Контроль якості речовин електромагнітним зондуванням у хвилеводі
Анотація
Актуальність. Проблеми дистанційного неруйнуючого визначення й контролю показників якості широкої різноманітності матеріальних середовищ, зокрема, господарських і продовольчих товарів, актуальні практично для всіх областей народного господарства, науки й техніки. Актуальність наукових досліджень в області діелектрометрії в мікрохвильовому діапазоні обумовлена також потребами розвитку високих технологій у медицині й охороні здоров'я, народному господарстві в реальному часі.
Мета роботи – розвиток методу мікрохвильової хвилеводної діелектрометрії на основі застосування теорії багатошарових плоскошаруватих діелектричних структур до визначення комплексної діелектричної проникності речовини за значеннями коефіцієнта стоячої хвилі досліджуваних зразків у хвилеводі на двох близьких частотах.
Матеріали й методи. Дослідження засновані на добре вивчених явищах інтерференції електромагнітних хвиль на багатошарових плоскошаруватих діелектричних структурах. За рахунок використання математичної моделі явища інтерференції плоскої електромагнітної хвилі на тришаровій діелектричній структурі переборена неоднозначність визначення комплексної діелектричної проникності речовини класичним методом хвилеводної діелектрометрії в мікрохвильовому діапазоні по вимірюваннях коефіцієнта стоячої хвилі зразка діелектрика, розміщеного у хвилеводі, і фазового кута коефіцієнта відбиття.
Результати. Запропонований метод забезпечення однозначності визначення комплексної діелектричної проникності речовини у хвилеводної діелектрометрії на основі теорії багатошарових плоскошаруватих діелектричних структур. Метод приводить до явного вираження для комплексного коефіцієнта відбиття електромагнітної хвилі від досліджуваного зразка діелектрика, поміщеного в прямокутний хвилевід. Комплексна діелектрична проникність речовини визначається за значеннями коефіцієнта стоячої хвилі на двох близьких частотах у мікрохвильовому діапазоні. За знайденим значенням діелектричної проникності й тангенсу кута діелектричних втрат визначається параметр якості речовини шляхом порівняння й оптимізації двох цільових функцій, що включають отриманий у процесі вимірів і складений заздалегідь масиви еталонних значень комплексної діелектричної проникності, і шляхом порівняння й оптимізації третьої цільової функції, що включає результати оптимізації двох попередніх функцій. Як приклад показника якості речовини визначена питома теплота згоряння вугіль.
Висновки. Запропонований метод визначення комплексної діелектричної проникності й показників якості діелектричних матеріалів у мікрохвильовому діапазоні частот апробований у випадку різних типів вугіль, доведена його працездатність і забезпечення вірогідності результатів. Метод і реалізовані на його основі прилади й математичне забезпечення перспективні для неруйнуючого експрес - контролю діелектричних матеріалів і середовищ.
Завантаження
Посилання
Brandt AA. Research of dielectrics at microwave frequency. Moscow: Fizmatizd, 1964. P. 404. (Russian).
Harvey AF. Microwave technology. Translation from English. ed. Sushkevich VI. Vol. 1. Moscow. 1965. p. 783. (Russian).
Born M, Wolf E. Fundamentals of optics. Transl. from English. Ed. Motulevich GP. Publishing house "Science". GRFML.-Moscow. 1973. (Russian).
Nagy ShB. Dielectrometry. Transl. with Hung. ed. Malova VV. Moscow: Energiya, 1976. p. 200. (Russian).
Viktorov VA, Viktorov VA, Lunkin BV, Sovlukov AS. Radio wave measurements of technological process parameters. Moscow: Energoatomizdat, 1989, p. 208. (Russian)
Ovsyanikov VV. Measurements of the complex permittivity by the waveguide and resonant cavity methods. Proceedings of the Intern. Confer. on Actual Problems of Measuring Techniq. Kyiv. Ukraine 7-10 Sept 1998. p. 224-225.
Gorobets NN, Ovsyanikov VV, Morozov ВМ, Beznosova ER, Tsypko LZ. Broadband antennas with reactive loads. 9th International Conference UWBUSIS. Sept 4-7 2018. Odessa, Ukraine. p. 353-356.
Mishchenko SV, Malkov NA. Design of radio wave (microwave) devices for non-destructive testing of materials. Tambov: Ed. Tamb. state tech. University, 2003.128 p. (Russian).
Ovsyanikov VV, Bukharov SV, Ovsyaniov VolV. Declarative patent of Ukraine for the invention № 71301А. Method of express control of quality characteristics of substances in microwave range. 15.11.04, Bull № 11. (Ukrainian).
Kutsenko VP, Tregubov NF.Radivolnovoy control of products made of dielectric materials. 17th Int. Crimean Confer. “Microwave & Telecommunication Technology” (CriMiCo'2007). 10-14 September, Sevastopol, Crimea, Ukraine. (Russian).
Kutsenko VP, Yanenko OP. Radiometric non-destructive testing of dielectric products. Bulletin of NTUU "KPI" Series Radio Engineering. Radio equipment. 2010;41:124-131. (Ukrainian).
Kuznetsov GV, Vypanasenko SI, Ovsyanikov VV, Vovk SM, Gusev OY, Ovsyanikov VolV, and others. Ukrainian patent for invention № 90540 C2. Method of automated control of qualitative characteristics of substances in microwave range and device for its realization / - 11.05.2010, Bull. № 9. (Ukrainian).
Bukharov SV, Ovsyanikov VolV. Diagnosis of quality parameters of coal and liquid oil products by electromagnetic methods. Article Bulletin of NTUU "KPI". Radio Engineering Series. Radio equipment. 2011; 45: 120-129. (Ukrainian).
Suk AF, Sebko VP, Suchkov GM, Lazarenko AG, Musil VV, Maistrenko AM. Modern methods of non-destructive testing in mechanical engineering. Textbooks - NTU "KhPI". Kharkov. 2012.173 p. (Russian).
Ovsyanikov Vl. Information system for providing heat generating facilities with fuel quality indicators. Abstracts of additional information. All-Ukrainian NP conference of young scientists and students "Perspectives in the field of modern electronics IT and KS" MEICS - 25-27. 11. 2015. Dnipropetrovsk. Ukraine. S. 91-93. (Russian).
Atroshenko LM, Gorobets NN, Safronova LP. Complex dielectric constant of dispersed heterogeneous system components. Visnyk of V.N. Karazin Kharkiv National University, series “Radio Physics and Electronics”. 2006;10(712):10-16. (Russian).
Moiseev NN, Ivanilov YP, Stolyarova EM. Optimization methods. Moscow: Nauka, 1978.352s. (Russian).
