

Изобретение относится к способам определения толщины льда и может быть использовано в системах управления технологическими процессами и рыболовстве. Сущность: в основу способа положено использование взаимодействия льда и полой герметичной цилиндрической эластичной оболочки с рабочей средой (1)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551398
Дата охранного документа: 20.05.2015
27.05.2015
№216.013.4eb9

Устройство для измерения физических свойств жидкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств (концентрации, смеси веществ, влагосодержания, плотности и др.) жидкостей, находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.). В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551671
Дата охранного документа: 27.05.2015
10.06.2015
№216.013.4fa9

Способ преобразования механической энергии движения текучей среды в электрическую энергию

Способ преобразования относится к области энергетики и может быть использован для преобразования механической энергии движения текучей среды в электрическую энергию. В способе поступательно движущуюся текучую среду подают в струйный генератор, преобразуют в нем поступательно движущуюся текучую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551914
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.06.2015
№216.013.510f

Способ определения состояния поверхности дороги

Изобретение относится к способам для определения состояния поверхности дорожного полотна, на котором возможно образование слоя воды, снега или льда. Контролируемый участок поверхности дороги зондируют электромагнитными волнами, принимают отраженные от этого участка поверхности электромагнитные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552272
Дата охранного документа: 10.06.2015
+ добавить свой РИД