Диэлькометр для дистанционного контроля влажности среды

ДИЭЛЬКОМЕТР ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ

ВЛАЖНОСТИ СРЕДЫ

В.И. Цапков, профессор, д.ф.-м.н., профессор,

А.В. Клыгин, доцент, Академия ГПС МЧС России, г. Москва

Целью данной работы является попытка разработки устройства для дистанционного контроля влажности, в основе которого лежит зависимость диэлектрической проницаемости от величины влажности контролируемой среды.

Диэлькометрия, измерение диэлектрических свойств материалов, является фундаментальным методом исследования и широко используется для контроля состояния материалов, качества сырья, продукции и параметров технологических процессов, обеспечивая быстроту измерений, возможность работы в режиме реального времени, приемлемую точность, простоту использования и невысокую стоимость средств измерений.

Как уже указывалось, принцип работы диэлькометрических измерителей влажности основан на зависимости диэлектрической проницаемости материала от его влажности, так как диэлектрическая проницаемость воды (равная примерно 80) во много раз выше, чем у большинства материалов, способных поглощать влагу, то диэлектрическая проницаемость влажного материала дает достоверную информацию о его влажности. В настоящее время существует много специальных приборов для измерения влажности, основанных на диэлькометрическом методе. Для дистанционного контроля влажности наиболее пригодным являются диэлькометрические приборы, основанные на частотном методе. Частотный диэлькометрический датчик представляет собой колебательный контур, в цепь которого включена чувствительная часть датчика (конденсатор), помещенная в исследуемую среду. Рабочая частота контура является функцией диэлектрической проницаемости материала (среды).

Устройство состоит из измерительного ЬС -генератора, выполненного на транзисторе, буферного каскада, роль которого выполняет эмиттерный повторитель, умножителя частоты, усилителя напряжения и усилителя мощности с резонансным контуром, к которому подключается передающая антенна.

Работает устройство следующим образом. При изменении влажности изменяется ёмкость колебательного контура измерительного генератора, что приводит к изменению (девиации) его частоты. Таким образом, с выхода измерительного генератора снимается сигнал, модулированный по частоте. Для повышения чувствительности устройства частота измерительного генератора умножается (в нашем случае на два) в умножителе. При этом умножается и девиация частоты. Частота измерительного генератора лежала в диапазоне 14 МГц.

Для дистанционного приема использовался приемник частотно-модулированного сигнала, настроенный на частоту в диапазоне 28 МГц. С выхода частотного детектора приемника снимался сигнал, являющийся функцией изменения влажности.

Все компоненты устройства выполнены на отечественных транзисторах по типовым схемам.

УСТРОЙСТВО НА ТУННЕЛЬНОМ ДИОДЕ И ФОТОВАРИКАПЕ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

В.И. Цапков, профессор, д.ф.-м.н., профессор, В.В. Кузьмин, заведующий кафедрой, доцент, Академия ГПС МЧС России, г. Москва

При мониторинге природных сред оптическими методами, а также для обеспечения пожарной безопасности особо ответственных объектов возникает проблема регистрации меняющихся потоков инфракрасного излучения в широком динамическом диапазоне, а также беспроводной передачи информации от датчиков по радиоканалу.

В данной публикации предлагается один из способов решения данной проблемы. Наиболее просто задача решается при использовании фотоприемника на основе фотоварикапа. Принцип действия фотоварикапа основан на зависимости электроемкости р-п перехода фотодиода или светодиода (работающего в режиме фотоприемника) от интенсивности светового или инфракрасного излучения. Устройство состоит из датчика и измерительного высокочастотного ЬС-генератора. Датчик содержит фокусирующую систему и фотоварикап (ФВ). ФВ является элементом частотозадающей цепи измерительного генератора.

Измерительный генератор выполнен на туннельном диоде, рабочая точка которого устанавливается в середине падающей ветви вольт-амперной характеристики. Форма колебаний в ЬС-контуре очень близка к синусоидальной. Выполнение измерительного генератора влагомера на туннельном диоде позволяет повысить точность измерений, так как сравнительно легко достигается высокая временная стабильность частоты такого генератора. Кроме того, для нормальной работы варикапа в контуре необходимо, чтобы переменное (высокочастотное) напряжение на варикапе было намного меньше постоянного напряжения смещения. Это условие автоматически достигается также в генераторе на туннельном диоде.

Девиация частоты генератора зависит от изменения емкости ФВ, а последняя - от интенсивности излучения. Таким образом, на выходе измерительного генератора появится сигнал, модулированный по частоте. Его можно легко передать по радиоканалу. Причём, как известно, радиосистема с