193684. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés nem-fémes porózus anyagok nedvességi jellemzőinek dielektromos úton történő megállapítására
193684 A találmány szerinti berendezés szondájának kiviteli alakja az értékelés módjától függően négyféle lehet. Az egyik kiviteli alaknál (2. ábra) az 1 érzékelő kondenzátor 14 fegyverzeteit azonos méretű, egymástól elszigetelt, közös tengelyvonalú körgyűrűk alkotják. A szonda henger alakú, amelynek egyik végén villamosán szigetelő 15 burkolat alatt helyezkedik el az 1 érzékelő kondenzátor, míg a másik végén csatlakozik a szondához, a jelátvitelt biztosító 17 kábel. A szondában lévő elektronikus áramkörök árnyékolását a fémből készült 16 ház biztosítja. Az előzőhöz hasonló a 3. ábrán bemutatott kiviteli alakkülönbség az, hogy az 1 érzékelő kondenzátor 14 fegyverzeteit nem borítja szigetelő anyag. A szigetelést a vizsgálandó anyagba beépített, villamosán szigetelő anyagú béléscső biztosítja. A harmadik kiviteli alak esetében (4. ábra) az 1 érzékelő kondenzátor 14 fegyverzeteit egy síkban elhelyezkedő kondentrikus körgyűrűk alkotják. A kondenzátort a villamosán szigetelő 15 burkolat választja el a mérendő anyagtól. A szonda a 18 fogantyúnál megfogva ráhelyezhető a mérendő anyag felszínére, és ily módon anyagok felszíni, (illetőleg felszínközeli) nedvességtartalmának meghatározására használható (pl. betonfalak esetében). A negyedik változatnál — mint az az 5. ábrán látható — a mérendő anyagból 19 mintavevő hengerrel kivett minta eredeti állapotában benne marad a mintavevő hengerben. Az 1 érzékelő kondenzátor 14 fegyverzeteit párhuzamos síkú, egytengelyű, kör alakú fémtárcsák képezik. A fegyverzeteket két, villamosán szigetelő 15 burkolat választja el a mérendő anyagtól. A találmány szerinti berendezés működését a továbbiakban az 1. ábrán látható blokkvázlat alapján ismertetjük. A szonda változó frekvenciájú 3 mérő oszcillátorának LC tagokból álló rezgőköre 2 hangolt tápvonalon keresztül csatlakozik az 1 érzékelő kondenzátorhoz, amelynek szórt villamos terében helyezkedik el a mérendő közeg. Mivel az érzékelő kondenzátor 14 fegyverzeteinek geometriája állandó, így pillanatnyi kapacitását kizárólag a közeg dielektromos állandója, azaz nedvesség-tartalma határozza meg. Ez a kapacitás elhangolja a 3 mérőoszcillátor frekvenciáját és a frekvencia változásának mértéke egyértelműen jellemző a közeg nedvességtartalmára. Ily módon a nedvességtartalom meghatározását frekvenciaváltozás mérésére vezettük vissza. Problémát jelent azonban, az, hogy a frekvenciaváltozás tartománya viszonylag kicsi az alapfrekvencia értékéhez képest (annak mintegy 10%-a) és a 100 MHz nagyságrendbe eső, nagy alapfrekvencia esetében (amire azért van szükség, hogy nagy veszteségű közeg esetén is pontosan lehessen mérni a ned- 6 7 vességtartalmat) viszonylag drága áramkörök alkalmazására lenne szükség. Ezért alkalmaztuk a 3 mérőoszcillátorral azonos felépítésű, de 120 MHz rögzített frekvencián rezgő 4 oszcillátort és az 5 keverő áramkört. A szorzó rendszerű keverés után az eredő jel a MHz tartományba eső, kisebb frekvencia. A példakénti berendezésnél ez a frekvencia 5 és 15 MHz között változott. A keverés következtében létrejövő mérőfrekvencia-változás (kb. 10 MHz) a további kiértékeléshez (feldolgozáshoz) alkalmas frekvenciatartományban áll rendelkezésre. Az alkalmazott ún. felső keverés eredménye, hogy a kevert jel frekvenciája a dielektromos állandó növekedésével monoton nő. A keveréssel létrehozott különbségi frekvenciát a 6 osztó áramkör kHz nagyságrendű frekvenciává osztja le, ami már különleges kábel alkalmazása nélkül is zavarmentesen továbbítható a kiértékelő egység hez. A zavarérzékenység további csökkenésére szolgál a 7 illesztő fokozat. Ennek kimenetén ugyanis kis impedancián jelenik meg a frekvencia-jel. A kiértékelő egység tulajdonképpen digitális frekvenciamérő, amelynél az időlap stabilitását a 10 kvarcvezérlésű oszcillátor (időzítő áramkör) biztosítja. A frekvenciamérő a 9 mintavevő kapuáramkör segítségével egy másodperces időtartammal mintát vesz a szondából érkező (kevert) jelből, amelynek frekvencia-értéke egyértelműen jellemzi a mérni kívánt paramétert, pl. a kőzet nedvességtartalmát, majd a beépített 12 programozható aritmetikai egység segítségével kiszámítja a paraméter-értéket, itt a nedvességtartalmat és azt a programban megadott mértékegységben megjeleníti a 13 számjegyes kijelzőn (pl. a nedvességtartalmat súlyszázalékban). A kijelzés négy másodpercig tart, majd az egész folyamat élőről kezdődik. Méréskor az impulzusok először a 8 jelformáló fokozaton és 9 mintavevő kapuáramkörön keresztül a 11 közbülső tárolóba kerülnek, és az egy másodperces mintavételi idő végén innen decimális nagyságrendként sorosan Íródik át az információ a 12 programozható aritmetikai egység műveleti regiszterébe. Ez a megoldás azzal az előnnyel jár, hogy a 13 számjegyes kijelzőn állandóan, látható a legutolsó mért, illetőleg számított adat, pl. nedvességtartalom érték, jóllehet közbpn már történhet az új mintavétel, anélkül, hogy a kijelzés zavarná. A számítás végén a 13 számjegyes kijelzőn megjelenik az újabb adat, ami az elmondottak értelmében szintén négy másodpercig látható. A számítási program indítását és a 11 közbülső tároló törlését szintén a 10 időzítő áramkör biztosítja. Az aritmetikai egység programozásával mód nyílik több adat feldolgozására is, pl. mérési átlag képzésére. Az egész digitális logikai kapcsolás kis fogyasztású CMOS integrált áramkörből lett kialakítva. A találmány előnyei: — az eljárással, ill. az eljárás megvalósítására kidolgozott berendezéssel gyorsan, nagy 8 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
