CC BY
23
УДК. 521. 317
Федюшко Ю. М., к. т. н., доцент © Коваленко Л.Р., к. т. н., старший викладач Тавртський державный агротехнолог1чний утверситет,
МЕТОДОЛОГ1ЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПОВ1РКИ 1МПУЛЬСНИХ
РЕФЛЕКТОМЕТР1В
Розроблено метролог1чне забезпечення гмпульсних рефлектометричних систем для дослгдження д1електричних параметр1в б1олог1чних об'ектгв на надвисоких частотах.
Ключо^^ слова: метролог1я, гмпульсний рефлектометр, дгелектрична проникнгсть, кал1брування.
Вступ. Основну роль в метролопчному забезпеченш вимiрювань виконують, як правило, повiрочнi схеми, що регламентують засоби, методи i точнiсть передачi розмiру одинищ фiзичноl величини вiд державного еталону або початкового робочого еталону, робочим засобам вимiрювальноl технiки [1,2].
В Укра1ш вiдсутня повiрочна схема засобiв вимiрювань, призначених для вимiрювання параметрiв елементiв ланцюгiв з розподiленими постшними.
У зв'язку з цим, через вщсутшсть державного i робочих еталошв необхiдних для повiрки (калiбрування) засобiв вимiрювальноl технiки повного опору в необхщних межах, у всьому дiапазонi значень eднiсть вимiрювань не забезпечуеться.
Матер1ал 1 методи. Проведений аналiз характеристик засобiв вимiрювальноl технiки по вимiрюванню параметрiв елементiв ланцюгiв з розподшеними постiйними, областi 1х застосування, iснуючих методiв i засобiв вимiрювання цих параметрiв показав, що цю проблему доцiльно вирiшити шляхом контролю геометричних розмiрiв коаксiальних навантажень.
Атестащя мiри хвильового опору в комплект iмпульсного рефлектометра в цьому випадку зводиться до лiнiйних вимiрювань, методика яких добре розроблена.
Найбшьшого поширення набули заходи вщображення i неузгодження з КСВ-2; 1; 4. Це вщповщае коефiцieнту вщображення 0,333 i 0,167 [3]. Е^валентна схема неоднорiдностi у виглядi стрибка дiаметру центрального провiдника зображуеться схемою iз стрибком хвильового опору, ввiмкненою паралельно йому емкостi, в мющ стрибка. У коаксiальному трактi з вщношенням дiаметрiв провiдникiв 7/3,055 стрибок дiаметру центрального провiдника рiвний 0,805 мм для КСВ-1,4 та 1,59 мм для КСВ-2. Смюсть в е^валентнш схемi неоднорщно! дiлянки е такою, яка викликае збшьшення коефщента вiдображення щодо значення в дiапазонi частот до 18 ГГц не бшьше нiж на 2% для КСВ-2 i не бiльше шж 0,8% для КСВ-1,4, тому в першому
© Федюшко Ю. М., Коваленко Л.Р., 2010
80
наближенш нею можна нехтувати, оскшьки похибки вимiрювальних приладiв, яю використовують швидке перетворення Фур'е, значно бiльше.
Фазочастотна характеристика тако! мiри вiдображення наближена до лшшно! пiд нахилом, визначеною вiдстанню вщ початку зразково! лши до мюця стрибка центрального провiдника. Якщо виникае необхiднiсть бiльш точно! атестаци системи, емюсть можна врахувати за допомогою кривих, що додаються мiрам, або з допомогою коефщента вiдображення:
Г (¡а ) = Г 0 [1 - 2 ]о1С 3 / (1 - 72 / 7 !2)],
де Г0 - коефщент вiдображення, без урахування крайово! емкостi; - змшений хвильовий опiр.
При вимiрюваннях за допомогою гармоншних сигналiв частотний дiапазон i частотнi властивостi мiри вщображення визначаються застосованим поглиначем. Широкосмуговi поглиначi мають незадовiльнi поглинаючi властивостями на частотах менше 1 ГГц, тому мiри вiдображення на основi труб без заповнювача працюють в дiапазонi частот (2...4) - (12...18) ГГц. У дiапазонi частот 0...4 ГГц використовують неузгоджеш навантаження, якi по конструкци аналогiчнi звичайному узгодженому навантаженню, але виготовленi з високим класом точностi, причому опiр застосованого резистора вiдрiзняеться вiд хвильового опору тракту на задане значення.
При рефлектометричних iмпульсних вимiрюваннях з використанням ткосекундних iмпульсних сигналiв, для видiлення вщображеного сигналу, можна використовувати тимчасове вжно. При цьому проблема виготовлення якюного поглинача знiмаеться, оскiльки сигнал, вщображений вiд мiсця стрибка дiаметру центрального провщника, може бути в час вiдокремлений вiд вiдображених сигналiв, що виникають на входi зразково! лши i !! кiнцi, якщо стрибок дiаметру розташувати в центрi лши. 1з-за граничностi розмiрiв зразково! лши, нижня робоча частота тако! мiри вiдображення, обмежена величиною 1/Т, де Т - тривалшть тимчасового вжна. Для повiтряно! лiнi! довжиною 30 см максимально допустима тривалшть тимчасового вжна 1 нс, тому нижня робоча частота тако! мiри вщображення / > 1 ГГц .
При використаннi мiри вiдображення без поглинача виникае проблема !! метролопчно! атестацi!, оскiльки iснуюча апаратура використовуе гармошчш вимiрювальнi сигнали. Також слщ зазначити, що однiею з найважливших вимог при перевiрцi приладiв ще! групи е контроль приеднувальних розмiрiв СВЧ входiв на вiдповiднiсть вимогам ГОСТ 13317-80.
Включення в КОЛЕС 14763-3 шформаци по рефлектометричним вимiрюванням указуе на велику !! затребувашсть. Це може розглядатися i як непряме визнання того, що промисловють i розробники почали вирiшувати техшчш проблеми по створенню вимiрювального устаткування широкого частотного дiапазону, застосування якого забезпечить необхщну ефективнiсть.
81
Це вщноситься не тшьки до забезпечення взаемного мехашчного поеднання, але i до метролопчно вiрного випуску i експлуатацп вах приладiв, призначених для аналiзу ланцюпв.
Результати дослщжень.
В якостi початкового еталона використаний набiр мiр з розрахунковими параметрами повного i хвильового опору 1-го розряду ЭК9-145 [4,5].
Набор мiр по своему призначенню складаеться з мiри хвильового опору (узгоджене навантаження Е9-145) i мiр повного опору (неузгодженi навантаження Е9-146, Э9-154). Основш параметри початкового еталону ЭК9-145: коефiцiент стоячо! хвилi по напрузi (КСХН), фази коефщента вiддзеркалення, хвильового опору визначаються непрямим методом шляхом вимiрювання геометричних розмiрiв.
М^ра хвильового опору Е9-145 мае наступш метрологiчнi характеристики:
- значення КСХН не бшьше 1,007;
- значення хвильового опору (50±0,35) Ом;
- межа допустимое' похибки вимiрювання КСХН не бшьш ±0,7%.
Номiнальнi значення КСХН мiр повного опору Е9-146, Э9-154:
- 1,25±0,05 для навантаження Е9-146;
- 1,4±0,05 для навантажень Е9-147, Э9-150;
- 2,0±0,05 для навантажень Е9-151, Э9-154.
Межа допустимо1 похибки вимiрювань навантажень Е9-146,Э9-154 не перевищуе:
- ±1% по КСХН;
- ±10 по фазi коефщента вiдображення.
Розмiри елементiв приеднання навантажень вщповщають вимогам ГОСТ 13317-89, тип III, варiант 1.
Початковий еталон у виглядi набору мiр використовують для повiрки (калiбрування) засобiв вимiрювальноí технiки методом прямих вимiрювань.
Засоби вимiрювальноí технiки, що повiряються.
Як засоби вимiрювальноí технiки, що повiряються, використовуються:
- вимiрювальнi лiнií Р1;
- вимiрювачi повного опору Р2;
- вимiрювачi КСХН панорамнi Р3;
- вимiрювачi комплексного коефiцiента передачi Р4;
- вимiрювачi параметрiв лши передачi Р5;
- iмпульснi рефлектометри.
Межi допустимо! вiдносноí похибки засобiв вимiрювальноí технiки по КСХН, залежно вiд частоти, складае вiд 2-10-2 до 30-10-2 вiд от 30 до 200 по фазi коефщента вiдображення; по хвильовому опору ввд 3 • 10-2 до 10-2 Ом.
82
Висновки.
При вимiрюваннi дiелектричноl проникност бюлопчних об'екив iмпульсним рефлектометром з похибкою менше 1%, для його к^брування, необхiдно застосовувати еталонш мiри вищих розрядiв.
Похибка вимiрювання дiелектричноl проникностi бiологiчних об'екив може складати менше 1% при використанш розроблених алгоритмiв калiбрування рефлектометричних систем, при застосуваннi мiр хвильового опору, атестованих за геометричними розмiрами.
Л1тература
1. Абубакиров Б. А. Образцовые меры для калибровки автоматизированных анализаторов цепей. Техника средств святи / Б. А. Абубакиров. - Львов. - Сер. РИТ. - 1982. - Вып 7. - С. 138 - 141.
2. Набор мер полного и волнового сопротивления 1-го разряда ЭК9-145. Паспорт ДТ2.700.013ПС.
3. Артеньев Б.Г. Справочное пособие для работников метрологических служб в 2-х т / Б.Г. Артеньев, С.М. Голубев. - М.: Стандарты, 1990. - Т. 1. - 5 с.
4. ДСТУ 3741-98. Государственная поверочная схема для средств измерения длины.
5. Каменецкий М.И. Рабочие эталоны единицы волнового сопротивления в коаксиальных волноводах 16/6,95 мм и 7/3,04 мм / М.И. Каменецкий, Э.М. Гутина, Ю.В. Кондаков // Измерительная техника. -1981. - № 2. - С. 53 - 55.
Summary Y. Fediushko, L. Kovalenko METHODOLOGICAL PROVIDING OF CHECK OF IMPULSIVE REFLEKTOMETRA
The metrology providing of the impulsive reflektometric systems is developed for research of dielectric parameters of biological objects over high-frequencies
Key words: metrological, impulsive reflektometr, dielectric permeability, calibration.
Стаття надшшла доредакцИ 16.09.2010
83
