Исследование методов измерения влажности и диэлектрической проницаемости материалов на основе зондирования импульсными электромагнитными сигналами
Диссертация
Получено выражение для определения погрешностей измерения диэлектрической проницаемости веществ методами концевой емкости, одного отражения и тонкого образца. Разработана методика и программное обеспечение для определения оптимальных параметров измерительной ячейки. Показано, что при оптимальных параметрах измерительной ячейки и длительности фронта зондирующего сигнала 50 пс метод концевой… Читать ещё >
Содержание
- 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... 29 1.5 Выводы
- 2. Исследование погрешностей измерения диэлектрической проницаемости методами на основе импульсного зондирования
- 2. 1. Анализ источникдв пофешностей измерения ДП
- 2. 2. Метод концевой емкости
- 2. 3. Метод одного отражения,
- 2. 4. Метод тонкого образца. V
- 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
Список литературы
- Тареев Б. М. Физика диэлектрических материалов: Учеб. Пособие для вузов. М.: Энергоиздат, 1982.- 320 с.
- Борисова М. Э., Койков С. Н. Физика диэлектриков.- Л.: ЛГУ, 1979.240 с.
- Фрелих Г. Теория диэлектриков. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрические потери: Пер. с англ. М.: Инлитиздат, I960.- 250 с.
- Ахадов Я. Ю. Диэлектрические свойства чистых жидкостей. М.: Издательство стандартов, 1972.- 412 с.
- Wakino К., Okada Т., Yoshida N., Tomono К. А new equation for predicting the dielectric constant of mixture// J. Am. Cheram. Soc. 1993, 76, pp. 25 882 594.
- Nettelblad В., Niklasson G. A. Dielectric relaxation in liquid-impregnated porous solids// J. Of Mat. Science. 1997,32, pp.3783−3800.
- Nelson S.O. Measurement and applications of dielectric properties of agricultural products// IEEE Trans. On Instrum. And Meas.- 1992, 41, 116 122.
- Kraszewski A., Kulinski S., Matuszewski M. Dielectric properties and a model’of biphase water suspension at 9.4 GHz// J. Appl. Phys. 1976,47, pp. 1275−1277.
- Nelson S. O. Models of the dielectric constants of cereal grains and soybeans// Microwave Power .- 1989, 22, pp.35−39
- Бензарь В. К. Определение влажности капиллярно-пористых материалов по поглощению электромагнитных волн СВЧ// РТнженерно-физический журнал.- 1970, 18, с. 1131−1136.
- Торр G. С, Davis J. L., Annan A. P. Electromagnetic determination of soil water content: Measurement in coaxial transmission lines// Water Resour. Res.- 1980,16, pp. 574−582.
- Roth K., Sehulin R., FlUhler H., Attinger W. Calibration of time domain reflectometry for water content measurement using a composite dielectric approach//Water Resour. Res.- 1990,26, pp.2267−2273.
- Nadler A., Dasberg S., Lapid L Time domain reflectometry measurements of water content and electrical conductivity of layered soil columns// Soil Sci. Soc. Amer. J. 1991, 55, pp. 938−943.
- Чудинова С. М., Понизовский А, А. Влияние гранулометрического состава на характеристики калибровочной зависимости при измерении влажности почвы методом TDR// Почвоведение.- 1998, № 1, с. 21−28.
- Nozaki R., Bose Т. К. Broadband complex permittivity measurements by time domain spectroscopy// IEEE Trans. On Instrum. And Meas.- 1995, 39, pp. 945−951.
- Kadiri M. E., Parenix J. P. Chapoton A. General time domain analysis of TDS data: application to liquid crystals// IEEE Trans. On Instrum. And Meas.- 1985, IM-34, pp. 70−74.
- Iskander М. F., Stuchly S. S. A time-domain technique for measurement of dielectric properties of biological substances// IEEE Trans. On Instrum. And Meas.- 1972, IM-21, pp. 425−429.
- Rzepecka M. A., Stuchly S. S. A lumped capacitance method for the measurement of the permittivity and conductivity in the frequency and time domain a further analysis// IEEE Trans. On Instrum. And Meas.- 1972, IM-24, pp. 27−39.
- Фельдман Ю. Д. Временная диэлектрическая спектроскопия и молекулярное движение в жидкости. Диссертация на соискание зЛеной степени кандидата физико-математических наук. Казань: КРУ, 1981.
- Goncharov V. А., Feldman Yu. D. Treatment of the time domain spectroscopy data in the lumped-capacitance method. Further Considerations// Chemical Physics Letters.- 1980, 71, pp. 513−518.
- Schaumburg G. Dielectric and magnetic material characterisation with the Novocontrol Concept 60 System: Hewlett Packard Application Note.- 13 008,1999.
- Moreau J. M. Aziz R. Dielectric study of granular media according to the type of measurement device: coaxial cell or open-ended probe// Measurement Scientific Technologies.- 1993,4, pp. 124−129.
- Корсаков С. Я., Крылов В. В., Пономарев Д. М. Исследование электрофизических параметров диэлектриков методом импульсного зондирования//Автометрия.- 1979, № 5, с. 60−64.
- Nicolson А. М., Ross G.F. Measurement of the intrinsic properties of materials by time-domain techniques// IEEE Trans. On Instrum. And Meas.-1970, IM-9, pp. 377−383.
- Славин И. В., Славный В. В. Возможности волноводного метода измерения электромагнитных характеристик материалов на СВЧ// Тезисы докладов VII ВНТК «Методы и средства измерений электромагнитных материалов на ВЧ и СВЧ».- Новосибирск: НЭТИ, 1991, с. 60−61.
- Vincent D., Jorat L., Monin J., Noyel G. Improvement of the transmission/reflection method for dielectric and magnetic measurements of liquids between 0.1 and 20 GHz// Measurement Science and Technologies.-1994, 5, pp. 990−995.
- Тюльков Г. И., Чернышев В. Н. Резонаторный метод определения радиоволновых параметров диэлектриков// Радиотехника.- 1996, № 3, с. 17−18.
- Нестеров С. М., Скородумов И. А. Метод определения комплексных диэлектрической и магнитной проницаемостей радиопоглощающего материала//Радиотехника и электроника.- 1993, № 5, с. 814−818.
- Анишук В. В. Простой способ измерения диэлектрической проницаемости в СВЧ диапазоне// Радиотехника. 1989, № 9, с. 99−102.
- Никулин С. М. Садкова О. В. Экспресс-контроль жидких и сыпучих пищевых продуктов СВЧ методом с контролируемой точностью// Тезисы докладов НТК факультета радиоэлектроники и технической кибернетики.- Н. Новгород: НГТУ, 1998, с. 26−27.
- Olson S. С, Iscander М. F. А new in situe procedure for measuring the dielectric properties of low permittivity materials// IEEE Trans. On Instrum. AndMeas.- 1986, IM-35,pp.2−6.
- Замотринская E. A., Бобченко Г. A., Тюльков Г. И. Некоторые варианты использования измерителей КСВН и ослабления для определения комплексной диэлектрической проницаемости веществ// Измерительная техника.- 1992, № 8, с. 63−65.
- Stuchly М. А., Stuchly S. S. Coaxial line reflection methods for meaauring dielectric properties of biological substances at radio and microwave frequencies a review// IEEE Trans. On Instrum. And Meas.-1980, IM-29, pp. 176−183/
- Chahine R., Bose. T. K. Measurement of small dielectric loss by time domain spectroscopy: application to water/oil emulsions// IEEE Trans. On Instrum. And Meas.-1983, IM-32, pp. 360−363.
- ГОСТ 12 041–82. Семена сельскохозяйственных культур. Метод определения влажности.- М.: Издательство стандартов, 1988.
- ГОСТ 16 483.7−71. Древесина. Методы определения влажности.- М.: Издательство стандартов, 1980.
- ГОСТ 12 570–67. Сахар-песок и сахар-рафинад. Метод определения содержания влаги.- М.: Издательство стандартов, 1982.
- ГОСТ 28 268–89. Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений.-М.: Издательство стандартов, 1989.
- Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов/ под ред. Е. С. Кричевского. М.: Энергия, 1980.- 240 с.
- King R. J., King К. v., Woo К. Microwave moisture measurement of grains// IEEE Trans. On Instrum. And Meas.- 1992, 41, pp. 111−115.
- Садкова О. В. Измерительные процессы в 12-полюсной рефлектометрии. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.-Н. Новгород: НГТУ.- 2000.
- Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник/ Под ред. В. В. Клюева.- М.: Машиностроение, 1995.- 488 с.
- Determining soil moisture content using time domain reflectometry.- US Department of Transportation, 1998.
- Крылов В. В. Корсаков С. Я. Основы теории цепей для системотехников: Учеб. Пособие для вузов.- М.: Высш. Шк, 1990.- 224 с.
- Look В., Reeves I. The application of time domain reflectometry in geotechnical instrumentation.- ASTM Geofechnical Testing Journal, Sept,. 1992.
- Campbell J. E. Dielectric properties and influence of conductivity in soils at one to fifty megahertz// Soil. Sci. Soc. Amer. J.- 1990, 54, pp.333−341.
- Selig E. Т., Mansukbani S. Relationship of soil moisture to the dielectric property// J. Geotech. Eng. Div., Amer. Soc. Civil. Eng.- 1975, 101(GT8), pp. 755−769.
- Baker J. M., AUmars R. R. System for automating and multiplexing soil moisture measurement by TDR// Soil. Sci. Soc. Amer. J.- 1990, 54, pp. 1−6.
- Topp G. C, Zegelin S. J.- Whilte I. Monitoring soil water content using TDR: an overview of process// Symposium and workshop on time domain reflectometry in environmental, infrastructure, and mining applications. -Evanston: 1994.
- Dalton F. N., Herklrath W. H., Rawlins D. S., Rhoades J. D. Time domain reflectometry: simulteneous measurement of soil water content and electrical conductivity with a single probe// Science.- 1984, 224, pp. 989−990.
- Dasberg S., Dalton F. N., Time domain reflectometry field measurements of soil water content and electrical conductivty// Soil Sci. Soc. Amer. J.- 1985, 49, pp. 293−297.
- Dalton F. N., Van Genuchten M. Th. The time-domain reflectometry melyhod for measuring soil water content and salinity// Geoderma, — 1986, 38, pp. 237 250.
- Topp G. C, Yanuka M., Zebchuk W. D., Zegelin S. Determination of electrical conductivity using time -domain reflectometry: soil and water experiments in coaxial lines// Water Resour. Res.- 1988, 24, pp. 945−952.
- Kachanoski R. G., Pringl E., Ward A. Field measurement of solute travel times using time-domain reflectometry// Soil. Sci. Soc. Amer. J.- 1992, 56, pp. 47−52.
- Fellner-Felldeg H. The measurement of dielectrics in the time domain// J. Phys. Chem.- 1969, 73, pp. 616−623.
- Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов/ Под ред. Г. В. Глебовича. М.: Радио и связь, 1984.- 256 с.
- Андриянов А. В., Чепурнов А. В. Исследование методов опредления погрешностей измерения параметров СВЧ компонентов и трактов во временной области// Техника средств связи. Сер. Радиоизмерительная техника.- 1984, Вып. 6, с. 1−12.
- Андриянов А. В., Чепурнов А. В. К вопросу о погрешностях измерения параметров цепей во временной области с использованием ДПФ// Техника средств связи. Сер. Радиоизмерительная техника.- 1982, Вып. 1, с. 51−56
- Ermolina I. V., polygalov E. A., Romanichev., Zuev Yu. F., Feldman Yu. D. Time domain dielectric spectroscopy with nonuniform signal sampling// Rev. Scl. Instrum.- 1991, 62, pp. 2262−2265.
- Функции с двойной ортогональностью в радиоэлектронике и оптике: Пер. с англ.- М.: Советское радио.- 1971.- 256 с.
- Каханер Д., Моулер К., Нэш С. Численные методы и математическое обеспечение: Пер. с англ.- М.:Мир, 1998.- 575 с.
- Kwok В. Р., Nelson S. О., Bahar Е. Time domain measurements for determination of dielectric properties of agricultural materials// IEEE Trans. On Instrum. And Meas.- 1979, IM-28, pp. 109−112.
- Лабутин С. A., Пугин М. В. Статистические модели и методы в измерительных задачах.- Н. Новгород: НГТУ, 2000 г., 115 с.
- Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов: Пер. с англ. М. Мир, 1978.- 848 с.
- Андриянов А. А. Экспериментальное исследование влагомера зерна на основе импульсного рефлектометра// Научно техническая конференция факультета информационных систем и технологий: тезисы докладов. Н. Новгород: НГТУ, 1998, с. 27−28.
- Андриянов А. А, Моделирование влияния влажности на параметры импульсных сигналов в линиях передачи// Всероссийская назАно-техническая конференция «КоГраф-98″: тезисы докладов, — Н. Новгород: НГТУ, 1998,
- Андриянов А, В, Андриянов А, А, О погрешностях измерения диэлектрической проницаемости во временной области// Вестник ВВО АТН РФ, Серия: Высокие технологии в радиоэлектронике, информатике и связи, — 1999, № 1(5), с. 123−127
- Андриянов А. А. Экспериментальное исследование влагомера зерна на основе импульсного рефлектометра// Вестник ВВО АТН РФ. Серия: Высокие технологии в радиоэлектронике, информатике и связи.- 1999, № 1(5), с. 143−145
- Андриянов А. В., Андриянов А. А'., Курамшев С. В., Писарев Б. В., Седов В. П. Прибор для измерения влажности// Приборы и техника эксперимента.- 1999, № 4, с. 162.
- Андриянов А. А. Электрофизическая модель зерна пшеницы и ее экспериментальные исследования// Физические технологии в машиноведении: сборник научных трудов. Выпуск 2.- Н. Новгород: НГТУ, 2000, с. 50−56.
- Исследование методов измерения влажности и диэлектрической проницаемости материалов на основе зондирования импульсными электромагнитными сигналами»
- Исследование методов измерения влажности и диэлектрической проницаемости материалов на основе зондирования импульсными электромагнитными сигналами"
- Андрияновым А. А. предложен метод выбора параметров измерительной ячейки, обеспечивающей наименьшую погрешность.1. Директор1. В. П. Хилов