Спосіб визначення діелектричної проникності діелектричного об’єкта

Реферат: Винахід належить до галузі електротехніки, зокрема до дистанційного вимірювання діелектричної проникності діелектриків. При визначенні діелектричної проникності діелектричного об'єкта на фоні відбивача, проводять опромінення діелектричного об'єкта когерентним НВЧ-випромінюванням на N-частотах з одержанням тривимірного НВЧзображення діелектричного об'єкта та відбивача і за допомогою двох або більше відеокамер, синхронізованих із джерелом НВЧ-випромінювання, перетворюють отримане відеозображення у цифровий вигляд і будують тривимірне відеозображення зазначеної області, визначають відстань між джерелом НВЧ-випромінювання та відбивачем, вільним від діелектричного об'єкта, і відстань між джерелом НВЧ-випромінювання та ділянкою НВЧ-зображення відбивача у зоні діелектричного об'єкта, відстань між джерелом НВЧ-випромінювання та відеозображенням діелектричного об'єкта, після чого визначають діелектричну проникність діелектричного об'єкта. За допомогою заявленого способу забезпечується можливість дистанційного визначення діелектричної проникності діелектричного об'єкта неправильної форми, що рухається. UA 102197 C2 (12) UA 102197 C2 UA 102197 C2 5 10 15 20 25 Галузь техніки Винахід належить до галузі електротехніки, зокрема, до дистанційного вимірювання діелектричної проникності діелектриків. Попередній рівень техніки Відомий спосіб визначення діелектричної проникності матеріалу, який полягає в опроміненні випробуваного зразка електромагнітною хвилею двоплечим випромінювачем, зміні різниці фаз сигналів у плечах випромінювача та вимірюванні амплітуди прохідної хвилі під кутом і визначенні діелектричної проникності; одночасно зі зміною різниці фаз у плечах випромінювача знімають залежність амплітуди прохідної хвилі від довжини плеча, а діелектричну проникність 35 40 2 0 d  d d  хвилі, а кут  вибирається зі співвідношення  k  1  k Sin    k  1, де dk - граничний      0  b   b  розмір плеча випромінювача, SU 1800333 А1. Недоліком способу є необхідність контакту випромінювача з об'єктом визначення діелектричної проникності. Крім того, цей об'єкт повинен мати плоску грань для забезпечення контакту з випромінювачем. Зазначені обставини не дозволяють використовувати даний спосіб для дистанційного визначення діелектричної проникності об'єктів. Відомий спосіб визначення діелектричної проникності діелектричного об'єкта шляхом опромінення діелектричного об'єкта когерентним НВЧ-випромінюванням на N частотах; опромінення виробляється на фоні відбивачів, якими є границі шарів об'єкта, або границя діелектричного об'єкта та повітря, або фізичне тіло, на якому розміщений досліджуваний діелектричний об'єкт. Роблять реєстрацію сигналу, відбитого від діелектричного об'єкта та відбивача, здійснюють перетворення прийнятих сигналів у часову область, виділяють пікові часові складові у часовому спектрі, вимірюють часи виділених пікових часових складових і визначають діелектричні проникності та товщини шарів; зондування і прийом здійснюють у секторі кутів, а діелектричні проникності та товщини шарів визначають за формулами: i  30 2 1 1   , де 0 - довжина хвилі у вільному просторі; b   2 Sin Q    b    довжина хвилі у двоплечому випромінювачі;  - період проходження нулів амплітуди прохідної визначають за формулою     p 1p  2 i1 1 Sin (і) 1  с   t i   пад c p 1 1   /   Sin 2 (і)  1 p пад1     d i1  1Sin (і) 1 пад 2     1p   (і)  2 p 1  р  1Sin 2пад1        ; 1 2 (і)   c  1  Sin пад1 p1  1p i1 i   2 1i   t i   ,  c p1 1   /   Sin 2 (і)  2 і  1 p пад1   де і - номер шарів; і, р - діелектрична проникність і- і р-го шарів; 1 - діелектрична проникність середовища, з якого здійснюється зондування і прийом сигналів; 1і - товщина і-го h  h2 шару; 1  1 , де h1 і h2 - висоти від границі розділу першого та другого шарів до місць, 2 звідки відбувається зондування та місця прийому сигналів відповідно; (і) 1 - кут прийому пад сигналу, відбитого від границі розділу і- і і+1-го шарів зі швидкістю світла; tі - частота і-ої пікової складової часового спектра, що відповідає відбиттю сигналу від границі розділу і- і і+1-го шарів; d - проекція на зондувальну поверхню відстані між місцем, звідки відбувається зондування, і місцем прийому сигналів, RU 2039352. Недоліком даного способу, прийнятого як прототип даного винаходу, є необхідність паралельності шарів діелектричного об'єкта, а якщо він складається з моношару, то необхідна паралельність його граней. У зв'язку з цим спосіб може бути реалізований тільки відносно спеціально виготовлених об'єктів. Крім того, для реалізації способу необхідне дотримання певних кутів падіння та відбиття НВЧ-випромінювання щодо діелектричного об'єкта. Зазначене вище не дозволяє практично використовувати спосіб для визначення діелектричної проникності об'єкта, що рухається, та схованого об'єкта з непаралельними 1 UA 102197 C2 5 10 15 20 шарами або гранями, зокрема, для схованого визначення наявності діелектричних вибухових речовин, захованих на тілі людини. Як відомо, діелектрична проникність переважної більшості цих речовин перебуває у межах 2,9-3,1. Розкриття винаходу Завданням даного винаходу є забезпечення можливості дистанційного визначення діелектричної проникності діелектричного об'єкта неправильної форми, що рухається. Відповідно до винаходу у способі визначення діелектричної проникності діелектричного об'єкта на фоні відбивача, шляхом опромінення діелектричного об'єкта когерентним НВЧвипромінюванням на N-частотах, реєстрація сигналу, відбитого від діелектричного об'єкта та відбивача, здійснюють когерентну обробку зареєстрованого сигналу з одержанням тривимірного НВЧ-зображення діелектричного об'єкта та відбивача, додатково одержують відеозображення області, в якій перебуває діелектричний об'єкт і відбивач за допомогою двох або більше відеокамер, синхронізованих із джерелом НВЧ-випромінювання, перетворюють отримане відеозображення у цифровий вигляд і будують тривимірне відеозображення зазначеної області, переводять тривимірне відеозображення та НВЧ-зображення у загальну систему координат, визначають за НВЧ-зображенням у загальній системі координат відстань Ζ1 між джерелом НВЧвипромінювання та ділянкою НВЧ-зображення відбивача, вільною від діелектричного об'єкта і відстань Z2 між джерелом НВЧ-випромінювання та ділянкою НВЧ-зображення відбивача у зоні діелектричного об'єкта, за відеозображенням визначають у загальній системі координат відстань Z3 між джерелом НВЧ-випромінювання і відеозображенням діелектричного об'єкта, при цьому визначають діелектричну проникність  діелектричного об'єкта зі співвідношення: 2 25 30 35 40 45 50 55  Z  Z3    2  Z Z  . 3   1 Заявником не виявлені які-небудь технічні рішення, ідентичні заявленому. Реалізація відмітних ознак винаходу обумовлює важливі нові властивості об'єкта, а саме, забезпечення можливості дистанційного визначення діелектричної проникності діелектричного об'єкта неправильної форми, що рухається. Короткий опис креслень Надалі винахід пояснюється докладним описом прикладу його здійснення без посилань на креслення. Кращий варіант здійснення винаходу Для здійснення способу визначення діелектричної проникності діелектричного об'єкта на фоні відбивача як відбивач було узято манекен, що імітує тіло людини, з прикріпленим до нього діелектричним об'єктом - бджолиним воском, діелектричну проникність якого було потрібно визначити. Манекен із прикріпленим до нього діелектричним об'єктом опромінювався когерентним НВЧ-випромінюванням на 14 еквідистантних частотах у діапазоні частот від 8 до 12 ГГц. Опромінення відбувалося за допомогою комутованої плоскою антеною решітки з гексагональним компонуванням випромінюючих елементів і складається з 256 елементарних випромінювачів. Відбитий сигнал у вигляді двох квадратурних компонентів у двох паралельних прийомних каналах реєструвався 12-розрядними аналогово-цифровими перетворювачами. З виходу прийомних каналів дані, що відповідають електричному компоненту зареєстрованого розсіяного електромагнітного поля, надходили у комп'ютер, де методом фокусування (когерентної обробки) формувалося НВЧ-зображення, що відповідає тільки одній тривимірній поверхні, сформованій з точок, які відповідають максимальним значенням інтенсивності відновленої конфігурації розсіювачів діелектричного об'єкта та відбивача. Синхронно з опроміненням НВЧ-випромінюванням одержували відеозображення діелектричного об'єкта та відбивача за допомогою двох цифрових просторово рознесених відеокамер SDU-415 і будували тривимірне відеозображення області, що включає діелектричний об'єкт і відбивач. Потім перетворювали НВЧ-зображення і тривимірне відеозображення у загальну систему координат у цьому випадку, загальна система координат задана площиною антенної решітки та перпендикуляром до неї, проведеним через її центр. Потім аналізували два зображення - НВЧзображення і тривимірне відеозображення - у загальній системі координат. Визначали значення Ζ1 - відстані між джерелом НВЧ-випромінювання та ділянкою НВЧ-зображення відбивача, вільною від діелектричного об'єкта і відстань Z2 між джерелом НВЧ-випромінювання та ділянкою НВЧ-зображення відбивача у зоні діелектричного об'єкта, за відеозображенням визначали відстань Z3 між джерелом НВЧ-випромінювання та відеозображенням діелектричного об'єкта, при цьому діелектричну проникність діелектричного об'єкта на фоні відбивача визначали зі співвідношення: 2 UA 102197 C2 2 5 10  Z  Z3    2  Z Z  . 3   1 У конкретному прикладі: Z1 = 122 см, Ζ2 = 128 см, Ζ3 = 112 см,  = 2.56. Виходячи зі значення  для досліджуваного об'єкта, можна зробити висновок, що цей об'єкт не відноситься до розповсюджених і використовуваних у цей час вибухових речовин, таких як тротил, гексаген, тетрил, пластид. Можливе використання способу для інших потреб, а саме для визначення фізичних характеристик діелектриків, які використовуються в електротехнічній промисловості Промислова придатність Для реалізації винаходу використовують відомі матеріали та устаткування. . ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 Спосіб визначення діелектричної проникності діелектричного об'єкта на фоні відбивача, шляхом опромінення діелектричного об'єкта когерентним НВЧ-випромінюванням на N-частотах, реєстрація сигналу, відбитого від діелектричного об'єкта та відбивача, який відрізняється тим, що здійснюють когерентну обробку зареєстрованого сигналу з одержанням тривимірного НВЧзображення діелектричного об'єкта та відбивача, додатково одержують відеозображення області, в якій перебуває діелектричний об'єкт і відбивач за допомогою двох або більше відеокамер, синхронізованих із джерелом НВЧ-випромінювання, перетворюють отримане відеозображення у цифровий вигляд і будують тривимірне відеозображення зазначеної області, переводять тривимірне відеозображення та НВЧ-зображення у загальну систему координат, визначають за НВЧ-зображенням у загальній системі координат відстань Z1 між джерелом НВЧ-випромінювання та ділянкою НВЧ-зображення відбивача, вільною від діелектричного об'єкта та відстань Z 2 між джерелом НВЧ-випромінювання та ділянкою НВЧ-зображення відбивача у зоні діелектричного об'єкта, за відеозображенням визначають у загальній системі координат відстань Z 3 між джерелом НВЧ-випромінювання та відеозображенням діелектричного об'єкта, при цьому визначають діелектричну проникність  діелектричного об'єкта зі співвідношення: 2  Z  Z3    2  Z Z  . 3   1 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3