Бесконтактный импедансный датчик

Бесконтактный импедансный датчик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

М Ф

; Т I

О П И С-А-Н И--Е .

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (111 594516

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15. 10,76 (21) 2412111/18 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.02,78. Бюллетень № (45) Дата опубликования описания 05.02.Yg (51) М. Кл.

608 С 9/04

Государственный комитет

Совета Министров СССР па делам изобретений и открытий (53) УДК 537.7 (088.8) А. А. Иванов, И. А. Бражников, И, С. Моргунов и В, Б, Верник (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени горный институт им, Артема (54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ИМПЕДАНСНЫЙ ДАТЧИК

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для определения наличия твердых, сыпучих или жидких веществ в емкостях, трубопроводах, желобах, на конвейерных лентах, местах перегруза и т. д., измерения параметров веществ по их диэлектрическим свойствам, а также для контроля положения деталей и узлов машин и механизмов.

Известны высокочастотные автогенераторные датчики И вЂ” 40, Š— 13, применяемые для î контроля границ полезного ископаемого на стенках выработок, а также для измерения электрических свойств пород в полевых условиях (1) .

Однако недостаточная чувствительность и малая разрешающая способность не позволяет этим датчикам обнаруживать наличие материалов с малыми электрическими проводимостями.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содержащее экран с вырезом, расположенный перед транзисторным автогенератором сверхвысоких частот СВЧ с колебательной системой, выполненной в виде цилиндрического стержня с диском, свободно расположенным перпендикулярно оси стержня, усилитель и источник пита- 25 ния (2) В этом устройстве о наличии вещества или положении механизмов машин судят по изменению потребляемого автогенератором тока от источника.

Невысокая стабильность основных параметров при изменении окружающих условий, а также недостаточная чувствительность и разрешающая способность не позволяет контролировать наличие материалов, имеющих малую электрическую проводимость (например, калийная руда, каменная соль, некоторые взрывчатые материалы и т. д.).

Невысокая чувствительность этого устройства объясняется тем, что полезный сигнал, представляющий собой приращение потребляемого автогенератором тока, при наличии веществ с малой электрической проводимостью по величине меньше его температурных изменений. Термостабилизация режима СВЧ автогенератора устройства по потребляемому току терморезисторами затруднительна из-за большого разброса параметров СВЧ транзисторов, термостабилизация введением отрицательной обратной связи по постоянному току резко ухудшает чувствительность.

Целью изобретения является увеличение чув. ствительности и стабильности устройства при определении наличия и измерения электричес594516 кп.-;, : »::--..1>::. .<:;!ее<В с малой проводимостью .!Ос(<:. В,.: ь".а и!п;: :!)р;„а <ионного сигнала по

:. 1Е !С!»« >< .. . 1аЬ. !>!!О11!Е11.

1 и! ы,:TLB ->T<> Tc.".1, 470 В бесконтактном им Ieдыпсно 4 датчике, содержащем экран с вы,; зом, 11аспо.!О1кепн! !Й пеоед транзисторным ав.

« и ене;. атором СВЧ с колеоательной систе< 1ОЙ, <. .;,<лит«ль и нет<э-!Hië питания. в схему автогс;!ератора чузствите,<ьного элемента дополнит;:,!ьно вве цны цепочка резистор-стабилитрон, подключенная, соответственно, между эмиттером и базой транзистора автогенератора, причем, общий вывод их присоединен к источнику питания и СВЧ-диод, Один вывод которого соединен с экраном чувствительного элемента, а другой через емкость — с коллектором транзистора автогенератора.

На че< теже приведена структурная схема

X CTP(. к Ва.

Предлагаемый датчик состоит из чувствительного элеменга 1, усилителя 2 и измеритель<Ого приб<;рi1 3. Чувствитег!ьный элемент выполне11 на транзисторе 4 и представляет собой одпоконтурнь!й СВЧ автогенератор с открытой колебательной системой. Колебательная система включает в себя отрезок длинной линии 5 (коаксиальной, двухпроводной, полосковой и т. д.), подстроечную емкость 6. емкость р-и перехода

СВЧ-диода 7, емкость 8 коллекторного перехода транзистора 4.

Резистор 9 и стабилитрон !О стабилизируют ток коллектора транзистора 4. Резистор 11 обеспечивает минимальный ток стабилизации стабилитрона 10. Проходные емкости 12, 13, 14 zp и дроссели 15, 1б, 17, 18 препятствуют прохождению переменной составляющей В «eHI питания. СВЧ-диод 7 обеспечивает положительную обратную связь по полезному сигналу. Сигнал, несущий информацию о наличии или свойстВВх вещества, можно снимать с колебательно- 35 го ко!!< ра через СВЧ-Дио 19 посредством емкостной,, н р.:тивной или кондуктивнои связи тъ т т или с ц;льк! упрощения схемы с СВЧ-диода 7.

При:I<>падании контролируемого материала в зо!1х облучения чувствительного элемента 1

40 умсп< IH;HI:Tñii импеданс и амплитуда переменной составляю ;ей напряжения открытой колебатель!<<Н< . е!.етемы СВЧ «Втогенератора. Уменьшение на<;ряжепи,» приводит к росту импеданса

С1> .1-Дп<>да 7, Вь!зывс<югцее умеHI>i)I< HHP сВЯзи ко,;ебательной системы с транзистором 4 авто- 45 генерат что В свою очередь дополнительно уменьшает амплитуду напряжения в колебательпой системе, т. е. образуется положигел1>Hс1я ОО f)ы < ноя евяз>! ИО полезному сигналу, повыша!оцгая чувствительность датчика. г<з:! :ëè-!HHhl нат!ппжения в колеба- 50 тельной е! <". «>Ие а Итог! Исратора количественно харак!ериз"ет: —,лектрические своиства контролир л::!О<О >1атериала. Однако наличие СВЧд и Од а ! е д <.: е т а т О ч н О i.: я и О В ь> В с т В ительнг -IH лгройства, так как при облучении материала полем СВЧ чувствительного элемента 1, одновременно с уменьшением импеданса колебательной системы, увеличивается потребляемый автогенератором ток. В результате этого увеличивается амплитуда СВЧ сигнала в колебательной системе, т. е. образуется отрицательная обратная связь по полезному сигналу, способствующая уменьшению чувствительности. Исключение отрицательной обратной связи по полезному сигналу достигается стабилизацией потребляемого автогенератором тока (резистор 9 стабилитрон 10).

Использование переменной составляюшей напряжения в колебательной системе в качестве информационного параметра позволило стабилизировать потребляемый автогенератором ток и тем самым повысить стабильность основных характеристик с одновременным повышением чувствительности.

Введение в схему чувствительного элемента устройства СВЧ-диода и цепочки резистор-стабилитрон выгодно отличает предлагаемое устройство от прототипа, так как повышение чувствительности и стабильности его расширяет область применения таких устройств и позволяет решить ряд вопросов при автоматизации технологических процессов по переработке веществ и минерального сырья, имеющих малую электрическую проводимость.

Формула изобретения

Бесконтактный импедансный датчик, содержащий чувствительный элемент, включающий экран с вырезом, расположенный перед транзисторным автогенератопом сверхвысоких частот (СВЧ) с колебательной системой, усилитель и источник питания, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и стабильности устройства при определении наличия и измерения электрических свойств веществ с малой проводимостью посредством съема информационного сигнала по переменной составляющей, в схему автогенератора чувствительного элемента устройства дополнительно введены цепочка резистор-стабилитрон, подключенная, соответственно, между эмиттером и базой транзистора автогенератора, причем общий вывод их подключен к источнику питания, и СВЧ-диод, один вывод которого соединен с экраном чувствительного элемента, а другой через емкость с коллектором транзистора автогенератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Арш Э. И., Высокочастотный автогенераторный контроль в горном деле, М., «Недра», 1971, с. 106 — 113.

2. Авторское свидетельство СССР № 353255, кл. G 08 с 9/04.

594516

U.Í И И П И Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П П П «Патент>, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Е. Гончар

Заказ 844/49

Составитель Т. Райкова

Техред О. Луговая Корректор П. Макаревич

Тираж 762 Подписное