Исследование методов измерения влажности и диэлектрической проницаемости материалов на основе зондирования импульсными электромагнитными сигналами

• Автор: Андриянов, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 138 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Радиоволновые методы измерения влажности и диэлектрической проницаемости
1.1. Математические модели влажных диэлектриков .
1.2. Обзор методов измерения диэлектрической проницаемости материалов в диапазоне СВЧ •
1.3. Радиоволновые методы измерения влажности веществ .
1.4. Аппаратура для измерений во временной области.
1.5 Выводы. . .
2. Исследование погрешностей измерения диэлектрической проницаемости методами на основе импульсного зондирования
2.1 Анализ источников погрешностей измерения ДП .
2.2 Метод концевой емкости • • • •
2.3. Метод одного отражения. I . . .
2.4. Метод тонкого образца . у
2.5. Исследование погрешностей измерения ДП при интерполяции измерительных сигналов
2.6. Выводы
3. Методы измерения влажности веществ на основе импульсного зондирования
3.1. Теоретическая модель влажных сыпучих диэлектриков
3.2. Моделирование импульсных сигналов, отраженных от датчика
3.3. Определение параметров модели путем минимизации нормы вектора невязок
3.4. Определение влажности и плотности по параметрам отраженного сигнала
3.5. Выводы
4. Экспериментальные исследования методов измерения влажности и
диэлектрической проницаемости . . • . . .
4.1. Оборудование для измерения ДП, влажности и физических параметров материалов
4.2. Программное обеспечение для измерения ДП и влажности
4.3. Подготовка образцов для исследования. Опорные методы измерения физических параметров . . . . .
4.4. Исследование модели влажных диэлектриков на примере
зерна пшеницы . ... . . . .
4.5. Исследование градуировочных характеристик портативного измерителя влажности • ■ ■ . ■ .
4.6. Экспериментальные исследования методов измерения диэлектрической проницаемости . . ,
4.7. Выводы. . . . . . . . .
Заключение
Приложение
Список литературы . . . . . . . . .

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Метод импульсной рефлектометрии (ИР), берущий начало в конце 50-х - начале 60-х годов XX века является эффективным средством контроля свойств сред и объектов. Его главным достоинством является возможность быстро получить спектральные характеристики объекта в широком диапазоне частот. Потенциальные возможности метода существенно возросли в последние десятилетия благодаря прогрессу аналоговой и цифровой техники обработки сигналов. Это создает предпосылки совершенствования алгоритмов и методов обработки информации. Необходимы разработка и исследование методов определения физических параметров веществ по результатам зондирования импульсными электромагнитными сигналами. Диссертационная работа посвящена применению метода ИР для определения диэлектрической проницаемости (ДП) и влажности веществ.
Существующие методы имеют ряд недостатков и требуют дальнейшего развития. Поскольку реакция объекта на импульсный зондирующий сигнал пикосекундной длительности содержит информацию в широком диапазоне частот (от сотен килогерц до десятков гигагерц), применение метода ИР представляется перспективным.
Измерение ДП необходимо в химической, пищевой и радиоэлектронной промышленности. Высокая скорость измерений в широком диапазоне частот позволяет проводить уникальные научные эксперименты во многих областях науки. В диссертации получены результаты, позволяющие увеличить точность и оценить погрешность измерений ДП и влажности.
Измерение влажности веществ необходимо для экспресс-контроля качества продукции и управления техническими процессами в обрабатывающей промышленности. Измерение влажности почвы важно в сельском хозяйстве и строительстве.

ГЛАВА
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МЕТОДАМИ НА ОСНОВЕ ИМПУЛЬСНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
Связь ДП с измеряемыми импульсными сигналами описывается выражениями (1Л4)-(1Л8). Входящие в данные выражения емкость ИЯ, волновое сопротивление и длина измерительной ячейки являются постоянными параметрами, значения которых определяются с высокой точностью при калибровке измерительного оборудования. Поэтому погрешность измерения ДП определяется в основном погрешностями измерения сигналов. В разделе 1 настоящей главы рассмотрены основные составляющие погрешностей измерений сигналов во временной области, методы их оценки и минимизации. Разделы 2-5 посвящены анализу различных методов измерений ДП.
2.1. Анализ источников погрешностей измерения ДП
Основными источниками погрешностей регистрации сигналов в стробоскопическом осциллографе являются шумы, дрейф и нелинейность в цепях вертикального отклонения и временной развертки стробоскопического преобразователя, а также наводки и искажения вследствие прямого прохождения сигнала через емкость закрытого диода. Рассмотрим способы оценки и уменьшения этих погрешностей более подробно.
1. Внутренние электрические шумы стробоскопического преобразователя Аисш. Ширина энергетического спектра шума примерно равна полосе пропускания стробоскопического преобразователя. Например в соответствии с техническими характеристиками импульсного рефлектометра «Диполь» среднеквадратическое отклонение (СКО) собственных шумов при