×
01.03.2019
219.016.ce98

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ОБРАЗЦА МАТЕРИАЛА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерениям диэлектрической проницаемости материалов при воздействии внешних факторов, преимущественно к устройствам измерения диэлектрической проницаемости при нагреве. Устройство, содержащее излучающий генератор, передающую линейно поляризованную антенну, камеру для размещения плоского образца испытуемого материала, приемную линейно поляризованную антенну, приемник, регистрирующий прибор, отличается тем, что камера снабжена плоскими радиопрозрачными окнами ввода и вывода излучения, а также либо механизмами и датчиками вращения образца в плоскости падения излучения и перпендикулярной к ней, либо механизмами и датчиками вращения окон ввода и вывода излучения в плоскости падения волны и перпендикулярной к ней, передающая антенна ориентирована относительно окна ввода излучения под углом Брюстера так, чтобы вектор ее электрического поля лежал в плоскости падения излучения на окно ввода, а приемная антенна ориентирована относительно окна вывода излучения под углом Брюстера так, чтобы вектор ее электрического поля лежал в плоскости падения излучения на окно вывода. Технический результат заключается в повышении точности проведения измерения диэлектрической проницаемости в широкой полосе частот при изучении влияния внешних факторов на образец материала. 12 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к устройствам измерения диэлектрической проницаемости материалов при воздействии внешних факторов, преимущественно к устройствам измерения диэлектрической проницаемости при нагреве.

Известно устройство для измерения диэлектрической проницаемости образца материала при нагреве, включающее камеру резонатора, устройства связи ввода и вывода излучения, нагреватель, измерительные устройства: Воробьев Е.А., Михайлов В.Ф., Харитонов А.А. СВЧ-диэлектрики в условиях высоких температур. - М.: Сов. Радио, 1977.

Устройства для определения диэлектрической проницаемости, основанные на применении закрытых резонаторов, позволяют проводить измерения в условиях высоких температур при квазистационарном нагреве. Равномерный нагрев образца позволяет моделировать расчетными методами электродинамическую схему измерительного устройства, чем достигается, по сравнению с другими методами, относительно высокая точность измерения диэлектрической проницаемости материалов.

Недостатком резонаторных устройств является узкополосность проводимых измерений из-за резонансных свойств измерительных ячеек.

Недостатком также является то, что при нагреве меняются электрические свойства не только образца, но и измерительной ячейки, которые необходимо учитывать при проведении измерений. Изменения электрических параметров ячейки могут значительно превосходить изменения, связанные с собственными изменениями диэлектрической проницаемости исследуемого образца, что приводит к значительному возрастанию погрешности измерений.

Также резонансные методы не позволяют оценивать поляризационные свойства материалов непосредственно в процессе измерения.

Известно устройство для измерения диэлектрической проницаемости образца материала при воздействии внешних факторов в свободном пространстве, содержащее излучающий генератор, передающую линейно поляризованную антенну, приемную линейно поляризованную антенну, приемник, регистрирующий прибор: Михайлов В.Ф., Победоносцев К.А., Брагин И.В. Прогнозирование эксплуатационных характеристик антенн с теплозащитой. - С-Петербург: Судостроение, 1994, 300 с.(стр.168-169).

В этих устройствах, в отличие от резонаторных, нет ограничения максимальной температуры нагрева образца материала, но, с другой стороны, невозможно создать условия квазистационарного нагрева образца материала, что снижает точность этих методов по сравнению с резонаторными. Недостатком этих устройств является неоднородность нагрева образца материала из-за потерь тепла в окружающее пространство.

Наиболее близким к техническому решению является устройство по авт. св. СССР №1775686, кл. G01r 27/26 опубл. 15.12.1992 г., Бюл. №42 для измерения диэлектрической проницаемости плоского образца материала в свободном пространстве, содержащее: излучающий генератор, передающую линейно поляризованную антенну, камеру для размещения плоского образца исследуемого материала, приемную линейно поляризованную антенну, приемник, регистрирующий прибор.

Недостатком прототипа является то, что при воздействии на испытуемый образец внешних факторов, например высокотемпературного нагрева, не может быть реализовано равномерное изменение свойств испытуемого материала по всему телу, взаимодействующему с излучением, что приводит к неоднородности изменения диэлектрической проницаемости по образцу материала и существенно снижает точность производимых измерений в широкой полосе частот при изучении влияния воздействия внешних факторов. Наиболее просто осуществить исследование влияния воздействия внешних факторов в закрытой камере, но применение камеры приводит к искажению результатов измерений.

Задачей изобретения является повышение точности проведения измерения диэлектрической проницаемости в широкой полосе частот при изучении влияния внешних факторов на образец материала.

Достигается задача тем, что предложено устройство для определения диэлектрической проницаемости образца материала при воздействии внешних факторов, содержащее излучающий генератор, передающую линейно поляризованную антенну, камеру для размещения плоского образца испытуемого материала, приемную линейно поляризованную антенну, приемник, регистрирующий прибор, отличающееся тем, что камера снабжена плоскими радиопрозрачными окнами ввода и вывода излучения, а также либо механизмами и датчиками вращения образца в плоскости падения излучения и перпендикулярной к ней, либо механизмами и датчиками вращения окон ввода и вывода излучения в плоскости падения волны и перпендикулярной к ней, передающая антенна ориентирована относительно окна ввода излучения под углом Брюстера так, чтобы вектор ее электрического поля лежал в плоскости падения излучения на окно ввода, а приемная антенна ориентирована относительно окна вывода излучения под углом Брюстера так, чтобы вектор ее электрического поля лежал в плоскости падения излучения на окно вывода.

Устройство по предлагаемому техническому решению позволяет проводить измерение диэлектрической проницаемости при прохождении излучения через образец испытуемого материала и при отражении излучения от него.

Применение устройства по предлагаемому техническому решению позволит проводить измерение диэлектрической проницаемости образцов материалов с высокой точностью в широкой полосе частот.

Помещение образца испытуемого материала в камеру с радиопрозрачными окнами ввода и вывода излучения позволит реализовать квазистационарный, равномерный нагрев образца, что повысит точность производимых измерений, например, при высокотемпературном нагреве.

Устройство с частотно-независимыми параметрами окон позволит также производить измерения прохождения электромагнитных волн в широкой полосе частот при изучении воздействия иных внешних факторов на образец материала.

Из оптики известно, что при определенном угле падения и выполнении некоторых условий возможно полное прохождение волны; 1. М.Борн, Э.Вольф. Основы оптики. - М.: Изд. Наука, 1973, 73-82. 2. И.Н.Мешков, Б.В.Чириков, Электромагнитное поле Часть 1. - Новосибирск: Издательство «Наука», Сибирское отделение, 1987, стр.198-200.

Нет сведений о применении данного оптического эффекта в широкополосном устройстве для измерения коэффициента прохождения и диэлектрической проницаемости.

На фиг.1 представлен вид заявленной широкополосного устройства при прохождении излучения через образец испытуемого материала для измерения коэффициента прохождения и диэлектрической проницаемости, в котором обозначены цифрами:

1 - генератор излучения,

2 - передающая линейно поляризованная антенна,

3 - камера,

4 - плоское радиопрозрачное окно ввода излучения в камеру,

5 - исследуемый образец материала,

6 - механизм и датчики вращения образца в плоскости падения излучения,

7 - механизм и датчики вращения образца в плоскости, перпендикулярной плоскости падения излучения,

8 - плоское радиопрозрачное окно вывода излучения из камеры,

9 - приемная линейно поляризованная антенна,

10 - приемник излучения,

11 - устройство регистрации и управления.

На фиг.1 также обозначены:

n1 - нормаль к поверхности окна ввода излучения в камеру,

Е - вектор электрической составляющей электромагнитной волны,

n2 - нормаль к поверхности образца,

n3 - нормаль к поверхности окна вывода излучения из камеры.

Переменные параметры устройства следующие:

ε1 - диэлектрическая проницаемость окна ввода,

ε3 - диэлектрическая проницаемость окна вывода,

h1 - толщина окна ввода,

h3 - толщина окна вывода,

δ1 - угол между векторами, определяющими плоскость падения k и n1, равный по техническому решению углу Брюстера (δ1=arctg(√ε)1, где ε1 - диэлектричекая проницаемость материала, из которого изготовлено окно ввода излучения),

δ3 - угол между векторами, определяющими плоскость падения k и n3, равный по техническому решению углу Брюстера (δ3=arctg(√ε)3, где ε3 - диэлектричекая проницаемость материала, из которого изготовлено окно вывода излучения).

Устройство работает следующим образом. Генератор 1 через передающую антенну 2 излучает линейно поляризованную плоскую волну, антенну 2 устанавливают так, чтобы угол между векторами k и n1 был равен углу Брюстера δ1, а ее вектор электрического поля падающей волны Е находился в плоскости падения, образованной векторами k и n1, к радиопрозрачному окну ввода энергии 4 камеры 3. Образец материала 5 механизмом вращения образца вокруг нормали 6 устанавливают под определенным углом γ. Механизмом 7 образец ориентируют относительно волнового вектора и вектора электрического поля. Электромагнитная волна через выходное окно 8 попадает в приемную антенну 9, которую устанавливают так, чтобы угол между векторами k и n3 был равен углу Брюстера δ3, а вектор электрического поля падающей волны Е находился в плоскости падения, образованной векторами k и n3, к радиопрозрачному окну вывода энергии. Сигнал с антенны 9 поступает в приемник 10 и далее в устройство регистрации и управления 11. Устройство 11 регистрирует положение образца во время измерения и управляет его положением. Устройства нагрева образца на чертежах не указаны.

Устройство, выполненное по данному техническому решению, имеет камеру, в которой располагают испытуемый образец материала. Использование замкнутого пространства камеры позволяет реализовать равномерный нагрев образца, что повышает точность производимых измерений за счет реализации квазистационарного нагрева.

Устройство выполнено таким образом, что позволяет регистрировать изменения только из-за воздействия на образец материала внешних факторов.

Устройство, выполненное по предлагаемому техническому решению, не вносит искажений в прошедшую электромагнитную волну в широкой полосе частот при исследовании образцов материалов и различных веществ в широком диапазоне изменения давления, температур и других физических воздействий.

Использование в техническом решении механизма вращения образца и ориентация его при измерении в произвольном положении относительно волнового вектора и вектора электрического поля позволит, дополнительно, производить измерение поляризационных диэлектрических свойств материалов в широкой полосе частот и воздействии внешних факторах.

На фиг.2 представлен вид заявленного устройства при отражении излучения от образца испытуемого материала для измерения коэффициента отражения и диэлектрической проницаемости, в котором обозначены цифрами:

1 - генератор излучения,

2 - передающая линейно поляризованная антенна,

3 - камера,

4 - плоское радиопрозрачное окно ввода излучения в камеру,

5 - исследуемый образец материала,

6 - механизм и датчики вращения окна ввода в плоскости падения излучения и перпендикулярной к ней,

7 - механизм и датчики вращения окна вывода в плоскости падения излучения и перпендикулярной к ней,

8 - плоское радиопрозрачное окно вывода излучения из камеры,

9 - приемная линейно поляризованная антенна,

10 - приемник излучения,

11 - устройство регистрации и управления,

12 - плоское зеркало.

На фиг.2 также обозначены:

n1 - нормаль к поверхности окна ввода излучения в камеру,

Е - вектор электрической составляющей электромагнитной волны,

n2 - нормаль к поверхности образца,

n3 - нормаль к поверхности окна вывода излучения из камеры.

Переменные параметры устройства следующие:

ε1 - диэлектрическая проницаемость окна ввода,

ε3 - диэлектрическая проницаемость окна вывода,

h1 - толщина окна ввода,

h3 - толщина окна вывода,

δ1 - угол между векторами, определяющими плоскость падения k и n1, равный по техническому решению углу Брюстера (δ1=arctg(√ε)1, где ε1 - диэлектричекая проницаемость материала, из которого изготовлено окно ввода излучения),

δ3 - угол между векторами, определяющими плоскость падения k и n3, равный по техническому решению углу Брюстера (δ3=arctg(√ε)3, где ε3 - диэлектричекая проницаемость материала, из которого изготовлено окно вывода излучения).

Устройство работает следующим образом. Генератор 1 через передающую антенну 2 излучает линейно поляризованную плоскую волну. Окно ввода 4 камеры 3 с помощью механизма вращения в ортогональных плоскостях 6 устанавливают так, чтобы угол между векторами k и n1 равнялся углу Брюстера δ1, а вектор электрического поля падающей волны Е находился в плоскости падения, образованной векторами k и n1. Образец материала 5 закрепляют внутри камеры. Окно вывода излучения 8 камеры 3 с помощью механизма вращения в ортогональных плоскостях 7 устанавливают так, чтобы угол между векторами k и n3 равнялся углу Брюстера δ3, а вектор электрического поля падающей волны Е находился в плоскости падения, образованной векторами k и n3. Сигнал с приемной антенны 9 поступает в приемник 10 и далее в устройство регистрации и управления 11. Устройство 11 регистрирует и управляет положением окон ввода и вывода излучения. Устройства нагрева образца чертежах не указаны. При измерении образцов материалов с большими потерями (tg(δ)>0,0100) применяется плоское зеркало 12.

В обобщенной системе координат XYZ исследуемый плоский образец расположен так, как показано на фиг.3. Вектор падающей волны K1 образует угол падения α с нормалью n2, совпадающей с осью Z, а вектор электрического поля Е совпадает с осью X. Вектор отраженной волны К3 образует угол α' с нормалью n2, при этом α'=α.

В обобщенной системе координат XYZ вектора K1, К3, n2, Е запишем как: Е (1,0,0) - вектор электрической составляющей электромагнитной волны; K1 (0, sin(α), -cos(α)) - волновой вектор падающей волны, где α - угол между волновым вектором падающей электромагнитной волны и нормалью n к поверхности образца. Вектор K1 перпендикулярен вектору Е. К3 (0, sin(α'), cos(α')) - волновой вектор падающей волны, где α' - угол между волновым вектором отраженной электромагнитной волны и нормалью n к поверхности образца. Вектор К3 перпендикулярен вектору Е.

n2 (0,0,1) - нормаль к поверхности образца.

Запишем в частной системе координат X1Y1Z1 положение плоского окна ввода, показанного на Фиг.4 как: вектор падающей волны K1 совпадает с осью Z1, а вектор электрического поля Е совпадает с осью X1. Тогда, считая, что δ1=arctg(√ε) - угол Брюстера, где ε - диэлектрическая проницаемость окна ввода, и с учетом условия компланарности векторов K1, Е и n1 в системе координат X1Y1Z1 нормаль к окну ввода n1 можно задать через направляющие косинусы: n1(sin(δ1), 0, cos(δ1)).

Запишем направляющие косинусы осей частной системы координат X1Y1Z1 в обобщенной системе координат XYZ:

O1X1(1, 0, 0) - совпадающая по направлению с вектором Е;

O1Y1(0, cos(α), sin(α));

O1Z1(0, -sin(α), cos(α)) - противоположная по направлению с вектором K1;

Зная положение n1 в системе X1Y1Z1 и положение X1Y1Z1 относительно обобщенной системы координат XYZ, запишем его координаты в системе координат XYZ согласно: И.Н.Бронштейн и К.А.Семендяев. Справочник по математике: М.: Гос. изд. физ. мат. литературы, 1962, с.218:

n1(sin(δ1), cos(δ1)×(-sin(α)), cos(δ1)×cos(α));

Из условия компланарности векторов Е, K1, n1 согласно: М.Я.Выгодский. Справочник по высшей математике. - М.: Изд. Наука, 1977, с.149-150, §115, 116, условие равенства нулю смешанного произведения векторов:

а(b×с)=аbс=0, следует:

Получаем, sin(α)×cos(δ1)×cos(α)-cos(α)×cos(δ1)×sin(α)=0.

Запишем в частной системе координат Х3Y3Z3 положение плоского окна вывода, показанного на Фиг.5: вектор падающей волны К3 совпадает с осью Z3, а вектор электрического поля Е совпадает с осью Х3. Тогда, считая, что δ3=arctg(√ε) - угол Брюстера, с учетом условия компланарности векторов К3, Е и n3 в системе координат Х3Y3Z3 нормаль к окну вывода n3 можно задать через направляющие косинусы: n3(sin(δ3), 0, cos(δ3));

Запишем направляющие косинусы осей частной системы координат Х3Y3Z3 в обобщенной системе координат XYZ:

О3Х3(1, 0, 0) - совпадающая по направлению с вектором Е;

О3Y3(0, -cos(α'), sin(α'))

О3Z3(0, sin(α'), cos(α')) - совпадающая по направлению с вектором К3;

Зная положение вектора n3 в системе Х3Y3Z3, и положение Х3Y3Z3 относительно обобщенной системы координат XYZ, запишем его координаты в системе координат XYZ согласно: И.Н.Бронштейн и К.А.Семендяев. Справочник по математике. - М.: Гос. изд. физ. мат. литературы, 1962, с.218:

n3(sin(δ3), соs(δ3)×sin(α'), соs(δ3)×cos(α')).

n1(sin(δ1), cos(δ1)×(-sin(α)), cos(δ1)×cos(α))=n3(sin(δ3), соs(δ3)×sin(α'), соs(δ3)×соs(α'))

Заменим в правой части равенства δ3 на δ1, α' на α, получим:

n1(sin(δ1), cos(δ1)×(-sin(α)), cos(δ1)×cos(α))=n3(sin(δ1), cos(δ1)×sin(α), cos(δ1)×cos(α))

Условие равенства направляющих косинусов нормалей n3=n1 реализуется только в тривиальном случае. В эксперименте реализация окон ввода и вывода с помощью одной пластины не представляется возможным. Исходя из полученных выражений для нормали окна ввода n1(sin(δ1), cos(δ1)×(-sin(α))×cos(δ1)×cos(α)) и нормали окна вывода n3(sin(δ1), cos(δ1)×sin(α), cos(δ1)×cos(α)) мы можем однозначно определить положение в пространстве окна ввода и окна вывода.

Установка окон ввода и вывода проводится в два приема:

1. Окна поворачиваются относительно оси Х в обобщенной системе координат на угол δ1,

2. Следуя условию -sin(α)=sin(-α), окно вывода поворачивается относительно оси Y на угол α, а окно ввода на угол - α.

Для доказательства преимущества предлагаемого технического решения проведены расчетные эксперименты, результаты которых представлены ниже.

На фиг.6 представлен результат расчета частотной зависимости коэффициента прохождения через камеру без образца (фиг.1) при ТР поляризации (вектор электрического поля Е лежит в плоскости падения). Расчет проведен для камеры со следующими параметрами: диэлектрическая проницаемость окон ввода и вывода электромагнитной волны ε13=3,8, толщина окна ввода h=10 мм, толщина окна вывода n3=10 мм, для угла Брюстера δ13=62,84 град. Из фиг.3 видно, что изменения коэффициента прохождения в полосе частот от 1 до 50 ГГц с камерой и без нее составили не более 0,045%, что доказывает незначительное влияние параметров устройств ввода излучения камеры на коэффициент прохождения электромагнитной волны.

На фиг.7 представлены результаты расчетов частотных зависимостей коэффициента прохождения через плоскую пластину при нормальных условиях с камерой и без нее.

Зависимость 1 рассчитана для свободно расположенной плоской пластины с диэлектрической проницаемостью ε=3,0 и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации (вектор электрического поля перпендикулярен плоскости падения).

Зависимость 2, полностью совпадающая на фиг.3 с зависимостью 1, рассчитана для расположенной в камере, выполненной по предлагаемому техническому решению, плоской пластины с диэлектрической проницаемостью 8=3,0 и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации.

Зависимость 3 рассчитана для той же пластины, но расположенной в камере в которой в отличии от предлагаемого технического решения антенны излучают и принимают не ТР-, а TS-поляризацию.

Зависимость 4 рассчитана для той же пластины, но расположенной в камере, в которой в отличие от предлагаемого технического решения антенны излучают и принимают не ТР, а TS поляризацию, окна расположены под нулевым углом падения.

Из представленных зависимостей на фиг.7 видно, что использование камеры, выполненной по предлагаемому техническому решению (фиг.1), для измерения коэффициента прохождения плоской пластины не влияет на выходные параметры, а результаты измерений совпадают с результатами расчетов для свободно расположенной пластины. Изменение в техническом решении поляризации падающей волны или угла падения волны на окна ввода и вывода электромагнитной энергии приводят к значительному понижению коэффициента прохождения по сравнению с результатами расчета свободно расположенной пластины.

На фиг.8 представлены результаты расчетов частотных зависимостей модуля коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO2) при нагреве от 20 до 1200°С в камере и в свободном пространстве.

Зависимость 1 рассчитана для камеры, выполненной по предложенному техническому решению без образца. Видно, что КП (F) не изменяется более чем на 0,05% от 100%.

Зависимость 2 рассчитана для камеры с образцом плоской пластины с диэлектрической проницаемостью ε=3,8 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0001, соответствующих температуре 20°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации (вектор электрического поля перпендикулярен плоскости падения волны на пластину).

Зависимость 3 рассчитана для свободного образца плоской пластины с диэлектрической проницаемостью 8=3,8 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0001, соответствующих температуре нагрева 20°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации. Видно, что зависимости 2 и 3 совпадают.

Зависимость 4 рассчитана для свободного образца плоской пластины с диэлектрической проницаемостью s=4,1 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0010, соответствующих температуре нагрева 1200°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации.

Зависимость 5 рассчитана для камеры с образцом плоской пластины с диэлектрической проницаемостью ε=4,1 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0010, соответствующих температуре нагрева 1200°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации. Видно, что зависимости 4 и 5 совпадают.

Из сравнительного анализа зависимостей на фиг.8 можно сделать вывод о том, что для измерений изменения диэлектрической проницаемости пластины материала, связанной с нагревом параметры окон ввода и вывода излучения камеры, не влияют на результаты эксперимента во всей полосе частот.

На фиг.9 представлены сравнительные результаты расчетов частотных зависимостей изменения модуля коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO2) при нагреве от 20 до 1200°С в камере и в свободном пространстве.

Зависимость 1 соответствует изменению разности частотных зависимостей изменения модуля коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO2) при нагреве от 20 до 1200°С в камере (соответствует разности зависимостей 3 и 4 на фиг.4).

Зависимость 2 соответствует изменению разности частотных зависимостей изменения модуля коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO2) при нагреве от 20 до 1200°С в свободном пространстве (соответствует разности зависимостей 2 и 5 на фиг.4).

Из фиг.9 видно, что зависимости 1 и 2 совпадают, что подтверждает применение предложенного технического решения для измерения диэлектрической проницаемости плоской пластины при воздействии внешних факторов с применением камеры.

На фиг.10 представлены результаты расчетов частотных зависимостей фазы коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO2) при нагреве от 20 до 1200°С в камере и в свободном пространстве.

Зависимость 1 рассчитана для камеры, выполненной по предложенному техническому решению без образца.

Зависимость 2 рассчитана для камеры и плоской пластины с диэлектрической проницаемостью ε=3,8 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0001, соответствующих температуре 20°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации (вектор электрического поля перпендикулярен плоскости падения волны на пластину).

Зависимость 3 рассчитана для свободного образца плоской пластины с диэлектрической проницаемостью ε=3,8 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0001, соответствующих температуре нагрева 20°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации.

Зависимость 4 рассчитана для свободного образца плоской пластины с диэлектрической проницаемостью ε=4,1 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0010, соответствующих температуре нагрева 1200°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации.

Зависимость 5 рассчитана для камеры и плоской пластины с диэлектрической проницаемостью ε=4,1 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0010, соответствующих температуре нагрева 1200°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации.

На фиг.11 представлены сравнительные результаты расчетов частотных зависимостей относительного изменения фазы коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO2) при нагреве от 20 до 1200°С в камере и в свободном пространстве.

Зависимость 1 соответствует относительному изменению разности частотных зависимостей изменения фазы коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO2) при нагреве от 20 до 1200°С в камере (соответствует разности зависимостей 3 и 4 на фиг.6).

Зависимость 2 соответствует относительному изменению разности частотных зависимостей изменения фазы коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO2) при нагреве от 20 до 1200°С в свободном пространстве (соответствует разности зависимостей 2 и 5 на фиг.6).

Из фиг.11 видно, что зависимости 1 и 2 совпадают, что подтверждает применение предложенного технического решения для измерения свойств плоской пластины при воздействии внешних факторов с применением камеры.

На фиг.12 представлены сравнительные результаты расчетов частотных зависимостей изменения модуля коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO2) толщиной 10 мм при нагреве в камере.

Зависимости 1, 2 соответствует изменению разности частотных зависимостей изменения модуля коэффициента прохождения плоской пластины при изменении диэлектрической проницаемости от ε20=3,8 до ε=3,9 в камере 1 и в свободном пространстве 2.

Зависимости 3, 4 соответствует изменению разности частотных зависимостей изменения модуля коэффициента прохождения плоской пластины при изменении диэлектрической проницаемости от ε20=3,8 до ε=4,0 в камере 3 и в свободном пространстве 4.

Зависимости 5, 6 соответствует изменению разности частотных зависимостей изменения модуля коэффициента прохождения плоской пластины при изменении диэлектрической проницаемости от ε20=3,8 до ε=4,1 в камере 5 и в свободном пространстве 6.

Из сравнения расчетных зависимостей на фиг.12 видно, что увеличение изменения диэлектрической проницаемости приводит к увеличению изменения модуля коэффициента прохождения, а значит, путем сравнения зависимостей, можно определить диэлектрическую проницаемость пластины.

Устройство для определения диэлектрической проницаемости образца материала при воздействии внешних факторов в камере по предлагаемому техническому решению может использоваться при исследовании быстроизменяющихся процессов в области физики и биологии.

Толщина стенок окон камеры может изменяться в широких пределах и при этом незначительно искажать проходящее поле. Изменение диэлектрической проницаемости окон также незначительно искажает проходящее поле.

Устройство для определения диэлектрической проницаемости образца материала при воздействии внешних факторов, выполненное по предлагаемому изобретению, по сравнению с известными устройствами, в широкой полосе частот вносит минимальные искажения в поле падающей волны и обладает наилучшими радиотехническими характеристиками.

Источники информации

1. Воробьев Е.А., Михайлов В.Ф., Харитонов А.А. СВЧ-диэлектрики в условиях высоких температур. - М.: Сов. Радио, 1977.

2. Михайлов В.Ф., Победоносцев К.А., Брагин И.В. Прогнозирование эксплуатационных характеристик антенн с теплозащитой. - С-Петербург, Судостроение, 1994, 300 с. (стр.168-169).

3. Авторское свидетельство СССР №1775686, кл. G01r 27/26, опубл 15.12.1992 г., Бюл. №42, для измерения диэлектрической проницаемости.

Дополнительно

1. Free space material measurement seminar. (Измерения в свободном пространстве). Sourcebook. http://www.home.agilent.com/upload/cmc-upload/All/FreeSpaceSeminarRev2.pdf

2. Крылов В.П. Измерение диэлектрических свойств диоксида кремния на частоте 1010 ГГц при нагреве до 1200°С в цилиндрическом волноводном резонаторе. - Заводская лаборатория. Диагностика материалов., т.73, №9, 2007, с 47-49.

3. Воробьев Е.А. Теплофизические погрешности измерения температурных зависимостей относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь термостойких диэлектриков на СВЧ в методе свободного пространства. - Дефектоскопия, №3, 2002, с31-47.

4. М.Борн, Э.Вольф. Основы оптики. - М.: Издательство Наука 1973, 73-82.

5. И.Н.Мешков, Б.В.Чириков Электромагнитное поле. Часть 1, - Новосибирск: Издательство «Наука», Сибирское отделение, 1987, стр.198-200].

6. И.Н.Бронштейн и К.А.Семендяев Справочник по математике:. - М.: Гос. изд. физ. мат.литературы, 1962, с.218.

7. М.Я.Выгодский Справочник по высшей математике. - М.: Изд. Наука, 1977, с.149-150, §115, 116.

Устройство для определения диэлектрической проницаемости образца материала при воздействии внешних факторов, содержащее излучающий генератор, передающую линейно поляризованную антенну, камеру для размещения плоского образца испытуемого материала, приемную линейно поляризованную антенну, приемник, регистрирующий прибор, отличающееся тем, что камера снабжена плоскими радиопрозрачными окнами ввода и вывода излучения, а также либо механизмами и датчиками вращения образца в плоскости падения излучения и перпендикулярной к ней, либо механизмами и датчиками вращения окон ввода и вывода излучения в плоскости падения волны и перпендикулярной к ней, передающая антенна ориентирована относительно окна ввода излучения под углом Брюстера так, чтобы вектор ее электрического поля лежал в плоскости падения излучения на окно ввода, а приемная антенна ориентирована относительно окна вывода излучения под углом Брюстера так, чтобы вектор ее электрического поля лежал в плоскости падения излучения на окно вывода.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-3 из 3.
27.01.2013
№216.012.2140

Антенный обтекатель

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использовано при изготовлении антенных обтекателей скоростных ракет из пористой керамики. Технический результат заключается в упрощении конструкции и технологии изготовления антенного обтекателя из пористой керамики....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474013
Дата охранного документа: 27.01.2013
01.03.2019
№219.016.cefb

Широкополосная система "антенна-обтекатель"

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам преимущественно к широкополосным системам «антенна-обтекатель» для работы в совмещенных диапазонах. Техническим результатом является снижение пеленгационных ошибок в системе «антенна-обтекатель», работающей в совмещенных диапазонах....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002459324
Дата охранного документа: 20.08.2012
10.04.2019
№219.017.07b0

Антенный обтекатель

Изобретение относится к области создания конструкций антенных обтекателей высокоскоростных ракет с оболочками из жаростойких керамических материалов. Антенный обтекатель содержит керамическую оболочку, металлический стыковой шпангоут и расположенный между ними теплоизоляционный слой,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002451372
Дата охранного документа: 20.05.2012
Показаны записи 1-10 из 29.
20.05.2013
№216.012.42aa

Устройство ввода энергии для свч-печи

Изобретение относится к производству и использованию бытовых сверхвысокочастотных печей, применяемых для приготовления, переработки пищи и сушки сельскохозяйственной продукции. Задачей изобретения является повышение коэффициента полезного действия и безопасности СВЧ-печи путем снижения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482636
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.09.2013
№216.012.6acb

Специальный станок с чпу

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в станках с ЧПУ для обработки шлифованием деталей в виде тела вращения с криволинейным профилем из керамических материалов. Станок содержит станину с направляющими, переднюю бабку для установки обрабатываемой детали,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492990
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.04.2014
№216.012.bb76

Широкополосная система "антенна-обтекатель"

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам преимущественно к широкополосным системам «антенна-обтекатель». Технический результат - повышение коэффициента прохождения электромагнитной волны и снижение пеленгационных ошибок в системе «антенна-обтекатель» в широкой полосе частот. Для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513718
Дата охранного документа: 20.04.2014
10.01.2015
№216.013.1e10

Устройство для измерения параметров диэлектриков при нагреве

Изобретение относится к технике измерения диэлектриков методом объемного резонатора при нагреве в диапазоне температур до 2000°C. Устройство содержит цилиндрический резонатор, ограниченный с одной стороны торцевой стенкой волновода СВЧ, а с другой стороны подвижным поршнем со штоком,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539124
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.1e11

Устройство для измерения параметров диэлектриков на сверхвысоких частотах

Изобретение относится к технике измерения диэлектриков методом объемного резонатора при нормальной температуре. Устройство содержит волновод СВЧ, резонатор с цилиндрической частью, ограниченный с одной стороны торцевой стенкой волновода СВЧ, а с другой стороны короткозамыкающим поршнем с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539125
Дата охранного документа: 10.01.2015
20.03.2015
№216.013.3251

Способ получения радиотехнического материала

Изобретение относится к конструкционным, электротехническим и теплозащитным материалам. Технический результат изобретения заключается в повышении термостойкости радиотехнического материала с сохранением высоких прочностных и диэлектрических характеристик. Способ получения радиотехнического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544356
Дата охранного документа: 20.03.2015
10.04.2015
№216.013.3d76

Широкополосное радиопоглощающее покрытие

Изобретение относится к радиотехнике, преимущественно к широкополосным радиопоглощающим покрытиям. Технический результат - снижение коэффициента отражения электромагнитной падающей волны в широкой полосе частот. Для этого широкополосное радиопоглощающее покрытие выполнено в виде поглощающего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547222
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.08.2015
№216.013.6e0c

Широкополосный обтекатель

,Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам преимущественно к широкополосным антенным обтекателям. Техническим результатом является повышение коэффициента прохождения и снижение искажений, вносимых обтекателем в поле падающей волны в широкой полосе частот. Для этого широкополосный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559730
Дата охранного документа: 10.08.2015
20.01.2016
№216.013.a255

Антенный обтекатель

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, преимущественно к антенным обтекателям. Техническим результатом изобретения является снижение искажений вносимых обтекателем в поле падающей волны. Антенный обтекатель, снабженный узлом крепления к летательному аппарату, содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573199
Дата охранного документа: 20.01.2016
13.01.2017
№217.015.6b5c

Устройство для измерения толщины стенки детали типа оболочка вращения

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения, а именно к устройствам для измерения толщины стенок пустотелых деталей вида оболочек вращения. Устройство для измерения толщины стенки детали типа оболочка вращения содержит основание с направляющими, на котором размещены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592725
Дата охранного документа: 27.07.2016
+ добавить свой РИД