Введение.

Композиционный материал - искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из нескольких компонентов. Области применения композиционных материалов многочисленны, кроме авиационно- космической, композитные материалы могут быть успешно применены в энергетическом турбостроении, в автомобильной промышленности и др.

Во время отверждения материала необходимо контролировать материал в процессе изготовления. В данной статье описывается устройство и способ контроля отверждения композиционных материалов.

Основная часть.

Контролирование материала будет происходить  следующим образом: чувствительная резонансная микрополосковая СВЧ-структура прикладывается к композиционному материалу и контролируется изменение диэлектрических характеристик в зависимости от стадий отверждения композиционного материала. Контроль будет происходить в измерительном устройстве, который соединѐн с резонансной СВЧ – структурой посредством соединительного кабеля.

На Рисунке 1 показано контролирование материала в процессе изготовления.

Была построена компьютерная модель резонансной микрополосковой СВЧ – структуры в программе MicrowaveCSTStudio. Частота, на которой проводился расчет 2,1 ГГц. Нижний слой представляет собой металлическую подложку, далее диэлектрический материал. Следующий слой образовывает микрополосковая линия с определенным периодом повтора неоднородностей в середине которой расположена узкая неоднородность 2-го порядка. Сверху расположен композиционный материал.

Датчик будет реализован на двухчастотном методе. Кратко охарактеризуем принцип действия предлагаемого метода. Для измерения характеристик СВЧ-датчика с помощью перестраиваемого по частоте генератора генерируют исходное одночастотное колебание, которое преобразуют в зондирующее колебание в преобразователе одночастотного колебания в двухчастотное.

Для этого с устройства управления через шину управления подается команда управления параметрами генерации перестраиваемого по частоте генератора и преобразования в преобразователе одночастотного колебания в двухчастотное.

В соответствии с поданной командой зондирующее колебание в преобразователе одночастотного колебания в двухчастотное формируют двухчастотным, состоящим из двух одночастотных сигналов равной амплитуды соответственно на частотах 𝑓11 и 𝑓12. Для его формирования в перестраиваемом по частоте генераторе генерируют среднюю частоту равную

Затем передают зондирующее колебание к СВЧ-датчику через разделительную сеть и СВЧ-кабель. В зондирующем колебании, проходящем через СВЧ-датчик, происходит изменение амплитуд составляющих зондирующего колебания, они становятся не равными в зависимости от взаимного положения его средней частоты и резонансной частоты СВЧ-датчика.

Далее принимают зондирующее колебание после воздействия на СВЧ-датчик СВЧ-приѐмником. На выходе СВЧ-приѐмника образуется сигнал, соответствующий огибающей биений двух составляющих выходного двухчастотного колебания, отраженного от или прошедшего через СВЧ-датчик.

На Рисунке 2 показана структурная схема устройства.

На Рисунке 3 показана структурная схема преобразователя одночастотного колебания в двухчастотноена основе амплитудно-фазового преобразователя.

Амплитудно-фазовый модулятор содержит квадратурный мост, управляемые отражательные фазовращатели выполненные на варакторах, сумматоры, инвертор. Сигнал несущий Uнес, поступает через квадратурный мост на фазовращатели после отражения от которых направляется на выход. При подаче модулирующего сигнала Uмод(θ) происходит относительное изменение фазы сигнала несущей на выходе, а при подаче модулирующего сигнала Uмод(А) изменяется амплитуда сигнала несущей на выходе.

На Рисунке 4 показана принципиальная схема формирователя двухчастотного сигнала в СВЧ–диапазоне на основе амплитудно-фазового преобразователя [2].

Вывод.

Двухчастотный метод обладает высокой точностью при стабильности амплитуд и фаз зондирующих колебаний. На основе двухчастотного метода был предложен СВЧ-датчик для контроля отверждения композиционных материалов, достоинствами которого является точность измерения, достигаемая с помощью двухчастотного метода зондирования и применения чувствительного элемента; низкая себестоимость измерения; большая информативность.

 

Список литературы

1.     Пат. 124812 Российская Федерация МПК G01R 27/04. Устройство для измерения характеристик резонансных структур / Морозов, Г.А., Морозов, О.Г., Насыбуллин, А. Р.и др.; опубл. 10.02.2013.-2 с.

2.     Пат. 1665493 Союз Советских Социалистических Республик Н 03 С 5/00. Амплитудно-фазовый модулятор / Зельдин, Ю.М., Плотницкий, С.О.; опубл. 23.07.1991.-3 с.