Методы диагностики сред, основанные на высокоточных СВЧ измерениях

• Автор: Вакс, Владимир Лейбович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 154 с. : ил

Оглавление

Введение

Глава 1. Задачи диагностики сред, решаемые методами микроволновой

газовой спектроскопии и ближнепольной СВЧ радиотермометрии.

1.1. Проблемы достижения чувствительности, близкой к теоретическому 11 пределу в микроволновой газовой спектроскопии

1.2. Задача исследования формирования СВЧ поля вблизи поверхности

Глава 2. Микроволновой спектрометр на основе когерентного спонтанного

излучения (КСИ -спектрометр) с переключением частоты воздействующего излучения

2.1. Анализ способов реализации микроволновых нестационарных 26 спектрометров, использующих временное разделение сигнала
накачки и молекулярного отклика
2.2. Анализ чувствительности спектрометра с манипуляцией частоты 42 воздействующего излучения
2.3. Описание практической реализации микроволнового КСИ - 49 спектрометра с частотной манипуляцией воздействующего излучения
Глава 3. Результаты применения КСИ - спектрометра в спектроскопических
экспериментах
3.1. Аналитические исследования с использованием КСИ - спектрометра
3.1.1 Сравнительный анализ аналитических возможностей различных
спектроскопических методов
3.1.2. Определение микропримеси метанола в сверхчистом этаноле
3.2. Возможности определения микропримесей галоидалкилов СНз1 и 78 СНзВг в летучих органических производных элементов Пв и У1А подгрупп периодической системы элементов.
3.3. Разработка метода измерения времен вращательной релаксации для 85 Фойгтовского контура линии поглощения
3.4. Применение КСИ спектрометра для исследования и контроля 103 технологического процесса при получении алмазных пленок
3.5. Исследование вращательного спектра ГОБе

Г лава 4. Ближнепольные исследования поглощающих диэлектрических сред
4.1. Радиометрическая система для измерения ближнего поля теплового 118 СВЧ излучения
4.2. Система ближнепольного импедансного зондирования слоистых 130 биологических тканей
Заключение
Список цитируемой литературы 13
Список трудов автора

Введение
Актуальность разработки методов диагностики различных сред, основанных на высокоточных СВЧ измерениях, определяется ценностью информации об измеряемых объектах, которую содержат измеряемые параметры проходящего или формируемого в исследуемых объектах излучения. Естественная логика развития приводит к необходимости всё более точных измерений, достижения предельных чувствительностей, что позволяет расширять область применения микроволновых методов диагностики.
В диссертации рассматриваются принципы и методы достижения высокой чувствительности в СВЧ спектроскопии, разработка и создание на основе этих принципов аппаратуры для осуществления качественного и количественного анализа многокомпонентных газовых смесей в химии высокочистых веществ, контроле высокотехнологичных процессов. Представлены результаты разработки радиометрической системы, реализующей новый одночастотный метод подповерхностного температурного зондирования поглощающих диэлектрических сред, что представляет большой интерес для диагностики в медицине и для неразрушающего контроля технологических процессов. Предложен и апробирован новый метод СВЧ сканирования подповерхностной структуры живых тканей, основанный на регистрации вариаций импеданса контактной антенны, соответствующих этой структуре.
Цели исследования:
• Разработка метода нестационарной микроволновой газовой спектроскопии миллиметрового (ММ) и субмиллиметрового (СБММ) диапазонов длин волн.
• Изучение возможностей применения метода нестационарной микроволновой газовой спектроскопии для аналитических исследований многокомпонентных газовых смесей и контроля технологических процессов
• Разработка методики ближнепольных СВЧ радиометрических измерений диэлектрических сред.

Кристалл должен быть ориентирован таким образом, чтобы, если приложить напряжение в его поперечном направлении, изменялся его показатель преломления. Изменение показателя преломления приводит, в свою очередь, к изменению частоты лазера, так как она должна быть кратна ——, где £ - длина лазер-

ного резонатора, п - средний показатель преломления. Таким образом, за счет прикладываемого импульсного напряжения к электрооптическому кристаллу лазер может переключаться с одной частоты на другую. Изменение частоты лазера для прикладываемого напряжения имеет порядок десятков кГц/В. Поэтому переключение частоты обычно происходит в пределах доплеровского контура. Метод переключения частоты позднее повторили Брюэр и Геннан [36] на лазере на красителях.
В заключение рассмотрим еще одну конструкцию спектрометра, в которой используется комбинированный метод — разделение частотной модуляции и затворов.
Блок - схема спектрометра представлена на рис. 2.5.
Спектрометр работает в диапазоне частот 1 ЗО -і- 140 ГГц. В состав спектрометра входят: генератор на частоте 70 ГГц, модулируемый удвоитель частоты, формирующий излучение на требуемой (140 ГГц) частоте, накачиваемый на субгармонике приемник для детектирования КСИ и проходной резонатор Фабри - Перо, в котором содержится газ.
В качестве источника излучения на частоте 70 ГГц используется клистрон с выходной мощностью 80 мВт, частота которого стабилизирована по синтезатору частот, работающему в диапазоне 30 МГц. 10 % мощности клистронного генератора используется для гетеродина приемника, остальная мощность отводится для возбуждения удвоителя частоты. Импульсная мощность на частоте 140 ГГц получается от перестраиваемого удвоителя частоты. Для увеличения выходной мощности на удвоитель подается постоянное смещение, на тот же вход подается модулированный сигнал частотой 30 МГц. В результате получается сигнал, состоящий из удвоенной частоты 140 ГГц и боковых полос из 30 МГц выше и ниже его. Максимальная выходная мощность, генерируемая в каждой боковой полосе (измеренная с использованием резонатора Фабри - Перо в качестве перестраиваемого фильтра) не