Измерение температурных и диэлектрических характеристик сред в СВЧ диапазоне с помощью антенн-аппликаторов

• Автор: Маречек, Светослав Владивоевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Физические основы СВЧ термометрии
1.1. Радиотепловое излучение биологических тканей
1.2. Электрические свойства биологических тканей
1.3. Модели радиотеплового излучения биологических тканей
1.4. Сравнительный анализ возможностей дистанционной и аппликационной методик приема радиотеплового излучения биологического объекта
ГЛАВА 2. Модельные представления системы среда - аппликационная антенна.
2.1. Электрические и магнитные поля в системе антенна - среда
2.2. Эквивалентная схема системы антенна - среда
ГЛАВА 3. Методика измерения температуры и диэлектрических свойств среды.
3.1. Методические погрешности измерения глубинной температуры
3.2. Измерение глубинной температуры в условиях теплообмена в системе антенна-среда
3.3. Измерение профиля температуры по глубине. Теоретические основы одночастотной методики
3.4. Методика определения структуры слоистой среды
ГЛАВА 4. Разработанные приборы и экспериментальные исследования в
лаборатории
4.1. Радиометры
4.2. Антенны - аппликаторы
4.3. Температурная калибровка радиотермометра и измерение электрических характеристик антенны - аппликатора
4.3.1. Среды для моделирования биологических тканей
4.3.2. Измерение параметров антенн - аппликаторов
4.3.3. Температурная калибровка радиотермометра
4.4. Калибровка СВЧ измерителя толщины слоев
4.5. Определение весовых коэффициентов антенн - аппликаторов.
4.6. Эксперименты по оценке температурного профиля
ГЛАВА 5. Применение радиотермометра в животноводстве и медицине
5.1. Применение радиотермометра в животноводстве

5.2. Применение радиотермометра в медицине
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Новые методики прецизионных измерений подповерхностной температуры и структуры исследуемой среды открывают широкие возможности применения СВЧ-радиометрии в науке и народном хозяйстве (медицине, сельскохозяйственном производстве, текстильной промышленности и т.д.)- Эти методики позволяют на самых ранних стадиях обнаружить и измерить слабоконтрастные температурные и структурные изменения исследуемого объекта. Температурный режим и структура исследуемой среды являются важными характеристиками объекта, позволяющими диагностировать протекающие в нем процессы, контролировать функционирование его систем и делать оценки свойств материала. Разработанные в диссертационной работе методики были использованы при изучении одного из наиболее сложных объектов -живых тканей человека и животных. Применение прецизионных методов СВЧ -радиометрии в медицине обосновано их неинвазивностью, безвредностью, достаточной точностью, легкостью и быстротой получения значительного количества независимой информации, способствующей эффективной диагностике. В настоящее время за рубежом и в нашей стране теоретические и экспериментальные работы в этом направлении продолжаются и интенсивно развиваются.
Отклонения от нормы температуры тканей биологического объекта проявляется часто на ранних стадиях заболевания, когда изменения структуры или плотности тканей слабо выражены и не могут быть обнаружены рентгеновскими или ультразвуковыми методами. Однако существующие и широко используемые неинвазивные средства (аппликационные датчики - термопары, терморезисторы и термочувствительные жидкокристаллические пленки) и (дистанционные приборы -инфракрасные тепловизоры), как правило, позволяют определить только поверхностную температуру, которая слабо связана с процессами, протекающими на глубине и подвержена сильному влиянию окружающей среды. Значительно более информативной является, так называемая глубинная интегральная температура, которую чаще называют просто глубинной. Она представляет собой взвешенную сумму температур разных по глубине слоев исследуемого участка (см. гл. 1). Методики СВЧ -радиометрии, измеряя глубинную температуру, позволяют на ранних стадиях заболевания обнаружить нарушение локального температурного режима в организме человека или животного и осуществлять безвредный постоянный контроль этих областей с целью анализа динамики внутренних процессов, контроля эффективности лечения и возможного раннего обнаружения структурных изменений. Существуют

усложняется, особенно при работе антенны в ближней зоне. В этой зоне диэлектрические свойства среды, окружающей антенну, оказывают наибольшее влияние на ее параметры.
Рассмотрим возможности измерения интенсивности собственного теплового излучения биологического объекта и определения абсолютного значения термодинамической температуры, когда апертура антенны находится в непосредственном контакте с поверхностью объекта. Для этого проведем анализ основных составляющих потока мощности в антенну - аппликатор, качественная сторона которых представлена схематически на рис.1.12.
Рис.1.12. Прием радиотеплового излучения при использовании аппликационного принципа измерения температуры объекта.
Слева изображен участок биологического объекта, а справа - антенна -аппликатор. Выход антенны - аппликатора подключен к входу радиометра. Апертура антенны имеет непосредственный контакт с поверхностью исследуемого участка биологического объекта. Для ряда конструкций антенн - аппликаторов (см. Гл. 2) можно считать, что излучатель «погружен» в среду. Размер апертуры антенны -
аппликатора может быть уменьшен в раз по сравнению с тем же размером