Спосіб експрес-контролю якісних характеристик речовин у нвч діапазоні

Спосіб експрес-контролю якісних характеристик речовин у НВЧ діапазоні, що включає етапи градуювання та вимірювання частотної залежності електромагнітних характеристик на вході приймально-передавальної антени, яка випромінює електромагнітну енергію змінної частоти від генератора нормально до поверхні речовини і одночасно приймає електромагнітну енергію, що відбита від цієї речовини, який відрізняється тим, що, на першому етапі вимірювань послідовно визначають і запам'ятовують дискретний набір градуйованих частотних залежностей коефіцієнта стоячої хвилі за A 1 3 71301 4 плексною діелектричною проникністю речовини КСХН на першому етапі виконується в умовах, які такою залежністю: максимально наближені до умов вимірювання на другому етапі частотної залежності КСХН конкрет2 2 (1) G = 1- e' -ie' ' / 1+ e '-ie' ' . ної речовини з невідомою якістю. Кількість градуйованих частотних залежностей КСХН, яка визнаУ свою чергу діелектрична проникність ( e '-ie' ' ) чається на першому етапі і загальна кількість знаходиться в залежності від вологості речовини дискретних частот у діапазоні, який досліджується та інших його характеристик якості, що дозволяє повинні бути максимально можливими. авторам патенту приблизно визначати вологість На фіг.1 наведено структурну схему варіанту речовини. пристрою для реалізації запропонованого способу. До недоліків цього способу можна віднести На фіг.2 наведено графіки дискретного набору невисоку точність вимірювання за рахунок залежчастотних градуйованих експериментальних заленості похибки вимірювань від параметрів навкожностей КСХН, одержаних на пристрої фіг.1 для лишнього середовища (температури, вологості різної вологості W вугілля марки "Г", який здобуповітря, барометричного тиску, то що); від присуттий у Павлоградському районі Дніпропетровської ності в зоні вимірювань близько розташованих області. Подібні залежності мають місце і для інсторонніх предметів; від об'єму і товщини шару ших речовин різної якості. речовини, яка досліджується; від структури і щільПристрій (фіг.1) складається з НВЧ-генератора ності досліджуваної речовини. 1, вентиля 2, спрямованих відгалужувачів 3, 4, Ця залежність підвищує відносну похибку вивисокочастотних детекторів 5, 6, приймальномірювань до ±15% і більше. передавальної антени-датчика 7, речовини, яка В основу винаходу поставлена задача підвидосліджується 8, принтера 9, генератора розгортки щення точності вимірювань і зменшення залежно10, електронно-променевої трубки 11, вимірювача сті результатів вимірювання характеристик речовідношень 12, аналого-цифрового перетворювача вин від параметрів навколишнього середовища; 13, персонального комп'ютера 14, монітора 75. присутності в зоні вимірювань сторонніх предмеЯк можна бачити з фіг.1, високочастотна електів; об'єму, товщини шару і щільності речовини, тромагнітна потужність, яка виробляється НВЧяка досліджується. генератором 7, через вентиль 2 і спрямовані відЦя задача вирішуються тим, що у способі ексгалужувачі 3 і 4 поступає на вхід приймальнопрес-контролю, який включає етапи градуювання передавальної антени 7 і випромінюється цією та вимірювання частотної залежності електромагантеною у напрямку речовини 8, яка досліджуєтьнітних характеристик на вході приймальнося. Частина цієї потужності поглинається речовипередавальної антени-датчика, яка випромінює ною 8, яка досліджується, а частина, яка несе інелектромагнітну енергію змінної частоти від генеформацію про якісну характеристику цієї ратора нормально до поверхні речовини і одночаречовини, відбивається від неї і приймається ансно приймає електромагнітну енергію, що відбита теною 7. Таким чином, у НВЧ тракті проміж вентивід цієї речовини, новим є те, що на першому етапі лем 2 та входом антени 7 одночасно існують дві вимірювань послідовно визначають і запам'ятають хвилі: падаюча та відбита, які розповсюджуються у дискретний набір (масив) градуйованих частотних НВЧ тракті у взаємно протилежних напрямках. залежностей коефіцієнта стоячої хвилі за напруГенератор розгортки 10 керує частотою електрогою (КСХН) на вході приймально-передавальної магнітної енергії, яку виробляє НВЧ генератор 1 та антени в одному й тому ж НВЧ діапазоні для даної розгорткою виміряного КСХН на екрані електроречовини з різними якісними характеристиками, на нно-променевої трубки і забезпечує плавну зміну другому етапі визначають і запам'ятають частотну цієї частоти у межах, яка задана оператором призалежність КСХН у тому ж НВЧ діапазоні для рестрою (фіг.1). Мала частина потужності, яка відгачовини з невідомою якісною характеристикою, яка лужується приладами 3 і 4 поступає на високочасдосліджується, на третьому етапі визначають нетотні детектори 5 і 6 і після детектування відому якісну характеристику речовини, яка досліподається на вимірювач відношень 12, який на джується шляхом послідовного порівняння частотнизької продетектованої частоті обчислює КСХН ної залежності КСХН, яка одержана на другому на вході антени 7 і спрямовує результуючу інфоретапі з дискретним набором (масивом) градуйовамацію на електронно-променеву трубку 11 і одноних залежностей, які одержані на першому етапі і часно на аналого-цифровий перетворювач 12. знаходять мінімум цільової функції, яка являє соАналого-цифровий перетворювач 13 перетворює бою суму квадратів відносної різниці коефіцієнтів аналогову інформацію у цифрову і передає її до стоячої хвилі за напругою для речовини з невідоперсонального комп'ютера 14. мою якісною характеристикою і з відомими градуНа фіг.2 наведено експериментальні графіки ювальними якісними характеристиками для дисзалежностей КСХН від вологості вугілля, які одеркретних частот того ж НВЧ діапазону, причому жані за допомогою пристрою, структурна схема вказану сум у ділять на загальну кількість дискретякого наведена на фіг.1: залежність 1 відповідає них частот цього НВЧ діапазону. З метою підвищення точності вимірювань і вологості W =2,0%, залежність 2 - W =11,7%, зазменшення залежності результатів вимірювань лежність 3 - W =25,3% і залежність 4 - W =36,7%. характеристик речовин від параметрів навколишЯк випливає з графіків, спостерігається значна нього середовища; присутності в зоні вимірювань чутливість частотної залежності КСХН від вологоссторонніх предметів; об'єму, товщини шар у і щільті вугілля, що дозволяє використовувати ці частотності речовини, яка досліджується, визначення ні залежності для ідентифікації і визначення невінабору градуйованих частотни х залежностей ( ) ( ) 5 71301 6 домої якості (вологості) даної речовини, яка конті записаний у комп'ютері 14 на другому етапі заролюється. пропонованого способу. Визначення невідомої якісної характеристики Таким чином, комп'ютер 14 вирішує задачу речовини, у даному прикладі - вологості вугілля, пошуку мінімуму цільової функції (2) у всіх дискревиконується послідовним порівнянням цієї частоттних частотни х точках одного й того ж частотного ної залежності КСХН з дискретним набором градудіапазону. У загальному вигляді цю задачу форйованих відомих якісних характеристик, які запимулюємо так: сані заздалегідь у комп'ютері 14 (фіг.1) на minZ (W ) ; W Î (W1, W2 ) , (3) першому етапі визначення частотних залежностей де: W1 і W2 - мінімальна та максимальна воКСХН для низки речовин з відомими якісними халогість дискретного набору градуйованих частотрактеристиками. них залежностей КСХН речовин з відомою якісною Такими характеристиками можуть бути, крім характеристикою (вологістю), відповідно. вологості різних речовин, зольність вугілля, наявВідповідно до запропонованого способу, виміність білку або клейковини у зерні пшениці, тощо. рювання залежності КСХН на вході антени 7 у часПослідовне порівняння частотної залежності тотному діапазоні, тобто при виконанні частотного КСХН ( K 2 ) невідомої характеристики речовини з сканування, значно підвищує достовірність та роздискретним набором градуйованих характеристик, рахункову спроможність результатів вимірювання записаних у пам'яті комп'ютера 14 (фіг.1) на перневідомих якісних характеристик речовин, які дошому етапі для речовин з відомими характеристисліджуються. Визначена за формулами (2) і (3) ками ( K 2 ) виконується в автоматичному режимі на якісна характеристика речовини оперативно видакомп'ютері 14 відповідно з алгоритмом і програється на екран монітору 15 і при необхідності домою пошуку мінімуму цільової функції у вигляді: кументується на принтері 9. Позитивною якістю способу, який пропонуєть2 N 1 ся є також відсутність необхідності у р уйнуванні (2) Z(W ) = å K 2 f j - K1 f j , Wi / K 2 f j , N j =1 речовини, яка досліджується в процесі вимірювання та корегуванні її об'єму і форми. Тобто має місде N - загальна кількість дискретних частот у це недоторканість речовини, яка досліджується. діапазоні, який досліджується; Відстань антени 7 від речовини 8, яка досліджуK1 f j, Wi - КСХН речовини з відомою вологістю ється (фіг.1), вибирається з електродинамічних та конструктивних розумінь. Wi , які виміряні у частотному діапазоні і записані у Порівняльні характеристики запропонованого комп'ютері на першому етапі запропонованого способу з прототипом наведено у таблиці. способу; K 2 (fi ) - КСХН речовини з невідомою вологістю {[ ( ) ( ( )] ( )} ) W , який виміряний у тому ж частотному діапазоні Таблиця Відносна № п/п Найменування способу похибка вимірювань, % 1 Спосіб, що заявляється