Способ дистанционного определения диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта

Авторы патента:

ГОРШКОВ Игорь Юрьевич (RU)

ВОРОБЬЕВ Станислав Игоревич (RU)

МЕЩЕРЯКОВ Виктор Владимирович (RU)

АВЕРЬЯНОВ Валерий Петрович (RU)

КУЗНЕЦОВ Андрей Викторович (RU)

ВОРОБЬЕВ Игорь Борисович (RU)

G01N22/00 - Исследование или анализ материалов с использованием сверхвысоких частот (G01N 3/00- G01N 17/00,G01N 24/00 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2563581:

Общество с ограниченной ответственностью "АПСТЕК Лабс" (RU)

Изобретение относится к области дистанционного измерения физических характеристик объектов, в частности диэлектрической проницаемости диэлектриков. Технический результат - повышение точности определения диэлектрической проницаемости. В способе дистанционного определения диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта, включающем облучение диэлектрического объекта когерентным СВЧ-излучением на N частотах, регистрацию сигнала, несущего информацию о диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта с помощью канала регистрации, содержащего средства регистрации, и когерентную обработку зарегистрированного сигнала, регистрируют сигнал, прошедший через диэлектрический объект, затем определяют зависимость выражения:

где N - количество частот СВЧ-излучения, k - номер частоты СВЧ-излучения из N частот, f_k - k-я частота СВЧ-излучения из N частот, i - мнимая единица, с - скорость света в вакууме, Аобъект_k - амплитуда зарегистрированного сигнала на k-й частоте излучения в присутствии объекта в контролируемой области пространства, Фобъект_k - фаза зарегистрированного сигнала на k-й частоте излучения в присутствии объекта в контролируемой области пространства, выраженная в радианах, Аcn_k - амплитуда зарегистрированного сигнала на k-й частоте излучения в отсутствие объекта в контролируемой области пространства, Фcn_k - фаза зарегистрированного сигнала на k-й частоте излучения в отсутствие объекта в контролируемой области пространства, от x - координаты по оси X, соединяющей средство регистрации и источник СВЧ-излучения, определяют значение х_max, при котором F имеет максимальное значение, и определяют диэлектрическую проницаемость по формуле:

где L - физический размер диэлектрического объекта вдоль оси X. Технический результат - повышение точности определения диэлектрической проницаемости движущихся диэлектрических объектов, а также обеспечение возможности реализации способа независимо от освещения диэлектрического объекта.

Изобретение относится к области дистанционного измерения физических характеристик объектов, в частности диэлектрической проницаемости диэлектриков.

Существуют практические задачи, когда требуется определение диэлектрической проницаемости объекта без непосредственного контакта с ним измерительной аппаратуры. Кроме того, исследуемый объект в таких случаях может иметь сложную геометрическую форму, что затрудняет решение задачи.

Известен способ определения диэлектрической проницаемости материала, заключающийся в облучении испытуемого образца электромагнитной волной двуплечим излучателем, изменении разности фаз сигналов в плечах излучателя и измерении амплитуды прошедшей волны под углом и определении диэлектрической проницаемости; одновременно с изменением разности фаз в плечах излучателя снимают зависимость амплитуды прошедшей волны от длины плеча, а диэлектрическую проницаемость определяют по формуле

где λ₀ - длина волны в свободном пространстве; λ_b - длина волны в двуплечем излучателе; Δ - период следования нулей амплитуды прошедшей волны, а угол θ выбирается из соотношения

где d_k - предельный размер плеча излучателя (SU 1800333 A1, 07.03.1993).

Недостатком способа является необходимость контакта излучателя с объектом определения диэлектрической проницаемости. Кроме того, этот объект должен иметь плоскую грань для обеспечения контакта с излучателем. Указанные обстоятельства не позволяют использовать данный способ для дистанционного определения диэлектрической проницаемости объектов.

Известен способ определения диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта путем облучения диэлектрического объекта когерентным СВЧ-излучателем на N частотах; облучение производится на фоне отражателей, которыми являются границы слоев объекта, либо граница диэлектрического объекта и воздуха, либо физическое тело, на котором размещен исследуемый диэлектрический объект. Производят регистрацию сигнала, отраженного от диэлектрического объекта и отражателя, осуществляют преобразование принятых сигналов во временную область, выделяют пиковые временные составляющие во временном спектре, измеряют времена выделенных пиковых временных составляющих и определяют диэлектрические проницаемости и толщины слоев; зондирование и прием осуществляют в секторе углов, а диэлектрические проницаемости и толщины слоев определяют по формулам:

;

$Δ l_{i} = (t_{i} - \frac{2}{c} \sum_{p = 1}^{i - 1} \frac{\sqrt{ε_{p_{1}} \cdot Δ l_{p}}}{\sqrt{1 - ε_{l} / ε_{p} \cdot S i n^{2} θ_{п а д 1}^{(i)}}}) \cdot \frac{c \cdot \sqrt{1 - \frac{ε_{l}}{ε_{i}} S i n^{2} θ_{п а д 1}^{(i)}}}{2 \sqrt{ε_{i}}}$ ,

где i - номер слоев; ε_i, ε_р - диэлектрическая проницаемость i- и p-го слоев; ε_l - диэлектрическая проницаемость среды, с которой осуществляется зондирование и прием сигналов; Δl_i - толщина i-го слоя; $Δ = \frac{h_{1} - h_{2}}{2}$ , где h₁ и h₂ - высоты от границы раздела первого и второго слоев до мест, откуда производится зондирование и места приема сигналов соответственно; $θ_{п а д 1}^{(i)}$ - угол приема сигнала, отраженного от границы раздела i- и i+1-го слоев со скоростью света; t_i - частота i-й пиковой составляющей временного спектра, соответствующей отражению сигнала от границы раздела i- и i+1-го слоев; d - проекция на зондируемую поверхность расстояния между местом, откуда производится зондирование, и местом приема сигналов (RU 2039352 С1, 09.07.1995).

Недостатком данного способа является необходимость параллельности слоев диэлектрического объекта, а если он состоит из монослоя, то необходима параллельность его граней. В связи с этим способ может быть реализован в отношении специально изготовленных объектов. Кроме того, для реализации способа необходимо соблюдение определенных углов падения и отражения СВЧ-излучения относительно диэлектрического объекта.

Указанное выше не позволяет практически использовать способ для определения диэлектрической проницаемости движущегося и скрытого объекта с непараллельными слоями или гранями, в частности, для скрытого определения наличия диэлектрических взрывчатых веществ, спрятанных на теле человека. Как известно, диэлектрическая проницаемость подавляющего большинства этих веществ находится в пределах 2,9-3,1.

Известен способ определения диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта на фоне отражателя путем облучения диэлектрического объекта когерентным СВЧ-излучением на N частотах, регистрации сигнала, отраженного от диэлектрического объекта и отражателя, осуществляют когерентную обработку зарегистрированного сигнала с получением трехмерного СВЧ-изображения диэлектрического объекта и отражателя, дополнительно получают видеоизображение области, в которой находится диэлектрический объект и отражатель с помощью двух или более видеокамер, синхронизированных с источником СВЧ-излучения, преобразуют полученное видеоизображение в цифровой вид и строят трехмерное видеоизображение указанной области, переводят трехмерное видеоизображение и СВЧ-изображение в общую систему координат, определяют по СВЧ-изображению в общей системе координат расстояние Z₁ между источником СВЧ-излучения и участком СВЧ-изображения отражателя, свободным от диэлектрического объекта, и расстояние Z₂ между источником СВЧ-излучения и участком СВЧ-изображения отражателя в зоне диэлектрического объекта, по видеоизображению определяют в общей системе координат расстояние Z₃ между источником СВЧ-излучения и видеоизображением диэлектрического объекта, при этом определяют диэлектрическую проницаемость ε диэлектрического объекта из соотношения:

(RU 2408005 С1, 27.12.2010).

Недостатком способа-прототипа является низкая точность определения диэлектрической проницаемости ε при движении исследуемого диэлектрического объекта, что требует для компенсации весьма точной синхронизации движущегося объекта и отражателя, а также синхронизации работы видеокамеры и средств регистрации отраженного сигнала; такая синхронизация трудно достижима и в любом случае не обеспечивает требуемой точности определения ε. Кроме того, способ-прототип требует освещения, достаточного для работы видеокамер.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности определения диэлектрической проницаемости движущихся диэлектрических объектов, а также обеспечение возможности реализации способа независимо от освещения диэлектрического объекта.

Согласно изобретению в способе дистанционного определения диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта, включающем облучение диэлектрического объекта когерентным СВЧ-излучением на N частотах, регистрацию сигнала, несущего информацию о диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта с помощью канала регистрации, содержащего средства регистрации, и когерентную обработку зарегистрированного сигнала, регистрируют сигнал, прошедший через диэлектрический объект, затем определяют зависимость выражения:

где N - количество частот СВЧ-излучения,

k - номер частоты СВЧ-излучения из N частот,

f_k - k-я частота СВЧ-излучения из N частот,

i - мнимая единица,

с - скорость света в вакууме,

Аобъект_k - амплитуда зарегистрированного сигнала на k-й частоте излучения в присутствии объекта в контролируемой области пространства,

Фобъект_k - фаза зарегистрированного сигнала на k-й частоте излучения в присутствии объекта в контролируемой области пространства, выраженная в радианах,

Acn_k - амплитуда зарегистрированного сигнала на k-й частоте излучения в отсутствие объекта в контролируемой области пространства,

Фcn_k - фаза зарегистрированного сигнала на k-й частоте излучения в отсутствие объекта в контролируемой области пространства,

от x - координаты по оси X, соединяющей средство регистрации и источник СВЧ-излучения, определяют значение x_max, при котором F имеет максимальное значение, и определяют диэлектрическую проницаемость по формуле:

где L - физический размер диэлектрического объекта вдоль оси X.

Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения условию патентоспособности «Новизна».

Реализация признаков заявленного способа обусловливает достижение технического результата, состоящего в повышении точности определения диэлектрической проницаемости движущегося объекта, поскольку исключается необходимость синхронизации этого объекта с какими-либо средствами, используемыми при осуществлении способа; кроме того, способ может быть реализован при любом освещении, поскольку не содержит операций, связанных с получением и обработкой видеоизображений.

Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат.

Указанные новые свойства объекта обусловливают, по мнению заявителя, соответствие изобретения условию патентоспособности «Изобретательский уровень».

Реализация способа иллюстрируется конкретным примером. Для осуществления способа был взят диэлектрический объект - пчелиный воск. Исследуемый образец облучался когерентным СВЧ-излучением последовательно на 16 фиксированных частотах в пределах диапазона 8-18 ГГц. Облучение производилось с помощью излучателя, представляющего в конкретном примере коммутируемую антенную решетку, состоящую из 256 элементарных пространственно разделенных передающих антенн. Прошедший через исследуемый диэлектрик сигнал в виде двух квадратурных компонент регистрируется в данном примере с помощью широкополосной антенны Вивальди, связанной с 12-разрядным аналогово-цифровым преобразователем. С выхода АЦП через схему коммутации данные, соответствующие электрической компоненте зарегистрированного электромагнитного поля, прошедшего сквозь диэлектрический объект, поступали в компьютер, где после когерентной обработки формировался массив значений (256 значений) удлинения оптического пути сигнала от каждого передающего элемента антенной решетки до регистратора, при котором F для каждой пары приемопередающих элементов принимает максимальное значение.

где N - количество частот СВЧ-излучения,

k - номер частоты СВЧ-излучения из N частот,

f_k - k-я частота СВЧ-излучения из N частот,

i - мнимая единица,

с - скорость света в вакууме,

Аобьект_k - амплитуда зарегистрированного сигнала на k-й частоте излучения в присутствии объекта в контролируемой области пространства,

Фcn_k - фаза зарегистрированного сигнала на k-й частоте излучения в отсутствие объекта в контролируемой области пространства.

Для каждого направления, соединяющего излучатель антенной решетки и регистратор, определяли физический размер L исследуемого диэлектрического объекта путем прямого измерения. При этом диэлектрическую проницаемость диэлектрического объекта определяли для каждой элементарной передающей антенны при одном средстве регистрации из соотношения:

Формируется 256 значений диэлектрической проницаемости для различных пространственно разнесенных направлений, что позволяет построить пространственное распределение диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта. Определение среднего значения диэлектрической проницаемости объекта достигается путем усреднения значений массива диэлектрических проницаемостей каждого из направлений.

В конкретном примере диэлектрического объекта - пчелиного воска при L=10 см x_max составил 6,12 см и диэлектрическая проницаемость ε составила 2,6.

Заявленный способ обеспечивает повышение точности определения диэлектрической проницаемости движущегося объекта в сравнении с прототипом на 25-40% при скорости движения 0,5-1,5 м/сек.

С учетом значительного повышения точности определения значения ε исследуемого движущегося объекта можно существенно уменьшить число ошибок при идентификации объекта как взрывчатого вещества, например тротила, нитроглицерина, гексагена и других диэлектрических объектов.

Заявленный способ может быть также использован для определения ε диэлектриков, используемых в промышленности.

Для реализации способа используется известное оборудование и инструменты, что позволяет сделать вывод о том, что данное изобретение соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».

Способ дистанционного определения диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта, включающий облучение диэлектрического объекта когерентным СВЧ-излучением на N частотах, регистрацию сигнала, несущего информацию о диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта с помощью канала регистрации, содержащего средства регистрации, и когерентную обработку зарегистрированного сигнала, отличающийся тем, что регистрируют сигнал, прошедший через диэлектрический объект, затем определяют зависимость выражения:

где N - количество частот СВЧ-излучения,
k - номер частоты СВЧ-излучения из N частот,
f_k - k-я частота СВЧ-излучения из N частот,
i - мнимая единица,
с - скорость света в вакууме,
Аобъект_k - амплитуда зарегистрированного сигнала на k-й частоте излучения в присутствии объекта в контролируемой области пространства,
Фобъект_k - фаза зарегистрированного сигнала на k-й частоте излучения в присутствии объекта в контролируемой области пространства, выраженная в радианах,
Acn_k - амплитуда зарегистрированного сигнала на k-й частоте излучения в отсутствие объекта в контролируемой области пространства,
Фcn_k - фаза зарегистрированного сигнала на k-й частоте излучения в отсутствие объекта в контролируемой области пространства,
от х - координаты по оси X, соединяющей средство регистрации и источник СВЧ-излучения, определяют значение х_max, при котором F имеет максимальное значение, и определяют диэлектрическую проницаемость по формуле:

где L - физический размер диэлектрического объекта вдоль оси X.

Изобретение относится к медицинской технике. Антенна-аппликатор для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей биологического объекта содержит закрытый с одного конца отрезок волновода (1), частично или полностью заполненный диэлектриком (2).

Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах // 2559840

Предлагаемое изобретение относится к способам определения влажности. Оно может найти применение в нефтехимической промышленности, и в частности для экспресс-контроля качества авиационных керосинов в условиях аэродрома.

Способ определения состояния поверхности дороги // 2552272

Изобретение относится к способам для определения состояния поверхности дорожного полотна, на котором возможно образование слоя воды, снега или льда. Контролируемый участок поверхности дороги зондируют электромагнитными волнами, принимают отраженные от этого участка поверхности электромагнитные волны, определяют фазовый сдвиг между падающими и отраженными волнами или изменение амплитуды (мощности) принимаемых волн по отношению к их значениям для падающих волн, предварительно определяют, соответственно, основной фазовый сдвиг этих волн или основное изменение амплитуды (мощности) этих волн в отсутствие покрывающего слоя на поверхности дороги.

Свч-способ определения диэлектрической проницаемости и толщины покрытий на металле // 2552106

Предложен способ определения диэлектрической проницаемости и толщины твердых образцов на металле. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения толщины и диэлектрической проницаемости материала на металле.

Устройство для измерения физических свойств жидкости // 2551671

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств (концентрации, смеси веществ, влагосодержания, плотности и др.) жидкостей, находящихся в емкостях (технологических резервуарах, измерительных ячейках и т.п.).

Устройство для измерения физических параметров диэлектрического листового материала // 2551372

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточных бесконтактных измерений физических параметров (влажности, плотности, массы, толщины и др.) различных листовых материалов, движущихся или находящихся в стационарных условиях.

Способ определения состояния поверхности дороги // 2550778

Способ измерения кривизны корневого канала зуба // 2550686

Изобретение относится к медицине, а именно к терапевтической стоматологии, и может быть использовано для контроля эндодонтического лечения постоянных зубов. Проводят исследование кривизны корневого канала зуба на конусно-лучевом компьютерном томографе «Picasso Trio» с программой Ezlmplant.

Способ и устройство обнаружения носимых осколочных взрывных устройств // 2540726

Изобретение относится к области противодействия терроризму и может быть использовано в системах защиты объектов. Устройство обнаружения носимых осколочных взрывных устройств содержит СВЧ передающее устройство с частотой f1, СВЧ передающее устройство с частотой f2, СВЧ приемное устройство комбинационных частот второго порядка, СВЧ приемное устройство комбинационных частот третьего порядка.

Концентратомер // 2536184

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения концентрации бинарных смесей различных жидких веществ, перекачиваемых по трубопроводам.

Способ досмотра скрытых предметов под одеждой и в переносимом багаже человека, передвигающегося естественно // 2564693

Использование: для досмотра скрытых предметов под одеждой и в переносимом багаже человека. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют облучение СВЧ-излучением контролируемой области с помощью одного или более элементарных излучателей, региструют отраженный от контролируемой области сигнал с помощью одного или более каналов регистрации, обрабатывают зарегистрированный сигнал и отображают полученную в результате обработки информацию, при этом получение отраженного сигнала от человека с разных ракурсов достигается за счет естественного перемещения человека в области видимости распределенной системы элементарных излучателей и каналов регистрации, при этом одновременно с регистрацией отраженного СВЧ-излучения происходит синхронная видеорегистрация передвигающегося человека видеорегистратором, производится накопление и совместная обработка данных, зарегистрированных распределенной системой каналов регистрации и видеорегистратором, определение траектории каждого пикселя, принадлежащего передвигающемуся человеку, за время пересечения области видимости распределенной системы каналов регистрации, представление результатов расчета в виде синтезированного радиоизображения для произвольно задаваемого предыдущего момента времени и соответствующей этому моменту позе передвигающегося человека, где вычисление обобщенной функции неопределенности для каждого пикселя, принадлежащего передвигающемуся человеку, характеризующей радиолокационную отражательную способность данного пикселя, производится по определенной формуле. Технический результат: обеспечение возможности получения изображения цели и классификации ее типа. 3 ил.

Свч-способ определения осажденной влаги в жидких углеводородах // 2571632

Предлагаемое изобретение относится к способам определения влажности. Оно может найти применение в нефтехимической промышленности, и в частности, для экспресс-контроля качества авиационных керосинов в условиях аэродрома. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности и реализация возможности ее изменения при определении объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах. Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения объемной концентрации осажденной влаги в жидких углеводородах, заключающемся в полном заполнении исследуемой жидкостью цилиндрического объемного резонатора с продольной осью, перпендикулярной горизонту, удалении через время t≥10 сек жидкости из полости резонатора с оставлением влаги, возбуждении электромагнитного колебания типа Н011, оценке по изменению добротности цилиндрического объемного резонатора объемной концентрации осажденной влаги, дополнительно, на нижней-торцевой стенке устанавливают диэлектрик высотой h, с диэлектрической проницаемостью εд и диаметром, равным диаметру резонатора, при удалении исследуемой жидкости влагу оставляют на поверхности диэлектрика, при этом варьируя отношение , возможно изменение диапазона измерений при сохранении высокой чувствительности к объемной концентрации осажденной влаги, где l - длина резонатора. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Сканирующее устройство формирования голографического изображения в миллиметровом диапазоне волн для досмотра людей в целях обеспечения безопасности // 2575059

Настоящее изобретение относится к области обеспечения безопасности, а именно к сканирующему устройству формирования топографического изображения в миллиметровом диапазоне волн для досмотра людей. Устройство содержит первый трансивер (40) миллиметрового диапазона с антенной решеткой (41) для передачи и приема первого сигнала миллиметрового диапазона, второй трансивер (40′) миллиметрового диапазона с антенной решеткой (41′) для передачи и приема второго сигнала миллиметрового диапазона, который выполнен с возможностью перемещения в направлении, противоположном направлению движения первого трансивера миллиметрового диапазона, соединительный элемент (26, 27) для соединения между собой первого трансивера (40) и второго трансивера (40′) и приводное устройство (50), приводящее в движение один из двух трансиверов миллиметрового диапазона. Первый трансивер (40) и второй трансивер (40') перемещаются в противоположных направлениях. Достигается высокое качество построения изображения при упрощении конструкции устройства. 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

Георадарный способ определения влажности, загрязненности и толщины слоев железнодорожной и автодорожной насыпи с использованием отражательного геотекстиля // 2577624

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации и контроля насыпи железных дорог и автодорог. Влажность, загрязненность и толщину слоев насыпи определяют с помощью георадара. В составе насыпи железной или автодороги применяют один или несколько слоев отражательного геотекстиля. Отражательный геотекстиль включает электропроводящие элементы. Измеряют электромагнитные сигналы георадара, отраженные от электропроводящих элементов геотекстиля. Результаты численно обрабатывают на ЭВМ. Затухание отраженных электромагнитных сигналов определяют по амплитуде, а показатель преломления - по скорости сигналов. Влажность насыпи определяют по показателю преломления, а загрязненность - по показателю преломления и затуханию сигналов. Толщину и влажность слоев слоисто-неоднородной насыпи определяют по форме годографа отраженных сигналов. Способ является бесконтактным, неразрушающим, быстрым и эффективным. Технический результат заключается в увеличении эффективности и качества обследования насыпи, повышении безопасности на железных дорогах и автодорогах. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Радиоволновый фазовый способ измерения толщины диэлектрических материалов // 2579173

Использование: для бесконтактного и дистанционного определения толщины плоских диэлектрических материалов. Сущность изобретения заключается в том, что одновременно излучают электромагнитные волны с частотой F1 и частотой в k раз выше kF1 в сторону поверхности диэлектрической пластины по нормали к ней, принимают отраженные волны, вычисляют разность фаз φ1 между принимаемой волной с частотой kF1 и волной с частотой F1, предварительно умноженной на k, после этого одновременно излучают электромагнитные волны с другой частотой F2 и частотой в k раз выше kF2 в сторону поверхности диэлектрической пластины по нормали к ней, принимают отраженные волны, вычисляют разность фаз φ2 между принимаемой волной с частотой kF2 и волной с частотой F2, предварительно умноженной на k, толщину диэлектрической пластины определяют по фазам φ1 и φ2. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности измерения. 1 ил.

Способ контроля изменений интегрального состава газовой среды // 2584970

Способ контроля изменений интегрального состава газовой среды относится к области электрических измерений и может быть использован в составе аналитическо-измерительных комплексов непрерывного контроля за параметрами атмосферы в замкнутых пространствах, в шахтах и тоннелях, а также в системах автоматического управления технологическими процессами, системах непрерывного экологического мониторинга и метеорологии. Преимущество данного способа измерения, по сравнению с другими способами измерения заключается в защищённости датчиков от пыли, влаги, паров, малом времени измерения и возможности проведения контроля изменений интегрального состава газовой среды на протяжённых трассах и в больших объёмах рабочих пространств. Эти свойства предполагаемого изобретения особенно важны для применения в угольных шахтах, на производствах с токсичной и вредной средой, а также на пожароопасных и взрывоопасных производствах, где газы, пыль и пары неравномерно распределены по объёму рабочего пространства. Новым в способе контроля изменений интегрального состава газовой среды является применение единственного микроволнового канала связи, для проведения фазовых измерений и синхронизации высокочастотных высокодобротных кварцевых опорных генераторов, с целью снижения затрат на проектирование и производство оборудования и оптимизации радиотракта. При контроле изменений интегрального состава газовой среды микроволновый сигнал, модулированный по амплитуде низкочастотным синхронизирующим сигналом, излучают в измерительный канал. Далее микроволновый сигнал принимают ретранслятором и усиливают, затем из него выделяют низкочастотный синхронизирующий сигнал, который используют для синхронизации местного опорного генератора при помощи системы фазовой автоподстройки частоты. Затем в микроволновый сигнал вносят монотонно нарастающий фазовый сдвиг в микроволновом управляемом фазовращателе, после чего микроволновый сигнал излучают обратно. Из принятого микроволнового сигнала, после гомодинного преобразования частоты, выделяют низкочастотную информационную составляющую. По разности фаз, измеренной между низкочастотным опорным и информационным сигналами, определяют изменения относительной диэлектрической проницаемости среды, а следовательно и изменения интегрального состава газовой среды.

Способ определения скорости и качественного состава вещества в потоке // 2584973

Датчик перманентного контроля сердечного ритма шахтера относиться к области обеспечения безопасности работ в горной промышленности и может использоваться для перманентного контроля сердечного ритма всего персонала в шахтах, как во время выполнения ими плановых работ, так и при возникновение чрезвычайных ситуаций, повлекших изоляцию персонала шахты за/под завалом горной породы. Новым в датчике перманентного контроля сердечного ритма шахтера является размещение датчика внутри корпуса аккумуляторного блока шахтерского фонаря со стороны его широкой стенки, обращенной к телу шахтера и изготовление датчика в виде автодинного генератора, совмещенного с микрополосковой антенной и содержащего кроме того датчик тока, узкополосный усилитель инфразвуковой частоты, микроконтроллер со встроенным аналого-цифровым преобразователем и получатель информации о сердечном ритме шахтера. Автодинный генератор состоит из полевого транзистора, блокировочного конденсатора и микрополосковой антенной на диэлектрической подложке с экранирующей пластиной, который начинает генерировать колебания при подаче на сток транзистора напряжения постоянного тока. Автодинный генератор - это генератор с открытой колебательной системой, способной излучать и принимать электромагнитные колебания. При возбуждении автодинного генератора он через микрополосковую антенну начинает эффективно излучать микроволновые колебания в сторону тела шахтера. Мощность этих колебаний невелика, что совершенно не сказывается на здоровье самого шахтера. Отразившись от тела шахтера, колебания вновь улавливаются микрополосковой антенной и складываются с собственными колебаниями автодинного генератора, вызывая тем самым изменение протекающего через автодинный генератор постоянного тока. Датчик тока, подключенный к выводу питания автодинного генератора, позволяет регистрировать эти изменения потребления тока, которые несут информацию о сердечном ритме шахтера. Узкополосный усилитель инфразвуковой частоты выделяет и усиливает эти изменения тока в диапазоне частот 0,8-2,5 Гц, соответствующие сердцебиению шахтера. В этом же диапазоне частот на выходе узкополосного усилителя инфразвуковой частоты присутствуют составляющие, обусловленные движением тела шахтера. Однако эти составляющие имеют нерегулярный характер и по своей сути являются составляющими шума, среднеквадратическое значение которых на известном временном интервале равно нулю. Спектральные составляющие, вызванные сердцебиением человека, имеют регулярный характер и их легко распознать, применив корреляционную обработку сигнала. Микроконтроллер осуществляет оцифровку сигнала, присутствующего на выходе усилителя инфразвуковой частоты и производит при этом корреляционную обработку последовательности оцифрованных данных на заданном временном интервале. В результате этой обработки микроконтроллер выделят составляющие, имеющие периодическую структуру, которые, по сути, соответствуют сердечному ритму человека. Далее через свой стандартный цифровой интерфейс микроконтроллер выдает данные получателю информации о сердечном ритме шахтера.

Способ определения процентного содержания воды в смеси диэлектрик-вода при изменении содержания воды в смеси в широких пределах // 2594338

Способ определения процентного содержания воды в смеси диэлектрик-вода при изменении содержания воды в смеси в широких пределах относится к области электрических измерений неэлектрических величин и может быть использован для контроля содержания воды в жидких смесях типа диэлектрик-вода, например жидких углеводородах (нефть, масло, мазут и т.п.) или во влажных смесях (цементно-песочная смесь и т.п.). Способ может быть использован в составе аналитическо-измерительных комплексов непрерывного контроля параметров смеси в системах автоматического управления технологическими процессами. Преимущество данного способа измерения, по сравнению с другими способами измерения заключается повышенной точности определения процентного содержания воды в смеси диэлектрик-вода. Кроме того, процентное содержание воды в смеси определяется однозначно. Эти свойства предполагаемого изобретения особенно важны при организации автоматического управления технологическими процессами. Новым в способе определения процентного содержания воды в смеси диэлектрик-вода является применение микроволнового канала связи для проведения измерений набега фазы и одновременной оценки степени поглощения микроволнового сигнала в смеси. По произведенной оценке степени поглощения сигнала определяют грубо процентное содержание воды в смеси, что дает возможность определить число фазовых циклов набега фазы микроволнового сигнала и определить тем самым точное значение набега фазы или точно и однозначно определить процентное содержание воды в смеси. Измерение разности фаз сигналов производят при этом на низких частотах, получаемых после гомодинного преобразования частоты микроволновых сигналов. Использование низких частот для измерения разности фаз позволяет получить высокую точность измерений. Для организации гомодинного преобразования частот сигналов один из микроволновых сигналов получают путем монотонного сдвига фазы исходного микроволнового сигнала с определенной скоростью.

Способ контроля изменений интегрального состава газовой среды // 2594342

Одной из главнейших задач обеспечения безопасности работ в угледобывающих шахтах является контроль содержания в рудничной атмосфере опасных газов и смесей, среди которых наибольшую угрозу представляют метан и угольная пыль. Предлагаемый способ относится к области электрических измерений и может применяться для контроля изменения состава интегральной газовой среды в угледобывающих шахтах, в системах контроля отработанных газов, которые выделяются вследствие промышленной деятельности человека, либо в аналогичных комплексных системах, где крайне важна задача мониторинга концентрации вторичных взрыво- и пожароопасных продуктов производства. Контроль изменений интегрального состава газовой среды основан на измерении изменений набега фаз микроволнового сигнала при его многократном распространении по замкнутой волноводной структуре, через которую также пропускают воздух их окружающей среды. Путем регулировки как общей длины волноводной структуры, выступающей в качестве измерительной трассы, так и частоты настройки полосового низкочастотного фильтра, выделяющего информационный низкочастотный сигнал, можно получить различную чувствительность системы в целом. По предложенному способу она является варьируемым параметром. Это позволяет проводить общую калибровку относительно определенного типа контролируемого вещества с известным значением его диэлектрической проницаемости, например, горючих, взрывоопасных и/или токсичных газов. За счет использования волноводной структуры, внутри которой циркулирует поток воздуха из окружающего пространства, необходимость применения дополнительных ретрансляторов, удаленных от измерительного блока, полностью исключается. Точность измерений изменений интегрального состава воздуха, функционирующей по предложенному способу, высока, и в общем случае она будет прямо пропорциональна числу циклов прохождений микроволновых колебания внутри волноводной структуры известной длины. Система, построенная и функционирующая по предложенному методу, представляет собой законченный функциональный блок, необходимость в пространственном разнесении элементов системы при этом отсутствует, и, в отличие от недолговечных термохимических, дорогостоящих оптических, каталитических и других газоанализаторов, невосприимчива к пыли и загрязнениям.

Способ контроля изменений интегрального соствава вещества // 2594344

Предлагаемый способ относится к области электрических измерений и может применяться для контроля изменений интегрального состава вещества в химической промышленности, добывающей промышленности, в системах контроля отработанных газов двигателей внутреннего сгорания, либо в аналогичных комплексных системах, где крайне важна задача мониторинга изменения интегрального состава вещества, находящегося в любом агрегатном состоянии. Контроль изменений интегрального состава вещества основан на измерении изменений набега фазы микроволнового сигнала при его многократном распространении через объем контролируемого вещества. Каждый проход электромагнитных колебаний через контролируемое вещество характеризуется искусственно введенным сдвигом частоты микроволновых колебаний на определенную величину. После гомодинного преобразования в микроволновом смесителе исходных микроволновых колебаний и трансформированных по частоте колебаний, прошедших через вещество, на выходе смесителя получают серию комбинационных низкочастотных составляющих разности, из которых выбирают одну, определяемую необходимой кратностью прохода микроволновых колебаний через вещество. Точность измерений изменений интегрального состава вещества высока, и в общем случае она будет прямо пропорциональна числу проходов микроволновых колебаний через контролируемое вещество известного линейного размера. Система, построенная и функционирующая по предложенному методу, позволяет производить измерения изменений интегрального состава вещества, находящегося в любом агрегатном состоянии, и в отличие от недолговечных термохимических, дорогостоящих оптических, каталитических и других анализаторов невосприимчива к пыли и загрязнениям, не характеризуется старением элементов системы.