Дипломная работа Исследование эффективной диэлектрической проницаемости композитных материалов. Челябинский государственный университет Студент:Д.А. Калганов Группа: Ф-504 Научный руководитель: доцент, к.ф.-м.н. А.А. Федий Рецензент: Зав. лаб. ОВТ ЧелГУ Л.И. Сапожникова Челябинск 2010

Актуальность работы В последнее время активно разрабатываются и создаются различные виды радиопоглощающих материалов и покрытий (РПМ и РПП), предназначенных для снижения коэффициентов отражения и прохождения электромагнитных волн. Новые РПМ по своей основе композитные материалы (КМ), которые имеют уникальные электродинамические характеристики.

Основными электродинамическими характеристиками КМ являются эффективные диэлектрическая и магнитная проницаемости (ε̃ ЭФФ и μ ̃ЭФФ ). Таким образом при разработке новых материалов необходимо исследование этих величин. Данная работа посвящена исследованию эффективной диэлектрической проницаемости композитных материалов, определяющей для них коэффициенты отражения и прохождения электромагнитных волн. Таким образом тема данной работы достаточно актуальна в настоящее время. Актуальность работы

Методы экспериментального измерения электродинамических характеристик КМ для СВЧ-диапазона: волноводные; резонаторные; радиоволновые. Существующие методы измерения ε̃ ЭФФ

Основные недостатки метода ручного измерения частотных характеристик в Р2-61: большое время регистрации частотных характеристик или их частей, необходимых для вычислений; погрешности, связанные с точной ручной установкой частотных меток и временной нестабильностью частоты ГКЧ. Недостатки существующих методов

Цель дипломной работы Целью дипломной работы является модернизация установки на базе измерителя Р2-61 повышающая качество измерений и позволяющая регистрировать их результаты при помощи персонального компьютера (ПК), а также проведение исследований образцов КМ цилиндрической формы с порошковым наполнителем.

Экспериментальная установка Блок-схема экспериментальной установки на базе измерителя Р2-61, устройства автоматизации и ПК.

Алгоритм работы устройства автоматизации измерений.

Алгоритм работы устройства автоматизации измерений После инициализации переменных в основной функции программы main() реализован цикл проверки принятых от ПК данных. Установка напряжения ЦАП, его времени и режимов перестройки, запуск измерений и их остановка происходит по специальным символьным командам, принятым от ПК. При передаче необходимых частоты ГКЧ и времени качания после символа команд следуют дополнительные данные с этими величинами

Команды управления Символ команды Дополнительные параметры Краткое описание «E»«E»-Остановка измерений «H»«H»-Вывод сообщения о подключении «G»«G»2 байта, задающих частоту Измерения в режиме фиксированной частоты ГКЧ «R»«R»-Запуск измерений «T»«T»1 байт, определяющий время перестройки напряжения ЦАП Измерения в режиме автоматического качания частоты

Организация передачи данных.

Аналого-цифровое преобразование сигнала измерителя Р2-61. Допустимая частота дискретизации АЦП при точности 10 разрядов составляет к Гц [9], но также она ограничена (должна быть выше) частотой генератора управляющего ГКЧ. На основании этих фактов выбран делитель АЦП (ADC Prescaler) равный 64, что при тактовой частоте 4МГц обеспечивает нужную частоту дискретизации Fd=62.5 к Гц и минимальное время перестройки частоты ГКЧ t=16 мкс. Для снятия частотной характеристики с дискретизацией в N=1024 значения на заданный диапазон частот требуется N.t=0,016384c. либо, с учётом обратного хода N=2048 – N.t= c.

Формирование сигнала перестройки частоты ГКЧ. а) b)

Схема электрическая принципиальная устройства автоматизации измерителя Р2-61.

Согласование сигналов и настройка установки. При подключении ГКЧ к устройству автоматизации, связанному также с ПК и выходом индикатора Р2-61 необходима гальваническая развязка напряжений блока ЦАП и усилителя с остальной схемой. Используются транзисторно-диодные оптроны серии H11L фирмы Fairchild Semiconductor Corporation на основе диода с pn переходом из арсенида галлия.

Линеаризация сигнала перестройки ГКЧ Согласование сигналов и настройка установки.

Измерение частот резонансной кривой при помощи программы управления измерительной установкой.

Настройки программной оболочки разработанного устройства.

Резонаторный метод измерений. Положение образца исследуемого материала (а) и распределение электрического E и магнитного H полей (b) в прямоугольном резонаторе с модой H 011.

Вычисление значений диэлектрической проницаемости, где Δf 0 -уход резонансной частоты при внесении образца, f 0 об –резонансная частота с образцом, Q и Q 0 добротности резонатора с образцом и без него. Таким образом, получаем нужные величины: Добротность резонатора определяется по формуле:

Частотные характеристики образцов КМ с объёмной долей наполнителя (Al) 5%

Частотные характеристики образцов КМ с объёмной долей наполнителя (Al) 10%

Частотные характеристики образцов КМ эпоксидная смола – алюминий диаметра 1.2 мм

Частотные характеристики образцов КМ гипс-графит с различной концентрацией наполнителя.

Концентрационные зависимости фактической составляющей диэлектрической проницаемости и потерь.

Студент Калганов Д.А. доклад по дипломной работе закончил. Спасибо за внимание.