RU2338179C1 - Uhf method for defining surface moisture of dielectric coatings on metal, and device for implementation of method - Google Patents
Uhf method for defining surface moisture of dielectric coatings on metal, and device for implementation of method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2338179C1 RU2338179C1 RU2006147026/28A RU2006147026A RU2338179C1 RU 2338179 C1 RU2338179 C1 RU 2338179C1 RU 2006147026/28 A RU2006147026/28 A RU 2006147026/28A RU 2006147026 A RU2006147026 A RU 2006147026A RU 2338179 C1 RU2338179 C1 RU 2338179C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dielectric constant
- minimum
- surface layer
- wavelength
- receiving
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к способам определения влажности диэлектрических покрытий на поверхности металла с учетом электрофизических и геометрических неоднородностей поверхности и может быть использовано при контроле состава и свойств твердых покрытий на металле при разработке и эксплуатации радиопоглощающих материалов и покрытий, а также в химической, лакокрасочной и других отраслях промышленности.The present invention relates to methods for determining the moisture content of dielectric coatings on a metal surface, taking into account electrophysical and geometric inhomogeneities of the surface, and can be used to control the composition and properties of hard coatings on metal in the development and operation of radar absorbing materials and coatings, as well as in chemical, paint and varnish and other industries industry.
Известен СВЧ-способ определения влажности твердых материалов /Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник/ Под. ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1995. - 488 с./, основанный на принципе измерения волновых характеристик отраженной электромагнитной волны при измерении влажности материала.Known microwave method for determining the moisture content of solid materials / Non-destructive testing and diagnostics: Reference / Under. ed. V.V. Klyueva. - M .: Mashinostroenie, 1995. - 488 pp. /, Based on the principle of measuring the wave characteristics of the reflected electromagnetic wave when measuring material moisture.
Способ и реализующее его устройство обладают такими недостатками, как отсутствие интегральной оценки влажности для материалов большой толщины, при измерениях влажности необходимо учитывать многократные отражения от задней поверхности образца, на результат измерений влияют состояние и характер отражающих поверхностей, большое паразитное излучение мощности СВЧ-сигнала, сложность реализации способа.The method and the device that implements it have such disadvantages as the lack of an integrated moisture estimate for materials of large thickness; when measuring humidity, it is necessary to take into account multiple reflections from the back surface of the sample, the state and nature of the reflecting surfaces, the large spurious radiation of the microwave signal power, and the complexity the implementation of the method.
Известен СВЧ-способ определения влажности твердых материалов по углу Брюстера /Берлинер М.А. Измерение влажности. - М.: Энергия, 1973/, заключающийся в нахождении угла падения, которому соответствует минимум отраженной горизонтально-поляризованной электромагнитной волны от плоской поверхности образца.Known microwave method for determining the moisture content of solid materials by the Brewster angle / Berliner MA Moisture measurement. - M .: Energy, 1973 /, which consists in finding the angle of incidence, which corresponds to the minimum reflected horizontal-polarized electromagnetic wave from the flat surface of the sample.
Недостатками способа и реализующего его устройства являются зависимость точности измерений от толщины исследуемого образца, от состояния и характера отражающих поверхностей, низкая точность измерений больших значений влажности, большое рассеивание СВЧ-энергии и низкая точность определения угла Брюстера, невозможность определения неоднородностей электрофизических и геометрических параметров.The disadvantages of the method and the device that implements it are the dependence of the measurement accuracy on the thickness of the test sample, on the state and nature of the reflecting surfaces, the low accuracy of measurements of large humidity values, the high dispersion of microwave energy and the low accuracy of determining the Brewster angle, the inability to determine inhomogeneities of electrophysical and geometric parameters.
Известен СВЧ-способ локализации неоднородностей в диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытиях на металле и оценки их относительной величины /Патент РФ №2256165, МПК7 G01R 29/08, G01N 15/08; Опубл. 10.07.05, Бюл. №19/, заключающийся в создании электромагнитного поля в объеме контролируемого диэлектрического покрытия на электропроводящей подложке и последующей регистрации изменения его параметров с помощью системы приемных вибраторов в нормальной плоскости относительно направления распространения электромагнитной волны в пределах границ сканируемого покрытия.Known microwave method for localizing inhomogeneities in dielectric and magnetodielectric coatings on metal and assessing their relative magnitude / RF Patent No. 2256165, IPC 7 G01R 29/08, G01N 15/08; Publ. 07/10/05, Bull. No. 19 /, which consists in creating an electromagnetic field in the volume of a controlled dielectric coating on an electrically conductive substrate and then recording changes in its parameters using a system of receiving vibrators in a normal plane relative to the direction of propagation of the electromagnetic wave within the boundaries of the scanned coating.
Недостатками способа являются возможность определения лишь свойств неоднородностей покрытия, малая чувствительность и низкая точность локализации и оценки геометрических и электрофизических параметров неоднородностей, невозможность определения влажности.The disadvantages of the method are the ability to determine only the properties of the inhomogeneities of the coating, low sensitivity and low accuracy of localization and evaluation of the geometric and electrophysical parameters of the inhomogeneities, the impossibility of determining moisture.
За прототип выбран неразрушающий СВЧ-способ контроля влажности твердых материалов и устройство для его реализации /Патент РФ №2269763, МПК7 G01N 9/36, 22/04; Опубл. 10.04.06, Бюл. №4/, заключающийся в нахождении угла падения электромагнитной волны, при котором наблюдают минимум мощности отраженной волны от поверхности исследуемого влажного материала, и расчете по известным формулам величины влажности поверхностного слоя Wn, по изменению температуры локального объема исследуемого влажного материала при поглощении им фиксированной дозы энергии падающей ЭМВ, определяют величину влажности W в объеме материала.For the prototype, a non-destructive microwave method for controlling the humidity of solid materials and a device for its implementation were selected / RF Patent No. 2269763, IPC 7 G01N 9/36, 22/04; Publ. 04/10/06, Bull. No. 4 /, which consists in finding the angle of incidence of the electromagnetic wave, at which the minimum power of the reflected wave from the surface of the studied wet material is observed, and the calculation of the moisture content of the surface layer W n according to known formulas, by changing the temperature of the local volume of the studied wet material when it absorbes a fixed dose energy of incident EMW, determine the value of humidity W in the volume of the material.
Недостатками способа являются: низкая точность измерений поверхностной влажности Wn из-за не учитываемых мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости материала, стохастической шероховатости и электрофизических неоднородностей покрытия (материала), не учитывается ширина диаграммы направленности (ДН) излучателя и площадь зоны, существенной для отражения, а также наличие СВЧ-нагрева и контакта с исследуемым материалом, низкая точность измерений больших значений влажности, зависимость точности измерений угла Брюстера от девиации частоты лампового СВЧ-генератора, сложность аппаратурной реализации способа.The disadvantages of the method are: low accuracy of measurements of surface humidity W n due to the imaginary part of the complex dielectric constant of the material, stochastic roughness and electrophysical inhomogeneities of the coating (material) not taken into account, the width of the radiation pattern (BH) of the emitter and the area of the area essential for reflection are not taken into account, as well as the presence of microwave heating and contact with the studied material, low accuracy of measurements of large humidity values, the dependence of the accuracy of measurements of the Brewster angle on nine tion tube frequency microwave generator hardware implementation complexity of the method.
Техническим результатом изобретения является увеличение чувствительности и повышение точности измерения влажности поверхностного слоя Wn диэлектрического покрытия за счет учета мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости поверхностного слоя, ширины ДН излучателя, электрофизических неоднородностей покрытия и шероховатости его поверхности.The technical result of the invention is to increase the sensitivity and improve the accuracy of measuring the moisture content of the surface layer W n of the dielectric coating by taking into account the imaginary part of the complex dielectric constant of the surface layer, the emitter bottom width, the electrophysical inhomogeneities of the coating and its surface roughness.
Данный результат достигается тем, что в СВЧ-способе определения поверхностной влажности диэлектрических покрытий на металле, заключающемся в помещении исследуемого материала в высокочастотное электромагнитное поле с последующей регистрацией изменения параметров, характеризующих высокочастотное излучение, по набору измеренных значений коэффициентов нормального затухания поля в каждой дискретной точке поверхности рассчитывают математическое ожидание, дисперсию и среднеквадратическое отклонение коэффициента нормального затухания поля, определяют среднее значение среднеквадратического отклонения коэффициента затухания поля по всем точкам поверхности сканирования σαcp и сравнивают с пороговыми отклонениями коэффициента нормального затухания поля Δαпор.i, где i∈[1,..., N] - количество предварительно заданных дискретных значений Δαпор:This result is achieved by the fact that in the microwave method for determining the surface humidity of dielectric coatings on metal, which consists in placing the test material in a high-frequency electromagnetic field with subsequent recording of changes in the parameters characterizing the high-frequency radiation, based on a set of measured values of the normal field attenuation coefficients at each discrete point on the surface calculate the mean, variance and standard deviation of the coefficient of normal attenuation I field, determine the average standard deviation value field attenuation coefficient at all points of scanning the surface σ αcp and compared with threshold ratio deviations of the normal field attenuation Δα por.i where i∈ [1, ..., N] - number of predefined discrete values Δα then :
Δαcpi=|σαср-Δαпор.i|;Δα cpi = | σ αavg -Δα por.i |;
определяют фрактальную размерность:determine the fractal dimension:
Дf=tgα,D f = tgα,
где α - угол наклона зависимости Δαcpi=f(Δαпор.i)where α is the slope of the dependence Δα cpi = f (Δα por.i )
и коэффициент "незеркальности" поверхности:and the coefficient of non-mirroring of the surface:
КНЗ=3-Дf;K NC = 3-D f ;
устанавливают комбинированную приемно-излучающую антенну в центре площади сканирования и перестраивают генератор СВЧ на длину волны λг=0,45 см, по минимуму отраженной мощности Pотр мин и длине волны генератора СВЧ λг мин, соответствующей данному минимуму, рассчитывают действительную и мнимую части комплексной диэлектрической проницаемости поверхностного слоя из уравнений:install the combined receiving-emitting antenna in the center of the scanning area and rebuild the microwave generator at a wavelength of λ g = 0.45 cm, the minimum reflected power P ex min and the wavelength of the microwave generator λ g min corresponding to this minimum, calculate the actual and imaginary parts of the complex dielectric constant of the surface layer from the equations:
где С - коэффициент пропорциональности;where C is the coefficient of proportionality;
определяют среднее значение влажности поверхностного слоя Wn, решая систему уравнений:determine the average humidity of the surface layer W n by solving the system of equations:
где - дисперсионно-температурная зависимость действительной части диэлектрической проницаемости свободной воды:Where - the dispersion-temperature dependence of the real part of the dielectric constant of free water:
- дисперсионно-температурная зависимость мнимой части диэлектрической проницаемости свободной воды: - dispersion-temperature dependence of the imaginary part of the dielectric constant of free water:
εв - диэлектрическая проницаемость "сухого" материала:ε in - dielectric constant of the "dry" material:
где ε0 - диэлектрическая проницаемость обезвоженного строительного материала, εсв - диэлектрическая проницаемость связанной воды (4,5-5,8) инвариантна изменению длины волны генератора λг и температуры t°C, t - температура материала или окружающей материал среды, °С, Wсв.в=0.05 - постоянная величина объемной влажности связанной воды. 0 where ε - dielectric constant of dehydrated building material, ε communication - the permittivity of bound water (4,5-5,8) is invariant under change in wavelength λ of the generator g and the temperature t ° C, t - temperature of the material or environment material, ° C , W St. in = 0.05 - a constant volumetric moisture content of bound water.
Устройство, реализующее данный способ, содержит полупроводниковый генератор СВЧ с устройством управления, диодный переключатель, управляемый микропроцессорным устройством (МПУ), к первому выходу диодного переключателя, через Y - циркулятор с согласованной нагрузкой, подключена рупорная приемно-излучающая часть комбинированной антенны с поглотителем затекающего тока и углом раскрыва, обеспечивающим удовлетворительное согласование со свободным пространством, ко второму выходу диодного переключателя, через второй Y - циркулятор с согласованной нагрузкой, подключена вторая часть антенны в виде спиральной волноводно-щелевой антенны с поглощающей (согласованной) нагрузкой, блока приемных вибраторов с блоком переключения и подмагничивания, управляемым МПУ, приемного зонда измерения мощности отраженной волны и устройства для измерения температуры окружающей среды, блока АПЧ по поиску минимума мощности отраженной волны, сопряженного с МПУ и устройством управления генератора СВЧ.A device that implements this method includes a microwave semiconductor generator with a control device, a diode switch controlled by a microprocessor device (MPU), to the first output of the diode switch, through Y - circulator with matched load, the horn receiving-emitting part of the combined antenna with a feed current absorber is connected and an aperture angle providing satisfactory coordination with free space to the second output of the diode switch, through the second Y - a circulator with combined load, the second part of the antenna is connected in the form of a spiral waveguide-slot antenna with absorbing (matched) load, a receiving vibrator unit with a switching and magnetizing unit controlled by MPU, a receiving probe for measuring the power of the reflected wave and a device for measuring the ambient temperature, the AFC unit the search for the minimum power of the reflected wave associated with the MPU and the control device of the microwave generator.
Реализация способа поясняется с помощью устройства, изображенного на чертеже, содержащего диодный генератор СВЧ - 1, блок управления ГСВЧ - 2; МПУ - 3, блок АПЧ по поиску минимума мощности отраженной волны - 4, блок переключения и подмагничивания 5 линейки приемных вибраторов блока приемных вибраторов 6, комбинированную приемно-излучающую антенну - 7, два Y - циркулятора 8 и 9, диодный переключатель - 10, приемный зонд для измерения мощности отраженной волны Рomp - 11, устройство для измерения температуры окружающей среды (например, термопара, терморезистор, термометр) - 12.The implementation of the method is illustrated using the device depicted in the drawing, containing a microwave diode generator - 1, a control unit; MPU - 3, AFC unit for finding the minimum power of the reflected wave - 4, switching and magnetizing unit 5 of the receiving vibrator line of the receiving vibrator unit 6, combined receiving and emitting antenna - 7, two Y - circulators 8 and 9, diode switch - 10, receiving a probe for measuring the power of the reflected wave P omp - 11, a device for measuring the ambient temperature (for example, a thermocouple, thermistor, thermometer) - 12.
Комбинированная приемно-излучающая антенна 7 состоит из круговой синфазной приемно-передающей рупорной антенны 13 с углом раскрыва, обеспечивающим удовлетворительное согласование со свободным пространством, поглотителя затекающего тока 14, спиральной волноводно-щелевой антенны 15 с поглощающей (согласованной) нагрузкой 16.The combined receiving and emitting antenna 7 consists of a circular in-phase receiving and transmitting horn antenna 13 with an aperture angle that provides satisfactory coordination with free space, the feed current absorber 14, the spiral waveguide-slot antenna 15 with the absorbing (matched) load 16.
Устройство работает в двух режимах, первый режим - режим определения, оценки электрофизических и геометрических (топологических) неоднородностей диэлектрического покрытия и определения коэффициента "незеркальности" Кнз поверхности. Второй режим работы - определение влажности материала на металлической поверхности с учетом фрактальной неоднородности.The device operates in two modes, the first mode is the mode of determining, evaluating the electrophysical and geometric (topological) inhomogeneities of the dielectric coating and determining the coefficient of non- mirroring of the surface. The second mode of operation is the determination of material moisture on a metal surface, taking into account fractal heterogeneity.
Переводят устройство в первый режим работы. С помощью круговой синфазной приемно-передающей рупорной антенны 13, питаемой УСВЧ через диодный переключатель 10 и волноводный Y - циркулятор 9, возбуждают медленную поверхностную Е - волну с длиной волны λг=2÷3 см вдоль магнитодиэлектрического покрытия 17 с неизвестными электрофизическими параметрами и толщиной покрытия b. С помощью приемных вибраторов блока 6, управляемых МПУ 3 через блок переключения и подмагничивания 5, производят сканирование поверхности покрытия в заданных границах ΔS и определяют в каждой точке измерений совокупность значений коэффициента нормального затухания поля αj, где j∈[1,..., n-1] - количество измерений по нормали к поверхности (по оси Y) /Патент РФ №2256165, МПК7 G01R 29/08, G01N 15/08; Опубл. 10.07.05, Бюл. №19/. В МПУ 3 запоминаются координаты точек сканирования и соответствующие им значения αj в каждой точке.Transfer the device to the first mode of operation. Using a circular in-phase receiving and transmitting horn antenna 13, fed by the UHF through a diode switch 10 and a waveguide Y-circulator 9, a slow surface E-wave with a wavelength of λ g = 2 ÷ 3 cm is excited along the magnetodielectric coating 17 with unknown electrophysical parameters and thickness coatings b. Using the receiving vibrators of block 6, controlled by the MPU 3 through the switching and magnetizing unit 5, the surface of the coating is scanned at the given boundaries ΔS and the set of values of the normal field attenuation coefficient α j is determined at each measurement point, where j∈ [1, ..., n-1] is the number of measurements along the normal to the surface (along the Y axis) / RF Patent No. 2256165, IPC 7 G01R 29/08, G01N 15/08; Publ. 07/10/05, Bull. No. 19 /. In MPU 3, the coordinates of the scanning points and the corresponding values of α j at each point are stored.
По полученным значениям αj в каждой дискретной точке поверхности определяют математическое ожидание :The obtained values of α j at each discrete point on the surface determine the mathematical expectation :
и дисперсию коэффициента затухания как функцию геометрических и электрофизических параметров неоднородностей:and attenuation coefficient dispersion as a function of geometric and electrophysical parameters of inhomogeneities:
Вычисляют среднеквадратическое отклонение коэффициента затухания поля и определяется его среднее значение по всей площади сканирования. Сравнивают получившееся значение σαср с пороговыми значениями отклонения коэффициента затухания поля Δαпор.i, где i∈[1,..., N] - количество предварительно заданных дискретных значений Δαпор:The standard deviation of the field attenuation coefficient is calculated and its average value over the entire scanning area is determined. Compare the resulting value of σ αav with threshold values of the deviation of the field attenuation coefficient Δα por.i , where i∈ [1, ..., N] is the number of predefined discrete values of Δα pore :
Δαcpi=|σαcp-Δαпор.i|.Δα cpi = | σ αcp -Δα por.i |.
Методом наименьших квадратов определяют зависимость Δαcpi=f(Δαпор.i) в виде линейной функции y=k·x+b, тангенс угла наклона которой есть фрактальная размерность:Is determined by least squares dependence Δα cpi = f (Δα por.i) as a linear function y = k · x + b, wherein a tangent angle of inclination is the fractal dimension:
Дf=tgα.D f = tgα.
Далее определяют коэффициент "незеркальности" сканируемой поверхности:Next, determine the coefficient of non-mirroring of the scanned surface:
Кнз=3-Дf.K ns = 3-D f .
Переводят измерительное устройство во второй режим работы. Устанавливают комбинированную приемно-излучающую антенну в центре площади сканирования. Перестраивают генератор СВЧ 1 на длину волны λг=0,45 см. Электромагнитная волна через управляемый МПУ 3 диодный переключатель 10 и второй волноводный Y - циркулятор 8 поступает на спиральную переменнофазную многощелевую антенну 15, угол наклона максимума ДН θгл которой зависит от величины длины волны λг возбуждающих СВЧ-колебаний.Transfer the measuring device to the second mode of operation. Install the combined receiving-emitting antenna in the center of the scanning area. The microwave generator 1 is tuned to a wavelength of λ g = 0.45 cm. The electromagnetic wave through a MPU 3 diode switch 10 and the second waveguide Y-circulator 8 is fed to a spiral alternating-phase multi-slot antenna 15, the angle of inclination of the maximum of the beam θ gl of which depends on the length waves λ g of exciting microwave oscillations.
Изменяя с помощью блока управления ГСВЧ 2, сопряженного с МПУ 3, и блока АПЧ 4 длину волны λг диодного генератора СВЧ, изменяют угол наклона ДН излучающей антенны /Антенны и устройства СВЧ. Расчет и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов. Под ред. Д.И.Воскресенского. - М.: Сов. Радио, 1972/ и добиваются минимума мощности отраженной волны в приемной части 13 комплексной антенны 7. Угол наклона максимума ДН θТ(λг) излучающей антенны, при котором наблюдается эффект максимального поглощения падающей электромагнитной волны, будет равен углу Брюстера θБр.Changing the wavelength λ g of the microwave diode generator using the control unit of the UHF 2 associated with the MPU 3 and the AFC unit 4, the angle of inclination of the radiation emitting antenna / antenna and the microwave device is changed. Calculation and design of antenna arrays and their radiating elements. Ed. D.I. Voskresensky. - M .: Owls. Radio, 1972 / and achieve the minimum power of the reflected wave in the receiving part 13 of the complex antenna 7. The angle of inclination of the maximum of the beam θ T (λ g ) of the emitting antenna, at which the effect of maximum absorption of the incident electromagnetic wave is observed, will be equal to the Brewster angle θ Br .
Минимум мощности отраженной волны Pomp мин пропорционален минимуму критерия Qмин напряженности поля отраженной волны, в угловом спектре ДН, то есть в зоне существенной при отражении по максимуму ДН. Выражение для критерия Qмин для 2≤ε'≤10, 0≤ε''≤1 имеет вид:The minimum power of the reflected wave P omp min is proportional to the minimum of the Q min criterion for the field strength of the reflected wave in the angular spectrum of the radiation path, that is, in the zone essential when reflecting along the maximum of the radiation path. The expression for the criterion Q min for 2≤ε'≤10, 0≤ε''≤1 has the form:
где С - коэффициент пропорциональности, А=R(Δθ, ε', ε'') - коэффициент отражения:where C is the coefficient of proportionality, A = R (Δθ, ε ', ε' ') is the reflection coefficient:
B=F(λг, Δθ) - вид ДН щелевого излучателя:B = F (λ g , Δθ) is the type of bottom hole emitter:
θT(λг) - текущий угол наклона ДН, определяется выражениемθ T (λ g ) is the current angle of inclination of the beam, is determined by the expression
Δθ - переменная интегрирования по ширине ДН, изменяется в пределах Δθ - integration variable across the width of the beam, varies within
θT(λг мин)-Δθ0.5(λг мин)≤Δθ≤θт(λг мин)+Δθ0.5(λг мин),θ T (λ g min ) -Δθ 0.5 (λ g min ) ≤Δθ≤θ t (λ g min ) + Δθ 0.5 (λ g min ),
θ0 - начальный угол наклона ДН численно он равен 50,82,θ 0 is the initial angle of inclination of the beam numerically it is 50.82,
и - действительная и мнимая части комплексной диэлектрической проницаемости поверхностного слоя, and - the real and imaginary parts of the complex dielectric constant of the surface layer,
Δθ0.5(λг) - ширина диаграммы направленности:Δθ 0.5 (λ g ) - beam width:
где Where
а=0,00355 [м] - размер широкой стенки волновода, d=0,003 [м] - длина излучающей щели, N=7 - количество щелей в антенне, λг=0,0045...0,0065 [м] - диапазон перестройки длины волны генератора, λгн=0,0045 [м] - начальная длина волны генератора.a = 0.00355 [m] is the size of the wide wall of the waveguide, d = 0.003 [m] is the length of the radiating slit, N = 7 is the number of slots in the antenna, λ g = 0.0045 ... 0.0065 [m] - tuning range of the wavelength of the generator, λ gn = 0.0045 [m] is the initial wavelength of the generator.
Аппроксимированное выражение минимума критерия отраженной мощности будет иметь вид:The approximated expression of the minimum criterion of reflected power will have the form:
Аппроксимированная зависимость λг мин от и имеет вид:The approximated dependence of λ g min on and has the form:
Математическое моделирование зависимости λг мин показывает инвариантность λг мин от вариации и для приблизительных расчетов можно использовать формулу:Mathematical modeling of the dependence of λ g min shows the invariance of λ g min from variation and for approximate calculations, you can use the formula:
Значение влажности поверхностного слоя определяют через мнимые части диэлектрических проницаемостей поверхностного слоя и свободной воды:The moisture value of the surface layer is determined through the imaginary parts of the dielectric constant of the surface layer and free water:
где - дисперсионно-температурная зависимость мнимой части диэлектрической проницаемости свободной воды:Where - dispersion-temperature dependence of the imaginary part of the dielectric constant of free water:
Кроме того, влажность поверхностного слоя можно определить также и через действительные части диэлектрических проницаемостей поверхностного слоя и свободной воды /Микроволновая термовлагометрия. / П.А.Федюнин, Д.А.Дмитриев, А.А.Воробьев, В.Н.Чернышев. - М.: Машиностроение - 1, 2004. - с.230/:In addition, the moisture of the surface layer can also be determined through the real parts of the dielectric permittivities of the surface layer and free water / microwave thermal moisture measurement. / P.A. Fedyunin, D.A. Dmitriev, A.A. Vorobyov, V.N. Chernyshev. - M.: Mechanical Engineering - 1, 2004. - p.230 /:
где - дисперсионно-температурная зависимость действительной части диэлектрической проницаемости свободной воды:Where - the dispersion-temperature dependence of the real part of the dielectric constant of free water:
εв - диэлектрическая проницаемость "сухого" (со связанной влагой) материала, определяемая по обобщенной формуле Рейнольдса и Хью:ε in - the dielectric constant of the "dry" (with bound moisture) material, determined by the generalized Reynolds and Hugh formula:
где ε0 - диэлектрическая проницаемость обезвоженного строительного материала, εсв - диэлектрическая проницаемость связанной воды (4,5-5,8) инвариантна изменению длины волны генератора λг и температуры t°C, t - температура материала или окружающей материал среды, °С, Wсв.в=0.05 - постоянная величина объемной влажности связанной воды. 0 where ε - dielectric constant of dehydrated building material, ε communication - the permittivity of bound water (4,5-5,8) is invariant under change in wavelength λ of the generator g and the temperature t ° C, t - temperature of the material or environment material, ° C , W St. in = 0.05 - a constant volumetric moisture content of bound water.
Рассчитывают действительную и мнимую части комплексной диэлектрической проницаемости поверхностного слоя из уравнений (1) и (2) и, решая (3) и (4), определяют среднее значение влажности поверхностного слоя Wn:Calculate Valid and imaginary parts of the complex dielectric constant of the surface layer from equations (1) and (2) and, solving (3) and (4), determine the average humidity of the surface layer W n :
Техническо-экономический эффект изобретения заключается в увеличении чувствительности и повышении точности измерения влажности поверхностного слоя Wn диэлектрического покрытия за счет учета мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости поверхностного слоя, ширины ДН излучателя, электрофизических неоднородностей покрытия и шероховатости его поверхности.The technical and economic effect of the invention is to increase the sensitivity and improve the accuracy of measuring the moisture content of the surface layer W n of the dielectric coating by taking into account the imaginary part of the complex dielectric constant of the surface layer, the emitter bottom width, the electrophysical inhomogeneities of the coating, and its surface roughness.
Как следствие, уменьшается погрешность измерения поверхностной влажности не хуже, чем в 2,5 раза на основании экспериментальных исследований на образцах с известной влажностью (с 10% у прототипа до 4% в предлагаемом способе).As a result, the error in measuring surface humidity decreases no less than 2.5 times on the basis of experimental studies on samples with known humidity (from 10% in the prototype to 4% in the proposed method).
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006147026/28A RU2338179C1 (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Uhf method for defining surface moisture of dielectric coatings on metal, and device for implementation of method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006147026/28A RU2338179C1 (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Uhf method for defining surface moisture of dielectric coatings on metal, and device for implementation of method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006147026A RU2006147026A (en) | 2008-07-10 |
RU2338179C1 true RU2338179C1 (en) | 2008-11-10 |
Family
ID=40230409
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006147026/28A RU2338179C1 (en) | 2006-12-27 | 2006-12-27 | Uhf method for defining surface moisture of dielectric coatings on metal, and device for implementation of method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2338179C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2721156C1 (en) * | 2019-08-16 | 2020-05-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining electrophysical parameters of metamaterials |
-
2006
- 2006-12-27 RU RU2006147026/28A patent/RU2338179C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2721156C1 (en) * | 2019-08-16 | 2020-05-18 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining electrophysical parameters of metamaterials |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006147026A (en) | 2008-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Umari et al. | A free-space bistatic calibration technique for the measurement of parallel and perpendicular reflection coefficients of planar samples | |
KR20040020909A (en) | Apparatus and method for microwave determination of at least one physical parameter of a substance | |
Jonard et al. | Accounting for soil surface roughness in the inversion of ultrawideband off-ground GPR signal for soil moisture retrieval | |
US20040240512A1 (en) | Permittivity based temperature measurement and related methods | |
Varadan et al. | In situ microwave characterization of nonplanar dielectric objects | |
Li et al. | Compact dielectric constant characterization of low-loss thin dielectric slabs with microwave reflection measurement | |
Sagnard et al. | In situ measurements of the complex permittivity of materials using reflection ellipsometry in the microwave band: theory (Part I) | |
Haddadi et al. | Contactless microwave technique based on a spread-loss model for dielectric materials characterization | |
RU2338179C1 (en) | Uhf method for defining surface moisture of dielectric coatings on metal, and device for implementation of method | |
US10203202B2 (en) | Non-contact determination of coating thickness | |
Fedorov et al. | Comparison of the Measurement Accuracy of Material Sample Specular Reflection Coefficient for Two Types of Measuring Facilities | |
Sklarczyk | Microwave, millimeter wave and terahertz (MMT) techniques for materials characterization | |
RU2594338C1 (en) | Method of determining percentage content of water in dielectric-water mixture at changing water content in mixture in a wide range | |
RU2256165C2 (en) | Microwave method for confining heterogeneities and metal ferrite coatings, and for evaluating their relative amount | |
RU2330268C2 (en) | Uhf-method of controlling humidity of solid materials | |
Killough et al. | Measuring the Moisture Content of Wood Sheathing with Continuous Wave Radars | |
Sagnard et al. | Reflection and transmission ellipsometry data analysis for measuring the complex permittivity of a single‐layer material at microwave frequencies | |
RU2790085C1 (en) | Method for remote measurement of complex dielectric permittivacy of plane layered dielectrics of natural origin | |
JP6989911B2 (en) | Spectroscopic elements, measuring methods, and measuring devices | |
Kuznetsov et al. | Practical aspects of active phased arrays characterization during thermal testing | |
Zhang et al. | Design of reflectance measurement system for P-band portable absorbing materials | |
RU2721472C1 (en) | Method of determining dielectric permeability of anisotropic dielectrics | |
RU2249178C2 (en) | Super-high frequency method of measurement of dielectric permeability and thickness of dielectric plates | |
Bermond et al. | A Microwave Frequency Range Experiment for the Measurement of Snow Density and Liquid Water Content | |
Völgyi | Specifying the freshness of eggs using microwave sensors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081228 |