Резонансная ближнепольная СВЧ-диагностика материальных сред

• Автор: Янин, Дмитрий Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 161 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. ДИАГНОСТИКА МАЛЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ ПЛОТНОСТИ ПЛАЗМЫ
1.1 Методика измерений плотности плазмы и ее флуктуаций
с использованием зонда с СВЧ-резонатором
1.2 Описание эксперимента
1.3 Обсуждение экспериментальных результатов
1.4 Выводы
2. БЕСКОНТАКТНАЯ ДИАГНОСТИКА ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
2.1 Описание экспериментальной установки
2.2 Резонансный датчик для бесконтактной диагностики плазмы высокого давления
2.3 Математическое описание работы резонансного датчика для бесконтактной диагностики плазмы высокого давления
2.3.1 Эффективная диэлектрическая проницаемость
2.3.2 Адмитанс измерительной части резонатора при исследовании параметров плазмы в газоразрядной камере
2.4. Измерение параметров плазмы методом «отсечки» СВЧ-излучения
2.5. Экспериментальные результаты
2.6 Обсуждение результатов
2.6.1 Электронная частота столкновений и минимальное пороговое поле СВЧ-пробоя
2.6.2 Частота упругих столкновений заряженных частиц с молекулами газа
2.6.3 Оценка температуры электронов и температуры нейтрального газа в
разряде
2.6.4 Вывод дополнительного уравнения, связывающего плазменную плотность и электронную частоту столкновений
2.6.4.1 Частота потери электронов в плазменном объёме за счёт рекомбинации
2.6.4.2 Частота потери энергии за счёт столкновений
электронов с молекулами газа
2.6.4.3 Частота диффузионных потерь электронов
2.6.4.4 Потеря энергии за счёт электронной теплопроводности
2.6.5. Сравнение результатов измерения плотности плазмы методом “отсечки”
СВЧ-излучения и методом резонансной ближнепольной диагностики
2.7 Выводы

3. ПОДПОВЕРХНОСТНАЯ ДИАГНОСТИКА СРЕД С ЛОКАЛИЗОВАННЫМИ ПРЯМОУГОЛЬНЫМИ НЕОДНОРОДНОСТЯМИ
3.1 Описание резонансных измерительных систем для подповерхностной диагностики сред с локализованными неоднородностями
3.2 Математическое описание работы резонансных измерительных систем для подповерхностной диагностики сред с локализованными неоднородностями
3.3 Исследование сред с локализованными неоднородностями
3.4 Выводы
4. РЕЗОНАНСНАЯ БЛИЖНЕПОЛЬНАЯ СВЧ-ДИАГНОСТИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ
4.1 Эффект «прижима»
4.2 Резонансные измерительные системы для исследования биологических тканей
4.3 Математическое описание работы резонансных измерительных систем для исследования биологических тканей
4.4 Краевая ёмкость цилиндрического конденсатора с бесконечным металлическим фланцем
4.5 Обратная задача ближнепольной СВЧ-томографии для системы резонансных датчиков с разными глубинами зондирования
4.5.1 Модель плоскослоистой среды
4.5.2 Модель среды с полиномиальным глубинным профилем комплексной диэлектрической проницаемости
4.6 Калибровка датчиков
4.7 Экспериментальные результаты
4.7.1 Исследование двухслойных сред
4.7.2 Диагностика кожных заболеваний
4.7.3 Диагностика жизнеспособности трансплантатов
4.8 Выводы
ПРИЛОЖЕНИЕ 1: Диагностика псевдоожиженного слоя
ПРИЛОЖЕНИЕ 2: Химико-физический метод просветления плазмы
ПРИЛОЖЕНИЕ 3: Датчик влажности бумаги
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Диагностика неоднородных материальных сред актуальна в различных областях науки и техники. Особо стоит отметить такие направления, как физика плазмы, медицина, материаловедение, дефектоскопия и геологоразведка. Информация о структуре, физических характеристиках материальных объектов и протекающих в них динамических процессах имеют важное как фундаментальное, так и прикладное значение. Практическую ценность представляют бесконтактные (дистанционные) способы диагностики, позволяющие проводить изучение объектов без нарушения их внутренней структуры.
В настоящее время освоено большое количество способов изучения материальных сред. На базе классических методов ультразвуковой, рентгеновской и оптической диагностики, широко применяемых в науке и технике, разработаны медицинские приборы для визуализации биологических тканей, позволяющие на ранних стадиях выявлять множество заболеваний, сопровождающихся морфологическими изменениями пораженного органа или его части. Особо стоит отметить магниторезонансную томографию, первоначально разработанную для нужд химического анализа. В последнее время широкое развитие получила электроимпедансная [1,2] и магнитоиндукционная [3,4] томография, позволяющие визуализировать распределение электрической проводимости внутри объектов различной природы. Для исследования структуры поверхности материальных сред разработаны различные виды микроскопии, с помощью которых получают растровые изображения поверхностей объектов с высоким пространственным разрешением 15]. Необходимо отметить такой вид микроскопии, как ближнепольная, разрешающая способность которой превосходит фундаментальный рэлеевский критерий. Реализация данного вида микроскопии может осуществляться в различных частотных диапазонах, в частности, оптическом [6] и СВЧ [7] диапазонах, с возможностью наблюдать поверхностные структуры, размеры которых во много раз меньше длины волны электромагнитного поля.
Перечисленные методы изучения материальных сред отличаются друг от друга, в первую очередь, способом зондирования среды. Для рентгеновской и оптической диагностики это, соответственно, рентгеновское и оптическое излучение; УЗИ использует акустические волны; магниторезонансная томография основана на измерении электромагнитного отклика ядер атомов водорода на возбуждение их определённой комбинацией электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой напряжённости. В соответствии с этим, результаты визуализации отражают рассеивающую и поглощающую способность среды соответственно по отношению к рентгеновскому.

пользоваться предлагаемой методикой можно только для возмущений с характерной длительностью, превышающей время затухания колебаний в резонаторе. Экспериментально изучено пространственное распределение колебаний плотности возбуждаемых магнитной рамочной антенной в нижнегибридном диапазоне частот. Показано, что мелкомасштабные флуктуации плотности обусловлены квазипотенциальными волнами с большими значениями волнового вектора, возбуждающим элементом которых является провод, образующий рамочную антенну. Полученная с помощью СВЧ-зонда информация о пространственной структуре Ъп хорошо согласуется с теоретическими расчётами.