автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Радиоволновые и инфракрасные датчики параметров технологических процессов

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ ИМ. В.А.ТРАПЕЗНИКОВА

На правах рукописи Ахобадзе Гурам Николаевич

У

с <¿1 УДК 681.121.082.5

РАДИОВОЛНОВЫЕ И ИНФРАКРАСНЫЕ ДАТЧИКИ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Специальность 05.J3.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации

на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА-2006

Работа выполнена в Институте проблем управления им. В. А Трапезникова РАН

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, проф. Е. А.Зак

доктор физико-математических наук, проф. Ю.И.Сазонов

доктор технических наук, проф. Р.Р.Бабаян

Ведущая организация: НИИТеплоприбор (г. Москва)

if)

Защита диссертации состоится " ' " " 2006 г.

в_ /ш часов на заседании Диссертационного совета Д 002.226.03

Института проблем управления им. В.А.Трапезникова РАН по адресу: 117977, г. Москва, Профсоюзная ул., 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем управления им. В.А.Трапезникова РАН.

Автореферат разослан" " " 2006

г.

Ученый секретарь Диссертационного совета,

доктор технических наук

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Создание технических средств измерения для автоматизации и совершенствования многих технологических процессов связано с разработкой всевозможных датчиков физических величин. Именно от датчиков, обладающих широкими эксплуатационными и метрологическими характеристиками, зависит успешность и надежность функционирования систем управления. Поэтому разработка и создание высокоэффективных измерительных устройств и их основных функциональных элементов — датчиков - имеет приоритетное значение.

Среди известных к настоящему времени датчиков технологических параметров различных веществ, материалов и изделий, значительными функциональными возможностями обладают радиоволновые. В основе их построения лежит волновой эффект взаимодействия электромагнитных волн широкого диапазона с измеряемыми объектами. На базе элементов высоко- и сверхвысокочастотной техники созданы измерители параметров технологических процессов, которые нашли широкое применение на транспорте, в нефтедобывающей промышленности, металлургии, космосе и в ряде других отраслей промышленности.

Проведенный анализ отечественной и зарубежной библиографии по созданию и применению радиоволновых датчиков позволяет выявил, практически отсутствие необходимой статистической обработки выходных информативных сигналов датчиков динамических параметров (объемный и массовый расходы), и методов, обеспечивающих исключение влияния дестабилизирующих факторов на результат измерения. Крайне мало работ, посвященных использованию для зондирования контролируемого объекта сантиметровых, миллиметровых и более коротких длин волн, позволяющих повышение чувствительности и точности измерения, а также относительно простое встраивание этих датчиков в информационно-технологические системы и производственно-технологические установки. В большинстве работ отсутствует многоинформативносгь датчиков, обеспечивающая повышение точности измерения на основе анализа и преобразования информативных характеристик радиоволновых датчиков. Кроме того, современное состояние радиоволновых измерений технологических

параметров в связи с возросшими требованиями к датчикам не позволяет создавать высокоэффективные и конкурентноспособные датчики.

Все это, а также широкие информативные возможности радиоволновых методов, которые еще не исчерпаны и не исследованы, стимулирует развитие радиоволнового метода измерения по решению существующих и появляющихся новых проблем в измерительной технике, в том числе принципиально не решаемых другими методами.

Целью диссертации является создание принципов построения датчиков технологических параметров с улучшенными характеристиками, расширение элементной базы для реализации датчиков и области их применения.

Основные задачи диссертации, определяемые целью, состоят в следующем:

1. Теоретические и экспериментальные исследования, создание дистанционных, вблизи измеряемого объекта работающих, контактно и условно контактных датчиков технологических параметров, физические принципы которых основаны на характеристиках распространения электромагнитных волн, резонансных свойствах колебательных систем, поляризации волн и эффекте Доплера.

2. Разработка и исследование высокочувствительных и высокоточных методов измерения физических параметров различных сред, в том числе движущихся, включающие теоретический анализ влияния дестабилизирующих факторов и способов получения информации на результат измерения, статистический анализ и исследование характеристик сигналов, несущих информацию об измеряемом динамическом параметре.

3. Разработка основ создания и исследование микроволновых датчиков с чувствительными элементами на базе конструкции объекта контроля и новых элементов микроволновой техники.

4. Уточнение и корректировка результатов расчетов на макетных образцах высоко-, сверхвысокочастотных и инфракрасных датчиков различных физических параметров и нестандартном оборудовании для проведения их испытаний.

Методы исследования базируются на теории распространения, отражения и поглощения электромагнитных волн, резонансных свойствах колебательных открытых и закрытых электромагнитных систем, теории

2

электроизмерительных устройств, статистическом анализе случайных сигналов и способах измерения их характеристик.

Научная новизна заключается в развитии радиоволновых принципов измерения технологических параметров и создании на их базе новых датчиков с улучшенными характеристиками, в том числе:

разработке принципов построения дистанционных датчиков с различными по конструкции чувствительных элементов;

разработке принципов построения' датчиков параметров потоков в трубопроводах;

разработке и исследовании принципов измерения свойств веществ содержащихся в емкостях и перемещающихся по трубопроводам;

предложении улучшенной схемы статистической обработки информативных сигналов датчиков динамических параметров (скорость, массовый расход, порозность) с возможностью экспресс-контроля;

разработке и создании способов исключения влияния дестабилизирующих факторов на результат измерения;

совершенствовании конструкции датчиков с помощью введения кольцевого резонатора; диэлектрического трубопровода с диэлектрическим вращающимся кольцом; отрезка трубопровода, имеющего на конце восьмигранную форму с радиальными отверстиями; рупорной антенны с полукруговым вырезом в раскрыве; микроволнового генератора с двумя взаимозаменяемыми волноводными выходами;

создании базы для технической реализации датчиков и проведении их экспериментальных исследований;

Практическая ценность работы. Результаты диссертационной работы позволяют расширить область применения высокочастотных, сверхвысокочастотных и инфракрасных методов и эффективно решать следующие актуальные практические задачи:

создание автоматизированных систем для поштучного распознавания движущихся по конвейеру изделий и состояния их поверхности в складских условиях;

создание высокоточных, надежных и простых по конструкции расходомеров потоков в трубопроводах;

диагностика параметров однородных, двух и трехкомпонентных веществ, содержащихся в емкостях и транспортируемых по трубопроводам;

создание высокочувствительных измерительных устройств для определения уровня жидких высоко- и низкотемпературных сред в емкостях;

оптимизация процесса сжигания твердого топлива в энергетической установке и работы электрофильтров, осуществляющих очистку выбросов в атмосферу;

повышение качества систем идентификации.

В диссертации решения перечисленных задач могут быть использованы как для совершенствования уже существующих измерительных устройств, так и для поиска новых технологических решений для новых устройств.

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждена корректностью постановки задач, аналитическими зависимостями параметров измеряемых сред с характеристиками информативных сигналов, результатами экспериментальных исследований и практическим использованием разработанных датчиков технологических параметров различных сред.

Реализация результатов работы: на основе предложенных теоретических положений разработаны и изготовлены:

доллеровский микроволновой измеритель расхода двухкомпонентных сред в трубопроводах, прошедший натурные испытания на реальных объектах Рязанской ГРЭС и НПО «Криогенмаш». По результатам испытаний, проведенных на криогенном стенде для экспериментальных исследований расходомерных устройств, созданном на предприятии «Криогенмаш», определены работоспособность и эффективность доплеровского микроволнового расходомера.

Суммарная погрешность измерения на установке не превышала ±3%. Внедрение этого измерителя на действующих установках Люберецкого комбината строительных материалов и конструкции (ЛКСМ и К) позволило осуществить оперативный учет производимых пылевидных (цемента, молотой извести) материалов и определить реальную производительность работающих мельниц;

4

устройство поштучного распознавания движущихся по конвейеру изделий, используемое на технологической линии Калининградского рыбоконсервного комбината (КРКК) и в учебном процессе Калининградского государственного технического университета (КГТУ). Внедрение этого прибора в цехе жестегары КРКК позволило сократить потери жестетары и готовой продукции с помощью оперативного выявления и устранения отклонений технологического режима;

корреляционно - экстремальный измеритель массового расхода пылевоздушного потока в трубопроводе, прошедший натурные испытания на складе цемента завода ЖБИ (г. Нижний Новгород). Погрешность измерения расхода цемента при скорости 23 м/с цементовоздушного потока не превысила 3%;

микроволновой датчик порозности (доли пустоты) кипящего слоя в котлеагрегате, прошедший промышленные испытания на объекте ТЭЦ г. Ахтме. Эти натурные эксперименты показали работоспособность датчика при температуре в котлеагрегате +1000°С. По результатам экспериментов также выявлена возможность использования датчика как индикатора состояния кипящего слоя для предотвращения аварийных режимов работы котлеагрегата, например, при спекании частиц;

микроволновые датчики герметичности укупоренных изделий, влажности в нефтепотоках, объемного расхода топлива и толщины плоских материалов, прошедшие испытания в лабораторных условиях.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Ш-й научно — технической конференции «Структурные методы повышения точности, быстродействия и чувствительности измерительных устройств и систем», Киев, 1980г.; Всесоюзном научно-техническом совещании «Аналитическое приборостроение. Методы и приборы для анализа жидких сред.», Тбилиси, 1980г.; 1У-й Научно — технической конференции «Структурные методы повышения точности, быстродействия и чувствительности измерительных устройств и систем», Киев, 1981г.; Всесоюзной конференции «Измерение и контроль при автоматизации производственных процессов», Барнаул, 1982г.; Всесоюзной конференции «Робототехника и автоматизация производственных процессов», Барнаул, 1983г.; Ш-м Всесоюзном

5

совещании «Координатно - чувствительные фотоприемники и огггоэлектронные устройства на их основе», Барнаул 1985г.; Научно -технической конференции «Измерительные системы, приборы и преобразователи в гибких переналаживаемых комплексах», Москва, 1987г.; Всесоюзной научно-технической конференции «Неразрушающие физические методы и средства контроля», Москва, 1987г.; Всесоюзной конференции «Измерительная и вычислительная техника в Управлении производственными процессами в АПК», Ленинград, 1988г.; 1Х-Й Всесоюзной научно-технической конференции «ИИС-89», Москва, 1989г.; Х-й Всесоюзной научно-технической конференции «ИИС—91», Санкт-Петербург, 1991г.; Всесоюзной конференции «Измерение и контроль при автоматизации производственных процессов» («ИКАПП - 91), Барнаул, 1991г.; 1-й международной конференции «Датчики электрических и неэлектрических величин» («Датчик 93»), Барнаул, 1993г.; Международной научно-технической конференции «Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве», Углич, 1995г.; Ш-й Международной конференции «Измерение, контроль и автоматизация производственных процессов» (ИКАПП - 94), Барнаул, 1994г.; П-й международной конференции «Датчики электрических и неэлектрических величин» («Датчик 95»), Барнаул, 1995г.; 1У-й Научно — технической конференции «Состояние и проблемы технических измерений», Москва, 1996г.; У-й Всероссийской научно - технической конференции «Состояние и проблемы технических измерений», Москва, 1998г.; У1-й Всероссийской научно - технической конференции «Состояние и проблемы технических измерений», Москва, 1999г.; ХГИ-й научно - технической конференции «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления. Датчик - 2001», Москва, 2001г.; ХГУ-й Научно - технической конференции «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления. Датчик - 2002», Москва, 2002г.; УШ-й Всероссийской научно - технической конференции «Состояние и проблемы измерений», Москва, 2002г.; ХУ-й научно-технической конференции «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления. Датчик - 2003», Москва, 2003г; ХУ1-Й научно-технической конференции «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления. Датчик — 2004,» Москва, 2004г;

6

1Х-ой Всероссийской научно - технической конференции «Состояние и проблемы измерений», Москва, 2004г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 106 научных трудов, авторских свидетельств и патентов. Основные печатные работы указаны в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 302 страницах текста, содержит 65 рисунков и одну таблицу.

Содержание работы

В первой главе приведены технические требования, предъявляемые к первичным преобразователям неэлектрических величин. Оценены основные показатели преобразования - чувствительность и точность, показана возможность их повышения на основе многоинформативности. Определено место радиоволнового метода среди наиболее перспективных, с точки зрения удобства передачи, обработки, точного воспроизведения информации и возможности проведения многопарамеггровых измерений, волновых методов, показаны преимущества радиоволновых преобразователей по спектру измеряемых сред, обеспечению высоких по точности и чувствительности показателей в сложных условиях эксплуатации (запыленность, загрязненность, высокая влажность и температура) и конструктивному исполнению.

На основе аналитического обзора существующих радиоволновых принципов измерения технологических параметров выявлены современное состояние радиоволновых измерений й тенденция их развития. Показано, что к настоящему времени принципиально не решены многие задачи в рассматриваемой области измерительной техники. Это ограничивает область применения радиоволновых методов и средств контроля, не позволяет достичь высоких значений чувствительности к измеряемым параметрам, точности измерений. Сформулированы проблемы радиоволновых измерений технологических параметров широкого класса сред. В зависимости от текущего состояния контролируемого объекта классифицированы принципы построения датчиков технологических параметров, учитывающие особенности взаимодействия электромагнитных волн с объектом. Решение поставленной проблемы позволяет, как показано

в диссертационной работе, эффективно проводить измерения многих конкретных параметров технологических процессов.

Во второй главе изложены основы теории и принципы построения дистанционных микроволновых и инфракрасных датчиков, необходимость создания которых обусловлена труднодоступностью контролируемых объектов, их температурным состоянием и пространственными изменениями.

Предлагаются новые датчики герметичности укупоренных изделий, порозности кипящего слоя, уровня расплавленного металла, поштучного распознавания движущихся по конвейеру изделий и толщины диэлектрических и проводящих материалов. Выделение этих технологических параметров в отдельную группу обусловлено распространением электромагнитных волн в свободном пространстве.

В основе принципа построения датчиков герметичности, например, закатанных консервных банок с продуктами питания и питьем лежит эффект взаимодействия электромагнитных волн с металлической поверхностью крышки банки. При охлаждении правильно закатанной банки внутри нее образуется частичный вакуум, приводящий к легкому прогибанию крышки. Будучи облученной микроволновым сигналом, крышка отражает сигнал, несущий информацию о степени герметичности банки. Для определения радиуса прогиба, т.е. степени герметичности использовались характеристики отражения микроволнового сигнала и резонансные свойства открытых резонаторов.

Исследованиями показана ' возможность определения степени герметичности амплитудой стоячей волны, образованной между поверхностью крышки и приемо- передающей рупорной антенной, являющейся чувствительным элементом датчика герметичности. При этом для зависимости продетектированного сигнала ид от радиуса прогиба крышки г получено выражение:

ид= и0(1+г/ £0)

где и0 - сигнал детектора, соответствующий отсутствию прогиба, £0 - расстояние от плоской поверхности крышки до раскрыва приемо-передающей антенны. По соотношению длины зондирующей

волны и расстояния определено условие однозначной зависимости

продетектированного сигнала от степени погиба крышки.

Для повышения точности в определении герметичности предложено использование рупорной антенны с полукруговым вырезом в раскрыве.

Одной из оригинальностей предложенного датчика герметичности с рупорным излучателем, можно считать использование в датчике микроволнового генератора (см. рис. 1) с двумя взаимозаменяемыми сквозными выходами электромагнитной энергии. Этот генератор, использующий коэффициент преобразования по мощности автодина, в датчике помимо источника излучения может выполнить функцию элемента разделения отраженного и прямого сигналов, что приводит к упрощению

Рис. 1. Функциональная схема датчика, работающего в режиме автодина: 1 - микроволновой детектор; 2 — микроволновой генератор;

3 - приемопередающая антенна; 4 - объект контроля.

Испытание макетного образца датчика с клинообразной антенной (длина 70 мм; размеры в раскрыве: а=25мм; в=16мм), проводимые на базе имитатора укупоренной банки показали работоспособность датчика и высокую чувствительность при изменении г от 0 до 2мм .

В экспериментах в качестве источника излучения использовался микроволновой генератор (ганновский диод типа АА728) с частотой 34ГГц и мощностью 30 м Вт.

Предложен новый принцип построения датчика герметичности на основе метода открытых резонаторов. При определении герметичности, например, консервных банок на базе открытых резонаторов металлическая поверхность крышки контролируемой банки используется как один из двух отражателей измерительного резонанса (использование конструкции объекта измерения). Исследованиями установлена зависимость собственной резонансной частоты измерительного резонатора герметичности со от радиуса прогиба крышки:

яде Ю~2(11+1Г)

где я - целое число (практически я>3), с - скорость распространения электромагнитной волны между отражателями (свободное пространство), Ь - длина от плоского отражателя резонатора до плоской металлической поверхности крышки без прогиба, 1Г — длина от плоской поверхности крышки до вогнутого отражателя резонатора, соответствующая радиусу прогиба крышки.

На основе предложенного резонансного метода измерения герметичности показана возможность определения герметичности по добротности резонатора и интенсивности интерферирующих между его отражателями волн, что позволило создать основу многоинформативносги (получение информации двумя и более параметрами датчика) при преобразовании.

С использованием теории электроизмерительных устройств изучены и проанализированы чувствительность и точность измерения герметичности при наличии многоинформативносги. Предложена методика преобразования информативных параметров датчика герметичности и на ее основе проведена оценка чувствительности и точности измерения. По этим результатам даны рекомендации по построению микроволновых датчиков с высокой чувствительностью и точностью измерения, расширяющих несомненно область применения радиоволнового метода. Разработана и предложена схема одновременного измерения резонансной частоты, добротности и интенсивности интерференцирующих волн, связанных с

10

герметичностью. Изготовлен макетный образец датчика герметичности консервных банок диаметром 85мм и высотой 55мм. Проверка работоспособности макета измерительного открытого резонатора в диапазоне частот 37,5 - 53, 5711 ц (генератор Р2 - 68) производилась на консервной банке максимальная величина прогиба крышки которой составляет 5мм. Экспериментально выявлена высокая чувствительность измерения.

Определение герметичности по амплитуде отраженной волны и (или) резонансной частоте открытого резонатора может привести к погрешности из-за изменения высоты контролируемого изделия. С использованием преобразования, например, резонансной частоты открытого резонатора и частоты биений смешиваемых отраженных и опорных (зондирующих) модулированных по частоте электромагнитных колебаний предложен новый инвариантный к высоте контролируемой банки метод определения герметичности. Показано, что при одновременном изменении высоты изделия Ь и параметра 1г, изменение резонансной частоты открытого резонатора связано с величиной Н - И+1Г, где Н - расстояние между плоским отражателем открытого резонатора и основанием, служащим для расположения изделия. В силу этого получено выражение устанавливающее зависимость резонансной частоты от изменения Ь и 1г. Одновременно с этим также выявлено, что при зондировании поверхности крышки с внутренней стороны банки частотно-модулированными колебаниями (случай распространения волны со стороны основания, например, в диэлектрической банке) изменение частоты биений смешиваемых в этом случае отраженных и зондирующих сигналов должно происходить согласно величине Н-Ь-1г. Воздействие на внутреннюю поверхность крышки банки частично-модулированными колебаниями с граничными частотами ^и соответствующими моментам времени ^и , позволило при отражении этих волн от внутренней поверхности крышки установить зависимость частоты биений Б = - от измеряемого расстояния. Учитывая, что за отрезок времени ^ ^ волна проходит путь до внутренней поверхности крышки и обратно, можно записать, что:

2(Н -к-1г

с

где е — диэлектрическая проницаемость вещества.

Полученное выражение с учетом диапазона изменения частоты =

Гтах - и его периода изменения Т = тг дало возможность установить

связь Б с изменениями Ь и 1,. В результате преобразования двух выражений, показывающих зависимости резонансной частоты открытого резонатора и частоты биений Б от изменений параметров Ь и 1г, позволило получить алгоритм:

обеспечивающий исключение влияния высоты банки на результат определения герметичности.

На основе свойств отражения электромагнитных волн разработан и предложен принцип построения микроволнового датчика порозности сжигаемого твердого топлива при его кипении в котлеагрегате. При взаимодействии электромагнитной волны с кипящим слоем, представляющем собой множество твердых частиц, каждая частица становится отражателем электромагнитной энергии и характеристики отраженной волны, например, амплитуда может бьгть использована в качестве информативного параметра о порозности. С учетом электрофизических свойств кипящего слоя, например, сланца геометрических размеров его частиц и их формы обоснована перспективность использования 3-х сантиметрового и 8-й миллиметрового диапазонов длин волн при локации кипящего слоя.

Исследование взаимодействия электромагнитных волн сантиметрового и миллиметрового диапазонов с твердыми частицами кипящего слоя с учетом закона Рэлея позволило определить эффективную площадь отражения зондируемых частиц. Показано, что при с1г « X, где 6Г - диаметр частицы, X - длина волны, независимо от формы частицы путем варьирования отношения диаметра частицы к длине волны можно

после отражения со второго волновода сигнала, связанную с уровнем жидкости и ее диэлектрической проницаемостью. Одновременно с этим измерение напряженности (амплитуд) на выходах амплитудных детекторов первого и третьего (неодинаковых) волноводов и их дальнейшее преобразование позволяет получить информацию о диэлектрической проницаемости жидкости и ее уровне с широким диапазоном измерения. После этого соответствующее преобразование измеренных спадающих значений напряжений и значений частоты биений дает возможность обеспечить определение уровня жидкости в волноводах с исключением влияния ее диэлектрической проницаемости на результат измерения.

Для упрощения конструкции датчика и повышения его надежности на основе колебательных характеристиккольцевых резонаторов предложены новые принципы высокочувствительных измерений плотности, влаго содержания, объемного и массового расходов диэлектрических веществ, протекающих по трубопроводам. Исследование взаимодействия вращающихся по кольцевому резонатору, выполненному в виде свернутого прямоугольного волновода, электромагнитных волн и протекающего по нему (кольцевой резонатор подключен последовательно к трубопроводу) вещества показало, что собственная резонансная частота волноводного кольцевого резонатора может быть использована для измерения физических параметров диэлектрических потоков через их диэлектрическую проницаемость. Теоретически обоснованы и разработаны алгоритмы определения плотности жидких и сыпучих веществ (гетерогенных сред) в трубопроводах. При этом определение плотности, например, жидких неполярных веществ (е= 1,8-2,5) с учетом формулы Клаузиуса - Мосотти сводится* к измерению резонансной частоты измерительного кольцевого резонатора, связанной с плотностью контролируемой жидкости. Измерение плотности сыпучих потоков (мука, цемент и другие пылевидные материалы) предусматривает установление зависимости резонансной частоты от эффективной диэлектрической проницаемости пылегазовой смеси е,»,, определяемой диэлектрическими проницаемостями газовой среды и вещества и его относительной плотностью. На базе кольцевого резонатора, выполненного в виде двух П-образных волноводных профилей, закрепленных диаметрально на наружной поверхности диэлектрического трубопровода, по которому

37

перемещается обводненный нефтепродукт, рассмотрено определение влагосодержания в потоке нефтепродукта. С учетом диэлектрической проницаемости нефтепродукта установлена связь между резонансной частотой резонатора и изменением влагосодержания в потоке до 5%. Разработана схемная реализация алгоритма измерения влагосодержания в обводненном нефтепродукте. Проведены лабораторные испытания по определению влагосодержания в обводненном трансформаторном масле, перекачиваемом по фторопластовому трубопроводу диаметром 25мм. В опытах в качестве чувствительного элемента использовался согнутый в виде прямоугольника сторонами 170 и 140мм прямоугольный волновод сечением 10*22мм. Эти эксперименты, проводимые в 3-х сантиметровом диапазоне длин волн, показали уменьшение резонансной частоты с увеличением влагосодержания, подтверждающее правильность теоретических результатов. Чувствительность измерения при измерении

мГц

влагосодержания от 0 до 4,5% составила порядка 98 ———

С помощью двух кольцевых резонаторов, подключенных последовательно один к другому (рис.5), разработан и предложен метод измерения массового расхода веществ, транспортируемых по трубопроводам. Суть метода сводится к измерению резонансной частоты одного из двух, отнесенных друг от друга на некотором расстоянии, кольцевых резонаторов и определению положения максимума взаимокорреляционной функции частотных сигналов указанных выше измерительных кольцевых резонаторов, связанных соответственно с плотностью вещества и скоростью потока. При перемещении вещества одновременно по двум кольцевым резонаторам выявлен временной сдвиг их амплитудно - частотных характеристик из-за транспортного запаздывания т3. При этом показано, что время тз может быть определено отношением расстояния между резонаторами к скорости движения вещества по трубопроводу. Это позволило сделать вывод о том, что изменением времени тз при постоянном значении расстояния между кольцевыми резонаторами можно найти скорость потока. Для измерения времени тз предложено использовать максимум взаимо корреляционной функции частотных сигналов двух кольцевых резонаторов. Согласно

теории взаимо корреляционных функций задержкой опережающего сигнала на время т и равенством т = тз можно добиться максимума корреляционно обрабатываемых сигналов. В результате, измеряя время, при котором достигается максимум взаимо корреляционной функции частотных сигналов кольцевых резонаторов, можно определить скорость потока вещества в трубопроводе. После этого, с учетом сечения трубопровода, путем измерения резонансной частоты одного из кольцевых резонаторов, связанной с плотностью вещества и скорости потока, определяемой по максимуму взаимо корреляционной функции частотных сигналов, получают информацию о массовом расходе. Преимуществом предложенного метода является проведение только частотных измерений (по сравнению с амплитудным определением плотности) и отсутствие необходимости наличия в потоке движущихся неоднородностей (по сравнению с доплеровским измерителем скорости). Все это позволяет сделать вывод о несомненном повышении точности измерения массового расхода и применимости разработанного нами резонансно-корреляционного метода для измерения расходов как сплошных потоков, так и потоков с различными включениями.

Рис. 5. Схема измерения массового расхода вещества: 1,2 - микроволновые генераторы; 3,4 — элементы связи; 5,6 - кольцевые резонаторы; 7,8 — элементы связи (выходные); 9,10 - микроволновые детекторы; 11,12 - измерители амплитудно-частотных характеристик; 13 - коррелятор; 14 - вычислитель; 15 - умножитель; 16 — трубопровод.

На основе выше приведенного резонансно - корреляционного метода предложен покомпонентный расходомер веществ, транспортируемых по двум последовательно соединенным кольцевым резонаторам. Изучение двухкомпонентной среды, например, обводненного нефтепродукта показало, что для измерения объемного расхода нефтепродукта необходимо знание сечения струи нефтепродукта в одном из кольцевых резонаторов Бн и скорости потока. С учетом объемного влагосодержания в одном из кольцевых резонаторов установлена связь между резонансной частотой одного из кольцевых резонаторов и Это и определение скорости потока (при равенстве скорости воды и нефтепродукта) по максимуму взаимо-корреляционной функции частотных сигналов двух кольцевых резонаторов, позволило при известных значениях диэлектрической проницаемости нефтепродукта и сечения одного из свернутых прямоугольных волноводов (идентичность резонаторов) измерить объемный расход нефтепродукта в обводненном потоке нефтепродукта. Наряду с этим показана возможность определения массового расхода нефтепродукта. Для этого предложено установить связь между резонансной частотой одного из кольцевых резонаторов и плотностью нефтепродукта, определяемой отношением массы нефтепродукта в одном из кольцевых резонаторов к занимаемому нефтепродуктом в одном из кольцевых резонаторов объему. В результате, при известных значениях диэлектрической проницаемости нефтепродукта, объема одного из кольцевых резонаторов (сечение свернутого волновода и длина кольца по периметру), измерение скорости потока (взаимокорреляционная функция) и плотности нефтепродукта (резонансная частота одного из кольцевых резонаторов через влагосодержание) дало возможность определить массовый расход нефтепродукта. С использованием резонансно - корреляционного метода разработан и исследован принцип измерения объемного и массового расходов газожидкостных потоков. Показано, что в рассматриваемом случае определение объемного расхода, например, жидкости (неполярное вещество) помимо скорости потока требует измерения сечения струи жидкости в одном из двух кольцевых резонаторов. Получена зависимость резонансной частоты одного из кольцевых резонаторов от параметра Бж через сплошность потока. В результате измерение

40

анализ конструктивных и эксплутационных особенностей конвейера, вида расположения предметов, их формы, размеров и свойств позволили предложить два способа получения информации о движущихся по конвейеру объектах. Принцип действия датчика, основанного на первом способе заключается в измерении амплитуды электромагнитной волны, прошедшей от излучателя до приемника при прохождении контролируемого объекта через их зону действия. Исследованы характеристики распространения электромагнитных волн с учетом наличия (экранизации) и отсутствия между передающим и приемными рупорами движущихся диэлектрических и токопроводящих изделий. Приведено применение в качестве излучателя и приемника волноводов открытым концом, что может обеспечить направленное излучение, исключающее влияние на процедуру распознавания приближающихся к зоне действия излучателя и удаляющихся от нее изделий.

Экспериментальный образец датчика проходил испытания на участке мойки жестетары Калининградского рыбоконсервного комбината в условиях повышенной влажности (до 100%) и перепада температур от +10 до 25°С. Датчик с двумя рупорными антеннами устойчиво работал при изменении расстояния между ними от 15 до 45 см. Скорость потока круглых банок изменялась от О до 250шт. в минуту. Внедрение датчика позволило сократить потери жесготары и готовой продукции за счет оперативного выявления и устранения отклонений технологического режима.

Применение вышеприведенного датчика при контроле непрерывных потоков изделий с узким зазором их соприкасающихся частей может оказаться неэффективным. Поэтому предложен второй принцип построения датчика, суть которого сводится к измерению амплитуды стоячей волны, образованной между приемо-передающей рупорной антенной и контролируемым объектом. На базе микроволнового генератора (диод Ганна АА728) с двумя взаимозаменяемыми сквозными выходами электромагнитных колебаний и двухзеркальной антенны Кассагрена, обеспечивающей ширину диаграммы направленности 3 градуса, реализован простой по конструкции и надежный в работе датчик распознавания.

В датчике распознавания х одной рупорной антенной для счета движущихся по конвейеру изделий может быть использован временной интервал между излучаемым и отраженным от объекта контроля электромагнитными сигналами. Показано, что по разности времени запаздывания между излучаемым и отраженным от поверхности конвейера сигналами и времени запаздывания между излучаемым и отраженным от поверхности предмета сигналами можно получить информацию о наличии предмета на конвейере.

При изменении физических параметров в малых величинах, например, толщины, применение высоко- и сверхвысокочастотных датчиков может оказаться неприемлемым и неэффективным. В связи с этим на основе инфракрасного излучения разработан и исследован принцип построения датчика толщины плоских материалов, расположенных на различных по отражающим и поглощающим свойствам основаниях. Изучение отражения плоскими предметами при их локации инфракрасными волнами показало, что при работе в ближней зоне излучения интерференция волн отсутствует и амплитуду отраженного от поверхности предмета можно использовать в качестве информативного о толщине параметра. Приведена зависимость интенсивности отраженной волны от мощности излучения, коэффициента отражения от поверхности раздела двух сред и расстояния между контролируемым объектом и излучателем. С учетом полученных результатов проведены эксперименты по определению толщины плоских материалов. В опытах источником излучения и приемником отражения служит инфракрасные диоды типа АЛ

107Б с мощностью излучения и длиной волны - 9мВт; 0,9...... 1,2мкм.

Экспериментами установлено увеличение выходного сигнала приемника при увеличении толщины материалов (перфокарта, темный гетинакс, металлический лист). Показано отсутствие зависимости информативного сигнала от свойств основания. Оценена чувствительность преобразования толщины материала в напряжение. Эта величина при изменении толщины, например, перфокарты от 0,17мм до 0,7мм составила приблизительно 5,5мВ/мм.

В то же время этот показатель при изменении толщины металлического листа от 1,1мм до 4,4мм для всех оснований (фторопласт,

черная резина, белая резина) составила около 3,7 мВ/мм. Точность измерения толщины плоских материалов составила порядка 2%.

В третьей главе приведены основные положения и принципы построения датчиков технологических параметров, работающих вблизи измеряемого объекта и характеризующих состояние свойство и состав различных потоков в трубопроводах. Для обеспечения более высокой точности измерения предлагаются новые принципы построения датчиков влажности и свободного газа в нефтепотоках, скорости, расхода и сплошности двухфазных потоков.

Сильное отличие диэлектрической проницаемости воды от диэлектрической проницаемости нефтепродукта на микроволновых частотах обуславливает перспективность использования характеристик распространения, отражения и поглощения электромагнитных волн этого диапазона для определения влагосодержания в "обводненном нефтепотоке. Изучение взаимодействия распространяющихся по обводненному нефтепотоку, отраженных от них и прошедших через них волн позволило предложить амплитудные, частотные методы и метод открытого резонатора измерения влагосодержания. Суть амплитудных методов сводится к измерению напряженности электрического поля, например, прошедших через обводненный нефтепоток электромагнитных волн, связанной с влашеодержанием через диэлектрическую проницаемость обводненного нефтепродукта. С использованием формулы Винера установлена зависимость напряженности электрического поля волны от влагосодержания (до 5% и менее) в нефтепотоке. Отмечено, что при постоянном значении диэлектрической проницаемости нефтепродукта, по напряженности электрического поля можно получить информацию о влагосодержании. Сравнительный анализ амплитудных методов измерения влагосодержания показал, что метод по отражению прост в реализации. Чувствительность и точность методов по распространению и прохождению волн выше, но при этом диапазон измеряемого влагосодержания может быть уже.

Приводятся результаты экспериментальных исследований амплитудных датчиков влагосодержания. Опыты, проводимые с использованием 3-х сантиметрового и 8-й миллиметрового диапазонов длин волн, показали однозначную зависимость выходных сигналов

19

сантиметрового и миллиметрового детекторов от изменения влагосодержания (не более 5%) в водоэмульсионном нефтепродукте при неизменной его сортности. При этом зависимости выходных сигналов микроволновых детекторов от влагосодержания W, полученных на трех различных нефтепродуктах (трансформаторное масло, компрессорное масло и индустриальное масло) показали сдвиг характеристик из-за различия диэлектрических проницаемостей нефтепродуктов для одних и тех же значениях Эти эксперименты подтвердили необходимость применения принципа инвариантности к диэлектрической проницаемости нефтепродукта. В ходе экспериментов выявлено медленное изменение сантиметровой влажностной характеристики по сравнению с миллиметровой, что дало возможность констатировать замедление сантиметровых волн в данной среде. В проведенных экспериментах точность измерения влагосодержания составила около 2%.

Предложен и разработан новый метод измерения влагосодержания в нефтепотоках, базирующийся на колебательных характеристиках открытых резонаторов. В этом случае, так как отражатели открытого резонатора установлены на наружной поверхности фторопластового трубопровода, по которому транспортируется контролируемая среда, то в формуле, определяющей зависимость собственной резонансной частоты открытого резонатора от расстояния и скорости распространения волны между отражателями, вместо них следует использовать наружный диаметр трубопровода и значение скорости волны с учетом диэлектрических свойств трубопровода и обводненного нефтепотока. В рассматриваемом случае ввиду того, что диэлектрическая проницаемость диэлектрического трубопровода определяется свойством материала из которого изготовлен трубопровод, то ее величину в процессе измерения можно считать постоянной. В результате изменение собственной резонансной частоты данного измерительного открытого резонатора будет связано только с изменением диэлектрической проницаемости обводненного нефтепотока. Это и известная зависимость диэлектрической проницаемости обводненного потока от влагосодержания в потоке не более 5 % позволили получить выражение определяющее связь влагосодержания \У от резонансной частоты открытого измерительного резонатора:

яУс2-4РУ-б„У ™ ив2^

где ш - резонансная частота открытого резонатора;

Б - наружный диаметр трубопровода;

е„ и бг диэлектрические проницаемости нефтепродукта и трубопровода соответственно, я - целое число (ч>3). Наряду с частотным измерением влагосодержания на базе открытого резонатора, применим другой подход - использование добротности открытого резонатора для определения влагосодержания. Этот подход, предусматривающий оценку отношения собственной резонансной частоты резонатора к ширине его резонансной кривой на уровне половины мощности, в силу характерной высокой чувствительности открытых резонаторов, может оказаться более эффективным, чем первый подход. Это особенно важно при определении малых (<1%) влагосодержаний в нефтепотоках. Разработана и предложена схема измерения влагосодержания, включающая генератор качающейся частоты, входной элемент связи для возбуждения электромагнитных колебаний в измерительном резонаторе, образованном двумя отражателями, установленными диаметрально на наружной поверхности диэлектрического трубопровода, выходной элемент связи, осуществляющий поступление сигнала на вход детектора и далее в измеритель амплитудно - частотных характеристик.

Определение влагосодержаний в нефтепотоках связано с влиянием сортности нефтепродукта (диэлектрической проницаемости) на результат измерения. Для исключения этой погрешности предложен новый принцип построения датчика, суть которого сводится к одновременному измерению амплитуды напряженности электрического поля, например, прошедших через обводненный нефтепоток волн, и резонансной частоты волноводного резонатора, встроенного последовательно в трубопровод, по которому перемещается контролируемая среда.

На основе анализа экспериментальных амплитудных и частотных (резонансных) влажностных характеристик (опыты проводились в трехсантиметровом диапазоне длин волн), полученных на трех разных по сортности нефтепродуктах с влагосодержанием не более 4%, выявлен возрастающий характер амплитудных зависимостей и убывающий характер частотных зависимостей со сдвигом между ними из-за различия

21

диэлектрических проницаемостей нефтепродуктов. Это позволило предложить обобщенные аналитические выражения для расчета напряжения и и частоты /р в зависимости от изменения диэлектрической проницаемости обводненного нефтепотока и представить их следующем виде:

и = и0е„

/р=/о(г— ),

где ио и /о - напряжение на выходе амплитудного детектора и собственная резонансная частота резонатора при отсутствии обводненного нефтепродукта в трубопроводе соответственно. Разработана методика оценки степени изменения и и /р и их отношения от изменения диэлектрической проницаемости. Численный анализ, проведенный на основе этой методики с использованием экспериментальных результатов, показал отличие крутизн характеристик й\ЛАеп, от крутизны

(УЛАР _

характеристики . При изменении е„ выявлено существенное

количественное отставание в изменении fíJ\J по сравнению с изменением и и /Р. В результате отношение частоты к напряжению дало возможность определить влагосодержание в обводненном нефтепотоке с минимизацией влияния диэлектрической проницаемости нефтепродукта на результат измерения. Экспериментальные зависимости отношения частоты и напряжения от влаго содержания в трех разных по сортности нефтепродуктах приведены на рис. 3.

Рис. 3. Зависимости отношения частоты к напряжению от влагосодержания.

Разработаны и исследованы принципы построения датчиков большого объема влагосодержания (0-100%) в нефтепотоках. Суть предложенных принципов сводится к измерению амплитуд прошедших через обводненный нефтепоток и отраженных от них электромагнитных волн. Анализ прохождения электромагнитной волны через обводненный нефтепродукт показал, что в рассматриваемом случае по степени изменения интенсивности прошедшей волны можно получить информацию о влагосодержании. На основе известной формулы проведен теоретический расчет ослабления мощности прошедшей через контролируемую среду волны. Расчет проводился для двух крайних случаев: веществом контроля является водопроводная вода и обезвоженное трансформаторное масло (нефтепродукт). При длине электромагнитной волны Зсм потери мощности для воды составили 286,44 дБ, а для трансформаторного масла - 11,63 дБ. Эксперименты проведенные на базе кюветы с элементами ввода и вывода электромагнитных колебаний (расстояние между этими элементами -10 см; частоты излучения 10,7 ГТц и мощность излучения 1 мВт), показали соответственно вода -213,69 дБ; трансформаторное масло -15,21 дБ.

ШГ"

™ Опытами по определению параметра в обводненном трансформаторном масле установлено резкое снижение амплитуды прошедшего через измеряемую среду сигнала до 30% влагосодержания. Уменьшение амплитуды сигнала наблюдалось и при дальнейшем росте влагосодержания (100%), но с меньшей скоростью. Линейное уменьшение амплитуды сигнала от увеличения влагосодержания в миллиметровом диапазоне волн (частота и мощность излучения 34,51Тц и 10мВт) получено до 50% воды в трансформаторном масле. Согласно этому эксперименту дальнейшее увеличение воды приводило к росту и падению прошедшего через контролируемую среду миллиметрового сигнала. На основе сравнительного анализа этих результатов сделан выбор о перспективности и целесообразности использования 3-х сантиметровых волн при их прохождении через обводненный нефтепродукт. Хотя, как показали опыты, характер изменения миллиметровой влажностной характеристики в некоторых областях более стабилен и линеен. Для определения влагосодержания в обводненном трансформаторном масле амплитудой отраженной волны показана необходимость установления связи между напряженностью электрического поля отраженной от границы раздела двух сред «воздух — обводненный нефтепродукт» волны и диэлектрической проницаемостью контролируемой среды. В результате с учетом напряженности электрического поля падающей волны получено выражение, позволяющее оценить отражение от контролируемой среды. Экспериментальная зависимость отраженного сигнала (3-х сантиметровый диапазон) от XV в смеси воды и трансформаторного масла показали возрастание информативного сигнала до 70% влагосодержания, свидетельствующее об увеличении коэффициента отражения. После этого наблюдался рост сигнала при увеличении влагосодержания до 100% меньшей скоростью. Миллиметровая влажностная характеристика по отражению в интервале влагосодержания от 0 до 50% показала прямолинейный рост выходного напряжения детектора. По этой зависимости выявлен резкий спад сигнала при дальнейшем увеличении влагосодержания до 100%. Из сопоставления экспериментальных результатов по отражению сделан вывод о том, что сантиметровая характеристика близка к теоретическим результатам и более однозначно отражает изменение влагосодержания в обводненном трансформаторном

24

масле. В совокупности полученные выше результаты показывают, что определение большого объема влагосодержания в нефтепотоках необходимо проводить в соответствии с законами изменения амплитуд и диапазонов изменения влагосодержания, а также с учетом геометрических характеристик и состава потоков.

Для измерения концентрации свободного газа в потоке нефти из-за соизмеримости длины волны и диаметра частиц газа предложено использование инфракрасного излучения. В соответствии с этим разработан новый способ построения инфракрасного датчика свободного газа в потоке нефти, протекающей по диэлектрическому трубопроводу. При взаимодействии инфракрасного излучения с потоком газа и нефти по закону Бугера установлена связь между интенсивностью прошедшей через контролируемый поток волны и показателем поглощения данной среды К» определяемым природой и состоянием облучаемого потока. Показано, что в рассматриваемом случае ввиду поглощения нефтью инфракрасного излучения показатель поглощения Кс согласно закона Бера может быть заменен концентрацией нефти в данной смеси. В результате при известных значениях диаметра трубопровода и интенсивности зондирующей инфракрасной волны получено выражение, позволяющее определить концентрацию нефти по интенсивности прошедшей волны. Это дало возможность с учетом сечения трубопровода определить содержание свободного газа в потоке нефти. Разработана и реализована схема измерения свободного газа, в который путем вращения диэлектрического кольца с источником излучения и приемником вокруг продольной оси диэлектрического трубопровода можно исключить погрешность, связанную с неравномерностью распределения свободного газа по сечению потока. Предложенный датчик в сочетании, например, с доплеровским микроволновым измерителем скорости потока даст возможность уменьшить погрешность измерения расхода нефти из-за различия скоростей и плотностей свободного газа и нефти при их движении по магистральным трубопроводам.

Исследован и предложен новый метод измерения сплошности газожидкостных двухкомпонентных потоков в трубопроводах, базирующийся на характеристиках поляризации электромагнитных волн, прошедших через контролируемый поток. Показано, что при

25

взаимодействии электромагнитной волны, например, с анизотропной средой, в последней может иметь место возникновение двух одинаковых по амплитуде составляющих, поляризованных параллельно и перпендикулярно направлению распространению волны. Выявлена разность фаз <рп» между электрическими векторами этих поляризованных волн по выходу из анизотропной среды из-за разностей показателей преломления и скоростей распространения. Установлена зависимость этой разности фаз от длины пути /пв поляризованных волн в анизотропной среде. Показано, что в рассматриваемом случае высота слоя жидкости в трубопроводе, т.е. параметр /пв определяет сечение струи жидкости и связанный с ним объем жидкости Уж. В соответствии с этим при определенной длине измерительного участка трубопровода и его диаметре установлена зависимость Уж от параметра /„„. В результате при известных значениях частоты электромагнитных колебаний, скорости распространения волны в свободном пространстве, разности показателей преломления поляризованных волн и диаметра трубопровода получена связь между сплошностью и разностью фаз <|>т> поляризованных волн. Наряду с анизотропными средами рассмотрено измерение сплошности изотропных газожидкостных потоков, электромагнитные свойства которых одинаковы в любых направлениях. В этом случае необходимым является приобретение изотропной средой искусственной анизотропии, т.е. воздействие управляющего электрического поля на изотропный поток. В результате двойного лучепреломления (плоскость поляризации подающей на среду волны ориентирована, например, под У4 относительно направления силовых линий приложенного электрического поля), обеспечивающего эффект Керра в контролируемом потоке, по разности фаз двух выходящих из среды волн можно судить о сплошности изотропного газожидкостного потока.

На базе открытого резонатора, отражатели которого использованы как электроды конденсатора, создающие управляющее поле, предложен новый способ определения сплошности изотропного потока, учитывающий изменение диэлектрической проницаемости контролируемой среды. Суть этого способа сводится к установлению на наружной поверхности диэлектрического трубопровода диаметрально один напротив двух пластинок, выполняющих одновременно функцию электродов

26

конденсатора и отражателей открытого резонатора и измерению резонансной частоты этого резонатора и разности фаз <рПп вышедших из контролируемой среды поляризованных волн. При возбуждении между вышеуказанными пластинками (отражателями открытого резонатора) электромагнитных колебаний по резонансной частоте этого измерительного резонатора можно получить информацию о диэлектрической проницаемости измеряемого потока. Одновременно с этим воздействие управляющего электрического поля между пластинками на изотропный поток дает возможность определить сплошность изотропного потока по ф0п- Показано, что путем преобразования выражений, устанавливающих зависимости резонансной частоты данного измерительного резонатора от диэлектрической проницаемости изотропного потока, с одной стороны, и разности фаз <роп от сплошности изотропного потока и его диэлектрической проницаемости, с другой стороны, можно обеспечить определение сплошности потока с учетом изменения диэлектрической проницаемости контролируемой среды. При определении сплошности анизотропных потоков по разности фаз фта ввиду их тензорного характера электромагнитных свойств, например, диэлектрической проницаемости (различие показателей преломления ортогонально поляризованных волн) может иметь погрешность, связанная с незнанием значений диэлектрической проницаемости, соответствующих направлению электромагнитного поля. Поэтому, на основе метода открытого резонатора разработан и исследован новый принцип измерения сплошности анизотропных потоков, учитывающий значения диэлектрической проницаемости для поляризованных волн и их изменения. Суть предложенного принципа заключается в образовании на наружной поверхности диэлектрического трубопровода, по которому перемещается анизотропная среда, двух взаимоперпендикулярных резонансных систем открытого типа и измерении их собственных резонансных частот. Теоретически обоснованы и установлены зависимости резонансных частот продольного (отражатели установлены вдоль трубопровода) и поперечного (отражатели установлены поперек трубопровода) открытых резонаторов от соответствующих значений диэлектрической проницаемости анизотропного потока. Эти частотные характеристики, полученные при взаимо-перпендикулярном вводе электромагнитных волн в анизотропный

■ 27

поток, дали возможность с учетом диаметра трубопровода и его диэлектрической проницаемости (трубопровода) получить информацию о диэлектрической проницаемости контролируемой среды в зависимости от поляризации волн. Использование этих результатов позволило обеспечить определение сплошности (при известной зависимости разности фаз ортогонально поляризованных волн, образованных, например, отражателями продольного резонатора от параметра /„„) анизотропных потоков с учетом изменения соответствующих значений их диэлектрической проницаемости.

На основе частотно-модулированных (ЧМ) электромагнитных волн разработан и предложен новый метод измерения расхода двухфазных (двухкомпонентных) потоков в трубопроводах. Суть этого метода заключается в использовании симметричной, например, пилообразной модуляции излучаемых (зондирующих) электромагнитных волн и определении суммы и разности разностных частот изучаемых и отраженных (рассеянных) волн от движущихся в потоке неоднородностей среды, соответствующих возрастанию и убыванию частоты зондирующих волн. Исследование взаимодействия ЧМ волн с контролируемым потоком позволило связать разность разностных частот с частотой Доплера /Л определяемой скоростью потока и сумму разностных частот с частотой /р> определяемой расстоянием между излучателем и приемником. Показана возможность определения объемного расхода по частоте /д. При этом выявлено влияние на результат измерения диэлектрической проницаемости контролируемой среды. Для исключения данной погрешности предложено преобразование характеристик /д - и /р с учетом диэлектрической проницаемости. В результате получено выражение, обеспечивающее инвариантное к диэлектрической проницаемости измерение расхода. Проведение в этом случае частотных измерений с использованием известных зависимостей диэлектрической проницаемости среды, например, от плотности неполярных диэлектрических (жидкий азот, водород и т.д.) веществ и относительной плотности сыпучих сред, дало возможность разработать алгоритмы определения массового расхода этих веществ высокой точности измерения. С использованием промодулированных по амплитуде отраженных (рассеянных) от движущихся неоднородностей в потоке среды электромагнитных колебаний разработан новый метод

28

измерения объемного расхода (скорости) двухфазного потока в трубопроводе. Суть этого метода сводится к измерению времени перемещения сигнала между двумя приемниками, установленными напротив двух излучателей, расположенных перпендикулярно направлению потока на некотором расстоянии наружной поверхности трубопровода друг от друга. Изучение выходных сигналов двух приемников показало зависимость времени отставания между выходными сигналами второго и первого приемников (по направлению потока) от скорости потока и расстояния между приемниками. При постоянной величине расстояния между приемниками использование свойств сдвинутых по времени напряжений позволило предложить выражение, устанавливающее связь скорости потока с разностью фаз между выходными сигналами двух приемников и частотой выходного сигнала одного из них. В результате этого измерением разности фаз и частоты вышеуказанных информативных сигналов показана возможность определения объемного расхода потока в трубопроводе. Преимуществом данного метода по сравнению с доплеровским является отсутствие влияния электрофизических свойств контролируемой среды на результат измерения объемного расхода. На основе двух промодулированных по амплитуде сигналов разработан и исследован новый метод измерения массового расхода, например, пылевоздушных (цемент, мука, угольная пыль) потоков в трубопроводах. Предложенный метод базируется на отыскании максимума взаимо-корреляционной функции двух прошедших через контролируемый поток сигналов и измерении интенсивности одного из них. Определение массового расхода в рассматриваемом случае предусматривает изменение скорости потока и его концентрацию (плотность). Предложено получение информации о скорости потока максимумом взаимо-корреляционной функции двух выходных сигналов приемников (детекторов) и о концентрации - амплитудой одного из них. При времени т, соответствующем сдвигу во времени выходного сигнала второго приемника по отношению к выходному сигналу первого приемника на время транспортного запаздывания т3, можно обеспечить определение максимума взаимо-корреляционной функции выходных информативных сигналов. В результате измерение т при постоянном расстоянии между приемниками позволило определить скорость потока.

29

Для оценки концентрации пы левоз душ ного потока предложено использование интенсивности электрического, поля рассеянных на частицах (рассеивателях) пылевидного материала электромагнитных волн. Теоретический анализ формирования рассеяния волны на одной частице показал, что величина интенсивности электрического поля этой волны определяется эффективной площадью рассеяния (ЭПР) частицы. На основе закона Рэлея установлена связь ЭПР, например, частицы цемента х ее диаметром, диэлектрической проницаемостью цемента и длиной зондирующей волны. Эта зависимость с учетом конкретных размеров диаметра частицы цемента позволила обосновать использование для зондирования цементовоздушного потока 3-х сантиметровым и 8-й миллиметровым диапазонами волн. Показано, что отношением диаметра частицы к длине волны можно обеспечить пропорциональное изменение интенсивности электрического поля рассеянной волны. Приводится предел данного отношения, приводящий к ограничению этого изменения. Эти результаты дали возможность определить полный (результирующий) сигнал рассеяния множеств частиц, являющийся следствием суперпозиции полей рассеяния отдельных частиц. Показано, что при известных значениях длины измерительной области трубопровода и его радиуса сечения, изменением интенсивности суперпозиционного поля рассеяния можно определить плотность пылевидного потока. Выше полученные результаты позволили разработать и реализовать корреляционно-экстремальный измеритель массового расхода цемента в цементовоздушном потоке на базе микропроцессорной системы. Экспериментальная проверка предложенной микропроцессорной системы измерения массового расхода была осуществлена на складе цемента завода ЖБИ (г.Нижний Новгород) на горизонтальном участке трубопровода цемента диаметром 159 мм на расстоянии 380 мм один от другого смонтированы два датчика (по два излучателя и приемника). Промышленные эксперименты проводились на базе микроволнового генератора (диод Ганна) с частотой и мощностью излучения соответственно 34,5 ГГц и 30 м Вт. Скорость цементовоздушного потока составляла 23 м/с. Погрешность измерения расхода не превышала 3%. Этими экспериментами впервые показана возможность измерения расхода цемента в промышленных условиях на

основе микроволнового метода с , использованием корреляционной обработки информативных сигналов.

Четвертая глава посвящена разработке и исследованию принципов построения датчиков физических параметров, чувствительные элементы которых могут контактировать с контролируемыми веществами и (или) использоваться для их перемещения. Предлагаются новые принципы измерения плотности сахаросодержащих растворов, уровня неагрессивных однородных жидкостей, скорости, расхода и других физических величин диэлектрических потоков.

Для определения плотности сахаросодержащих растворов, перемещаемых по трубопроводам, предложено использование резонансных свойств отрезков длинных линий. На основе проведенных нами предварительных экспериментальных исследований, показывающих электропроводящие свойства сахаросодержащих растворов выявлена необходимость одновременного определения концентрации и температуры сахаросодержащего потока, влияющих на результат измерения плотности этой среды. Поэтому в качестве чувствительного элемента датчика плотности выбран погруженный в поток отрезок длиной линии, резонансная частота и амплитуда резонансного импульса которого позволяют определить концентрацию и температуру контролируемого потока соответственно. Изучение взаимодействия сахаросодержащих растворов с электромагнитными колебаниями, возбужденными в отрезке линии, дало возможность установить связь между резонансной частотой отрезка линии (амплитуды) и электропроводностью сахаросодержащего раствора, являющейся функцией концентрации и температуры проводящих жидкостей. При определении концентрации и температуры (плотности) через электропроводность из-за их неравномерного распределения по диаметру трубопровода выявлена необходимость полного погружения отрезка линии в поток. С учетом коэффициентов пропорциональностей, рассчитываемых из зависимостей плотности от изменений концентрации и температуры, разработан и предложен алгоритм определения плотности сахаросодержащих растворов; По этому алгоритму реализована схема устройства для измерения плотности, включающая в себя чувствительный элемент (отрезок линии), подключенный к нему автогенератор электромагнитных колебаний, измерители амплитуды резонансного

31

импульса и резонансной частоты, первый и второй вычислительные блоки, делитель и регистрирующий прибор. Согласно этой схеме, после возбуждения электромагнитных колебаний в чувствительном элементе в момент резонанса измеряют резонансную частоту резонансной системы, образованной протяженным проводником и внутренней поверхностью трубопровода и амплитуду сигнала. При этом по измеренным значениям резонансной частоты и амплитуды, связанных одновременно с концентрацией вещества и температурой потока, определяют плотность р как:

а^дЦ- а|Ьз€ + Ь^зГ - Ь.агЦ Р Ьгаз - агЬз

где аь а2, а3 - коэффициенты пропорциональности, рассчитываемые из зависимостей плотности, резонансной частоты и амплитуды от концентрации вещества;

Ьь Ь2, Ьз - коэффициенты пропорциональности, рассчитываемые из зависимостей плотности, резонансной частоты и амплитуды от температуры. Для реализации приведенного выражения вводят в первый вычислительный блок значения коэффициентов а2, а3; Ь^, Ьз и на его выходе получают результат, соответствующий знаменателю Ьгаз - а2Ьз. Во второй вычислительный блок помимо коэффициентов аь аг, а3- Ьь Ь2, Ьз вводят дополнительно текущие значения напряжения и и резонансной частоты / и на его выходе получают результат, соответствующий числителю а^и — а,Ьз/ + Ь^з/- Ь^и. С выходов первого и второго вычислительных блоков преобразованные сигналы поступают на входы делителя, где осуществляется операция деления числителя на знаменатель. С выхода делителя сигнал поступает на вход регистрирующего прибора, в котором отражаются результаты измерения плотности с исключением влияния дестабилизирующих факторов.

На базе выше рассмотренного измерителя проведены экспериментальные исследования по определению плотности сахарного сиропа. В опытах в качестве чувствительного элемента использовался штырь из коррозийно - стойкой стали сечением 5мм. Трубопровод выбран диаметром 100мм, близким к реальным сечениям трубопроводов, используемых для транспортировки сахаросодержащих растворов и

32

колеровки на промышленных установках сахарного производства. Концентрация сухого вещества в растворе сахарного сиропа составляла 5060%. Зависимость резонансной частоты от температуры от 20 до 70°С при трех значениях концентрации показали увеличение частоты. Увеличение частоты от изменения концентрации так же было выявлено при одном-значении температуры. Благодаря этим экспериментам, подтверждающим проводящие свойства сахарного сиропа, определено, что металлический штырь в сахарном сиропе без подключения в частото- задающую цепь высокочастотного автогенератора может быть использован как источник питания постоянного тока. Причем, как показали температурные испытания (15-110°С), постоянное напряжение на выходе штыря обратно' пропорционально температуре в потоке. Опытами было установлено, что при постоянном значении концентрации с помощью погруженного в сахарный сироп штыря можно получить информацию о температуре и наоборот - при постоянном значении температуры - о концентрации. Характеристики, связывающие амплитуду резонансного сигнала с температурой и концентрацией, показали, что при увеличении температуры имеет место уменьшение амплитуды, свидетельствующее о снижении добротности резонансной системы. В то же время, при увеличении концентрации выявлен рост амплитуды сигнала. В опытах, приведенных в диапазоне частот 100-140мГц, уменьшение добротности не оказало существенного влияния на качество эксперимента. Зависимость плотности, рассчитанной по измеренным величинам и и /, от плотности, определенной весовым способом, приведена на рис. 4. В экспериментах погрешность измерения составила около 2,2%.

Рис. 4. Зависимость плотности, рассчитанной по значениям напряжения и частоты, от плотности, определенной весовым путем.

На основе характеристик распространяющихся по волноводу электромагнитных волн предложен принцип построения датчика уровня жидкости в сосуде с уменьшением влияния волнения поверхности жидкости на результат измерения. Суть принципа сводится к измерению амплитуды волны в волноводе, погруженном открытым концом вертикально в контролируемую жидкость. Исследование взаимодействия электромагнитных колебаний фиксированной частоты в волноводе, например прямоугольном, с жидкостью выявило наличие в волноводе (чувствительном элементе) режима стоячих волн. Свойства образованных в этом случае стоячих волн были использованы при выборе информативного параметра для определения уровня жидкости в волноводе. С учетом геометрического размера волновода по оси направления электромагнитной волны (высота волновода) и диэлектрической проницаемости жидкости получено выражение, связывающее напряженность, например, магнитного поля волны с уровнем жидкости в волноводе. При постоянном значении диэлектрической проницаемости контролируемой жидкости установлен диапазон однозначной зависимости амплитуды информативного сигнала от уровня, определяемый длиной распространяющейся по волноводу волны. Для расширения диапазона однозначного измерения уровня жидкости разработан и исследован принцип, основанный на двух неодинаковых по геометрической длине волноводов, погруженных в жидкость. Данный

принцип базируется на том, что один волновод должен быть длиннее другого на 7J4, где Х- длина волны в волноводе. При наличии одновременно режима стоячих волн в этих волноводах, амплитуда волны в волноводе (первом) высотой Н, будет сдвинута по отношению амплитуды волны в волноводе (втором) высотой Н+ 7J4 на У А. Это позволило выявить максимум сигнала во втором волноводе и минимум сигнала в первом при одном и то же уровне жидкости в волноводах с их дальнейшим чередованием из-за изменения уровня жидкости. Преобразование двух информативных сигналов, снимаемых с выходов амплитудных детекторов первого и второго волноводов, по уравнению прямой, проходящей через две точки дало возможность получить почти линейную зависимость для уровня жидкости. Причем это преобразование должно учитывать возрастающие значения зависимостей амплитуд напряжений в волноводах от уровня и точки, соответствующие переходу этих зависимостей от возрастания к убыванию. Показано, что при малых потерях в волноводах с жидкостью путем оценки экстремума при переходе сигнала от возрастания к убыванию можно судить о текущем значении напряжения преобразованных сигналов.

Для исключения влияния диэлектрической проницаемости на результат измерения уровня предложен метод, основанный на использовании модулированных по частоте колебаний. При изменении линейно во времени частоты волн, распространяющихся по погруженному в жидкость волноводу, для мгновенных значений частоты падающих на границу раздела двух сред электромагнитных волн в момент времени ti и tj можно записать:

/ шах- / min ft-jr-*l>

f max- / min

Пг=1--J.-12-

где f max и f min - максимальная и минимальная частоты соответственно, Т — период изменения частоты.

Показано, что смешивание возвращающихся в момент времени t2 отраженных от границы раздела двух сред колебаний с частотой /ц с

колебаниями с частотой дает возможность установить зависимость разности частот /с - /н от разности времени ^. ^ При этом с учетом того, что за отрезок времени t2.i1 волна проходит путь до границы раздела сред и обратно, можно написать, что

2

12-11--;

с

где Н — высота погруженного в жидкость волновода,

Ь-уровень жидкости в волноводе,

еж — диэлектрическая проницаемость жидкости,

с- скорость распространения электромагнитных волн в свободном

пространстве.

Сопоставление последнего выражения с учетом диэлектрической проницаемости контролируемой среды с выражениями, показывающими изменения частот /а> /« от /шт до _/~тах за период времени Т, позволило определить зависимость частоты биений от уровня жидкости и ее диэлектрической проницаемости. Дальнейшее преобразование этой частоты биений и убывающего значения амплитуды выходного сигнала детектора, полученного при взаимодействии электромагнитных колебаний фиксированной частоты с жидкостью в волноводе, дает возможность исключения влияния диэлектрической проницаемости на результат измерения жидкости.

С целью одновременного расширения диапазона измерения уровня жидкости и исключения влияния ее диэлектрической проницаемости на результат измерения разработана и предложена схемная реализация датчика уровня. Чувствительными элементами этого датчика явились два (первый и второй) одинаковых; по геометрической длине волновода и третий волновод длиннее (или короче) двух одинаковых на УЛ. Согласно схеме измерения возбуждают электромагнитные колебания фиксированной частоты в двух (первом и третьем) неодинаковых по геометрической длине волноводах и модулированные по частоте колебания во втором волноводе. При наличии жидкости в волноводах измеряют частоту биений на выходе смесителя, осуществляющего смешивание сигнала генератора модулированных по частоте колебаний и поступающего

обеспечить отражение. Установлена связь между напряженностью электрического поля отраженных (результирующих) волн от эффективной площади отражения множества частиц. При этом показано, что измерением интенсивности этих волн через характерные параметры (масса, сечение и высота слоя) кипящего слоя можно определить его порозность.

Анализ динамики характерных параметров кипящего слоя в котлеагрегате позволил сделать вывод о высоте слоя как о факторе наиболее влияющем на величину порозности слоя при его кипении. В соответствии с этим предложено определять порозность кипящего слоя через его высоту. При этом показано, что взаимодействие между электромагнитной волной и кипящем слоем с изменяющейся высотой проявляется в виде амплитудной модуляции отраженного сигнала. С использованием теории амплитудной модуляции гармонических сигналов установлено соответствие между изменением высоты слоя и изменение огибающей отраженного сигнала. Это позволило определить связь выходного сигнала (носитель информации) демодулятора с изменением массы слоя по высоте как для одной частицы в объеме, так и для множеств частиц. Приводится зависимость амплитуды продетектированного отраженного сигнала от изменения высоты слоя, соответствующего минимальному и максимальному значениям порозности.

На основе сравнительного анализа существующих методов статистической обработки случайных сигналов и изучения выходного сигнала датчика порозности предложено для обработки данного информативного сигнала использовать спектральный метод.

Приводятся результаты лабораторных экспериментов датчика порозности, проводимые на установке, имитирующей кипящий слой в котлеагрегате. В испытаниях источником электромагнитных колебаний служил генератор ГЧ -109 с частотой 8-12 ГГц и мощностью излучения ~ 8 мВт. Опыты показали работоспособность датчика и подтвердили необходимость проведения статистической обработки информативного сигнала. Для извлечения из полученного случайного сигнала точной и полной информации о порозности использовался анализатор спектра СКА -56. Установлена зависимость спектральной плотности выходного сигнала датчика от измеряемой порозности и выявлено увеличение амплитуды

спектральной плотности с ростом порозности от 0,4 до 0,56. Точность измерения порозности в лабораторных условиях составила около 2%.

На объекте ТЭЦ (г. Ахтме) проведены промышленные испытания натурного образца микроволнового датчика порозности. Электромагнитные колебания с мощностью излучения 20мВт и частотой 34 ГГц направлялись в топку с кипящем слоем. В качестве излучателя использовалась труба из нержавеющей стали диаметром 7см и длиной Зм. Функциональная связь между выходным сигналом датчика и порозностью кипящего слоя (сланца) реализовалась по градуировочным характеристикам, полученным в лабораторных условиях при холодном кипящем слое (шамоте). Информацию о порозности в натурных условиях (рабочая температура в котлеагрегате +1000°С) получали по показаниям прибора КСП -4, где одновременно фиксировался выходной сигнал и — образного -монометра, определяющего перепад давления между местом измерения и атмосферой для коррекции градуировочной характеристики. Промышленные испытания показали, что предложенный датчик может быть использован как измеритель порозности, так и как индикатор состояния кипящего слоя для предотвращения аварийных режимов работы котлеагрегата, например, при спекании частиц.

Разработанный и предложенный принцип построения датчика уровня расплавленного металла базируется на характеристиках распространения и отражения электромагнитных волн. Показано, что амплитуда стоячей волны, образованной наложением падающих на поверхность расплавленного металла и отраженных от нее волн несет информацию об уровне расплавленного металла. Изучен характер зависимости амплитуды информативного сигнала от изменения уровня. Установлены пределы однозначной зависимости амплитуды от уровня при детектировании отраженного сигнала. Эти показатели, как показали эксперименты, проведенные на частоте излучения 10 ГГц, составили 7,5мм при детектировании сигнала на базе амплитудного детектора и 15 мм-фазового детектора. Для расширения диапазона однозначной зависимости информативного сигнала от уровня предложен новый метод слежения за максимумом продетектированного сигнала с подстройкой частоты зондирующих колебаний. Суть этого метода сводится к изменению длины волны (частоты) при изменении уровня расплавленного металла. При этом

14

частота колебаний, соответствующая максимуму выходного сигнала детектора, используется для определения уровня. Согласно экспериментам, при удалении от излучателя металлического листа, на расстояние 4см изменение частоты колебаний составило около 2,8ГТц. В ходе экспериментов выявлено, что при работе в диапазоне более коротких длин волн, например, инфракрасных, можно существенно расширить диапазон однозначной зависимости амплитуды сигнала от уровня расплавленного металла.

На основе оценки временного интервала между излучаемым и отраженным микроволновыми сигналами показана возможность определения уровня расплавленного металла. С использованием в качестве зондирующего сигнала микроволнового импульса с длительностью 2,2 не и частотой 9,3 ГГц (генератор на базе диода Ганна ЗА703Б) проведены испытания по определению уровня. Экспериментальная зависимость времени задержки т3 от применения металлического листа показана на рис. 2. Из полученной характеристики видно хорошее совпадение теоретических результатов с экспериментальными. Опытами выявлено значение расстояния (0,3 м), ниже которого имеет место зона неопределенности. Точность измерения расстояния от приемо -передающих рупорных антенн до металлического листа составила порядка 1%.

—— эксперимент. - — - - тсорет.

Рис. 2. Зависимость времени задержки от перемещения ^металлического листа.

Для измерения уровня расплавленного металла предложен также фазовый метод, предусматривающий определение разности фаз между падающей и отраженной волнами, связанной с контролируемым параметром. Изучение зависимости разности фаз от расстояния показало, что при измерении расстояний, превышающих длину рабочей волны, может возникнуть неопределенность в измерении из-за значений разности фаз, превышающих 360°. Исследованиями установлено, что эту неопределенность можно устранить проведением измерения разностей фаз <р' и <(/'' на двух разных по величине частотах / и зондирующих волн. В силу этого величину разности фаз А <р = <р/; - <р', соответствующую разности частот Л / = /" - / (/" > /) с учетом диапазона измерения расстояния можно сделать такой, что она всегда находилась в пределах 360° . Численный пример с параметрами Л /= 0,5*109Гц, с = 3*108 м/с показывает, что при измерении расстояния от 5 до 20см разность фаз Д <р может изменяться от 60 до 240°.

Для поштучного распознавания транспортируемых по конвейеру изделий разработан и исследован принцип построения датчика. Изучение и

16

резонансной частоты одного из кольцевых резонаторов и скорости потока с известными значениями сечения одного из кольцевых резонаторов и диэлектрической проницаемости контролируемой среды позволили найти объемный расход жидкости. Определение массы жидкости в одном из кольцевых резонаторов в зависимости от сплошности потока дало возможность получить выражение, обеспечивающее измерение массового расхода жидкости в газожидкостном потоке.

Разработан и предложен новый двухканальный принцип измерения малых расходов топлива с исключением влияния температуры, диэлектрической проницаемости топлива и газовых включений в потоке топлива на результат измерения. Суть этого принципа сводится к измерению резонансных частот двух измерительных участков трубопровода, по которому перемещается контролируемое топливо. Исследование потока топлива, например, между топливным баком и карбюратором показало, что для определения истинного расхода (объемного) топлива необходима информация не только о скорости потока, но и о температуре окружающей среды, газовых включениях в потоке (дросселирование в системе подачи топлива) и других дестабилизирующих факторах. В соответствии с этим предложено создать первый и второй последовательно соединенные измерительных участка трубопровода с помощью металлических цилиндрических корпусов и металлических стаканов с боковым отводами. При этом возбуждение электромагнитных колебаний в полости между металлическим цилиндрическим корпусом с чувствительным элементом, имеющим на конце восьмигранную форму с радиальными отверстиями и пластинами перекрывающими это отверстия, и металлическим стаканом, закрепленном на цилиндрическом корпусе первого измерительного участка трубопровода с зазором относительно его чувствительного элемента дало возможность определить резонансную частоту образованного в этом случае резонатора. Показано, что при движении топлива по первому измерительному участку трубопровода из-за избыточного давления перекрывающие отверстие пластины поднимаются с одного конца, и вблизи восьмигранника чувствительного элемента будет иметь место уменьшение объема полости этого резонатора, обуславливающее изменение частоты /1 на выходе первого автогенератора. С учетом того, что отклонение перекрывающих пластин производится в

41

зависимости от напора потока топлива, оценку частоты /1 можно использовать для определения скорости потока. Выявлено влияние температуры, сортности топлива и сплошности, приводящие к ошибке измерения скорости потока (объемного расхода) топлива по частоте /1. Для исключения влияния указанных дестабилизирующих факторов на результат измерения расхода топлива предложено направить контролируемый поток во второй измерительный участок компенсационный канал трубопровода. Согласно этому каналу заполняют топливом полость между цилиндрическим корпусом с чувствительным элементом, имеющим продольные отверстия для направления потока к выходу трубопровода, и металлическим стаканом закрепленным на цилиндрическом корпусе этого участка с зазором относительно его чувствительного элемента. Возбуждают электромагнитные колебания в этой полости и при резонансе определяют собственную резонансную частоту данной резонансной системы. При этом выявлена зависимость резонансной частоты /2 на выходе второго автогенератора от температуры, сортности топлива и сплошности потока. Сопоставление частоты /1 и /2 показало, что путем их вычитания можно обеспечить исключение влияния сортности, температуры и сплошности на результат измерения объемного истинного расхода. Разработана схемная реализация предложенного двухканального принципа измерения расхода, при которой выходной сигнал смесителя (смешивание сигналов с частотами /1 и /¡) с разностной частотой дает возможность определить расход топлива с высокой точностью измерения.

На основе отрезков длинных линий разработан и предложен фазовый принцип измерения физических параметров потоков в трубопроводах. Суть этого принципа состоит в измерении фазового сдвига Ф между напряжениями падающей и отраженной волн, имеющих место в отрезке линии. Исследован режим стоячих волн в отрезке линии с подключенным к его концу чувствительным отрезком ( элементом) в короткозамкнутом и разомкнутом видах, длиной меньше четверти длины волны. В рассматриваемом случае при резонансе установлена связь между фазовым сдвигом ф и диэлектрической проницаемостью вещества с необходимостью знания волновых сопротивлений основного (не контактирующего со средой) и чувствительного отрезков линий. Показано,

42

что при известной зависимости диэлектрической проницаемости потока от физического параметра контролируемой среды измерением ср можно получить информацию о том или ином физическом параметре. С использованием предложенного фазового принципа реализована схема измерения физических величин. Согласно этой схеме с помощью тройника и направленного ответвителя (циркулятора) в высокочастотном тракте создается цепь для образования прямого и отраженного сигналов и измерения фазового сдвига между ними фазометром. На базе предложенной схемы проведены экспериментальные исследования по определению сплошности в потоке керосина. В этих опытах чувствительный элемент (отрезок), погруженный вертикально в трубопровод диаметром 20мм, соединялся с генератором кабелем (основной отрезок). Изменение сплошности от 0 до 1 при резонансе в резонаторе типа «кабель - отрезок линии» с частотой 268 мГц фиксировалось измерителем разности фаз ФК 2-29. Экспериментами показана однозначная зависимость разности фаз от изменения сплошности в потоке. На основе измерения разности фаз падающего и отраженного сигналов показана возможность определения также концентрации сахаросодержащих растворов в технологических аппаратах. Это было подтверждено опытами, проведенными в лабораторных условиях. Экспериментальные характеристики, полученные при трех значениях температуры (1 = 20°С; 50°С; 80°С) окружающей среды, показали увеличение сдвига фазы при росте концентрации сахаросодержащего раствора от 50-60%. Выявлена обратная зависимость сдвига фазы от увеличения температуры. В опытах погрешность составила около 1%.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

Основные результаты и выводы.

В диссертации поставлена и решена научная проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение - создание принципов построения высокочастотных, сверхвысокочастотных и инфракрасных датчиков технологических параметров для совершенствования' элементной базы приборостроения и автоматики. Полученные в работе результаты можно сформулировать:

1. Разработаны принципы построения микроволновых и инфракрасных датчиков технологических параметров различных сред,

43

обеспечивающие дистанционность измерения и контроля объектов с их пространственным изменением и физическим состоянием. На основе этих результатов реализовано устройство поштучного распознавания движущихся по конвейеру изделий. Внедрение образца этого устройства позволило сократить потери жестотары и готовой продукции за счет оперативного выявления и устранения отклонений технологического режима.

2. Разработаны принципы построения микроволновых и инфракрасных датчиков физических параметров жидких и сыпучих сред в емкостях и трубопроводах, позволяющие измерять динамические параметры однородных и двухкомпонентных веществ и производить их диагностику по составу, свойству и состоянию. С использованием этих результатов разработан и изготовлен микроволновой измеритель расхода потока в трубопроводе. Погрешность измерения объемного расхода жидкого азота, полученная при проведении испытаний на криогенном стенде, составила +3%. Впервые показана возможность определения сплошности газожидкостного потока на основе поляризации электромагнитных волн.

3. Разработаны и исследованы принципы построения высоко-и сверхвысокочастотных датчиков технологических параметров с чувствительными элементами, контактирующими с контролируемыми веществами и используемыми для их перемещения. С учетом электропроводящих свойств сахаросодержащих растворов, впервые показана их применимость в качестве электролитов в гальванических элементах - источниках ЭДС. Использование первичного преобразователя микроволнового датчика как элемента перемещения потока позволило впервые предложить высокоточный резонансно- корреляционный метод измерения расходов.

4. Использовано применение кольцевых, открытых и волноводных резонаторов, антенных и волноводных систем и других элементов микроволновой техники для разработки и создания простых в исполнении и надежных в эксплуатации новых датчиков физических параметров различных сред. Показана возможность реализации чувствительно элемента микроволнового датчика герметичности на базе конструкции объекта контроля.

5. На основе использования резонансных свойств открытых, кольцевых и волноводных резонаторов и характеристик распространения электромагнитных волн предложены и исследованы новые принципы измерения физических параметров, позволяющие исключение влияние дестабилизирующих факторов на результат измерения.

6. Разработаны и предложены новые методы и способы измерения технологических параметров, позволяющие расширить область применения высокочастотного, сверхвысокочастотного и инфракрасного методов с возможностью обеспечения высокой точностью измерения: частотно-модулированный метод, метод на основе двух неодинаковых по геометрической длине волноводов, метод двух модулированных по амплитуде сигналов, фазовые методы и т.д.

7. На основе синтеза микроволнового метода и статистических методов обработки случайных сигналов разработаны и предложены принципы построения измерительных устройств физических параметров движущихся сред с высокой точностью и чувствительностью измерения. Эти результаты позволили разработать и реализовать корреляционно — экстремальный измеритель массового расхода цемента с погрешностью ±3%.

8. Разработан и предложен двухканальный принцип построения высокочастотного датчика малого расхода топлива, обеспечивающий исключение влияния одновременно нескольких дестабилизирующих факторов на результат измерения. Погрешность измерения объемного расхода топлива составила около 1%,

9. На основе предложенных принципов измерения и элементов высокочастотной, сверхвысокочастотной и инфракрасной техники реализованы и экспериментально исследованы в лабораторных и промышленных условиях датчики порозности кипящего слоя в котлеагрегате с рабочей температурой +1000°С, расхода топлива, плотности сахаросодержащих растворов, влажности (0-100%) в нефтепотоках, толщины плоских материалов и т.д. Эти экспериментальные результаты вместе с теоретическими позволили распространить возможности высокочастотного, сверхвысокочастотного и инфракрасного методов на контроль широкого класса сред, определить границы их применимости и отработать технологию измерения.

45

Основные публикации по теме диссертации:

1. Совлуков А.С., Ахобадзе Г.Н. Микроволновые частотные измерения массового расхода среды || Сообщения академии наук Грузинской ССР, 100,№ 1, 1980.с. 177-180.

2. Викторов В.А., Ахобадзе Г.Н. Вопросы оценки точности микроволновых датчиков скорости потока || Измерительная техника, 1988, №8 с. 24-26,

3. Лункин Б.В., Ахобадзе Г.Н. Эфендиев И.М. Устройство счета штучных изделий на конвейере || Механизация и автоматизация № 8, 1986.с. 23.

4. Лункин Б.В., Ахобадзе Г.Н. Гришаков В.М. Устройство распознавания механических дефектов на поверхности консервных банок || Механизация и автоматизация производства 1991, №2. с. 21-23

5. Ахобадзе Г.Н., Плотников Н.М. Ходыкин В.В. Автоматизация домостроения на основе микроволновых средств контроля процессов укладки и уплотнения бетонной смеси || Автоматизация и современные технологии, 1996, №10 с. 2-5

6. А.С. СССР №1395998 Способ определения порозности кипящей порошкообразных сред / В.В. Ермаков, В.А. Попов, Г.Н Ахобадзе и др. || Открытия. Изобретения. 1988, № 8

7. Патент РФ № 1643997. Устройство для градуировки измерителя порозности кипящего слоя / В.В. Ермаков, Г.Н. Ахобадзе, С А. Фадеев и др. || Открытия. Изобретения. 1991, № 15

8. АС. СССР №1523975. Устройство для измерения порозности кипящего слоя порошкообразных сред / В.В. Ермаков, Г.Н. Ахобадзе, В.А. Попов и др. / Открытия. Изобретения 1989, №43.

9. Ахобадзе Г.Н., Ермаков В.В, Использование микроволнового излучения для измерения порозности кипящего слоя в котлоагрегате || Механизация и автоматизация производства 1991, №12. с. 14-16

10. Ахобадзе Г.Н. Особенности отражения кипящего слоя облученного электромагнитными волнами || Автоматизация и современные технологии, 1996, №1 с. 2-5

П. Ахобадзе Г.Н. О принципах построения микроволновых датчиков уровня расплавленного металла || Автоматизация и современные технологии, 1997, №5 с. 6-10

12. Ахобадзе Г.Н. Принципы построения микроволновых датчиков наличия, счета и идентификации движущихся по конвейеру объектов || Автоматизация и современные технологии, 1999, №6 с. 2-6

13. Патент РФ №2150747 Устройство для счета штучных изделий, перемещающихся по конвейеру / Г.Н. Ахобадзе || Открытия. Изобретения. 2000, Xsl6

14. Ахобадзе Г.Н. О возможности измерения некоторых физических параметров на основе инфракрасного излучения || Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2003 №9 с. 27-30

15. Патент РФ № 2120606 Способ определения герметичности закупоренных банок / Г.Н. Ахобадзе || Открытия. Изобретения 1998 №29

16. Патент РФ № 2120610 Устройство для измерения уровня расплавленного металла / Г.Н. Ахобадзе || Открытия. Изобретения 1998 №29

17. Патент РФ № 2236670 Способ определения вибрации объекта / Г.Н. Ахобадзе || Открытия. Изобретения 2004 №26

18. Патент РФ № 2231773 Инфракрасный датчик концентрации пылегазовых веществ в трубопроводах / Г.Н. Ахобадзе || Открытия. Изобретения 2004 №8

19. A.C. СССР № 1257409 Устройство для измерения массового расхода вещества / Г.Н. Ахобадзе, A.C. Совлуков || Открытия. Изобретения 1986, №34

20. Ахобадзе Г.Н. О возможности построения преобразователя с помощью фотоемкости и отрезка длинной линии || Автоматизация и современные технологии, 1996, №2 с. 7-11

21. Лункин Б.В., Ахобадзе Г.Н. радиоволновый датчик расхода топлива для легковых автомобилей || Автоматизация и современные технологии, 1993, №1 с. 10-12

22. Патент РФ № 1753281 Устройство для измерения массового расхода вещества / Г.Н Ахобадзе., Н.М Плотников, A.C. Совлуков || Открытия. Изобретения 1992 №29

23. Патент РФ № 2017070Устройство для измерения расхода топлива. / Г.Н. Лхобадзе, И.М. Эфендиев, || Открытия. Изобретения 1994 №14

24. Ахобадзе Г.Н., Плотников Н.М. Разработка микропроцессорного корреляционно - экспериментального расходомера цемента при пневмотранспортировки || Автоматизация и современные технологии, 1993, №1 с. 2-5

25. Патент РФ № 2051540 Устройство для измерения скорости потока вещества в трубопроводе / Г.Н. Ахобадзе ЦОткрытия. Изобретения 1995 №36

26. Патент РФ № 2070721 Устройство для измерения сплошности парожидкосгного потока / Г.Н Ахобадзе., И.М. Эфендиев || Открытия. Изобретения 1996 №35

27. Патент РФ № 2090868 Способ определения сплошности потока жидкости в трубопроводе / Г.Н. Ахобадзе || Открытия. Изобретения 1997 №26

28. Ахобадзе Г.Н. Перспектива развития микроволновых принципов измерения влажности нефтепродуктов || Автоматизация и современные технологии, 1998, №9 с. 4-8

29. Ахобадзе Г.Н. Использование анизотропии при разработке микроволновых принципов измерения сплошности попгоковЦ Автоматизация и современные технологий, 1998, №10 с. 2-6

30. Патент РФ № 2131600 Способ определения влагосодержания Нефтепродукта в диэлектрическом трубопроводе / Г.Н. Ахобадзе [| Открытия. Изобретения 1999, №16

31. Патент РФ № 2135984 Способ определения влагосодержания потока одного месторождения / Г.Н. Ахобадзе |j Открытия. Изобретения 1999, №24

32. Патент РФ № 2199731 Устройство для определения влажности нефтепродуктов в трубопроводе / Г.Н. Ахобадзе || Открытия. Изобретения 2003, Xsl 6

33. Ахобадзе Г.Н. Возможности микроволнового и инфракрасного диапазонов волн для измерения влагосодержания в нефтепродукте || Датчики и системы, 2004, №4 с. 19-23

34. Патент РФ № 2213342 Инфракрасный датчик концентрации свободного газа в потоке нефти / Г.Н. Ахобадзе || Открытия. Изобретения 2003, №27

35. Ахобадзе Г.Н. Принцип измерения влагосодержания в нефтепотоке на основе двух разных по характеру изменения сигналов || Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, 2004, №2 с. 38-41

36. A.C. СССР №1717638 Устройство для определения плотности сахарного сиропа в трубопроводе / Г.Н. Ахобадзе, И.М. Эфендиев || Открытия. Изобретения 1990 №9

37. Ахобадзе Г.Н. Принцип построения радиоволнового измерителя плотности сахарного сиропа в трубопроводе || Автоматизация и современные технологии 1992 №5 с. 4-6

38. Ахобадзе Г.Н. Микроволновые принципы измерения физических параметров потоков на базе кольцевых резонаторов || Автоматизация и современные технологии 2000 с. 28-33

39. Патент РФ № 2178151 Устройство для определения уровня жидкости в сосуде /Г.Н. Ахобадзе || Открытия. Изобретения 2002, №1.

40. Патент РФ № 2194950 Устройство для определения расхода двухкомпонентных веществ в трубопроводе / Г.Н. Абохадзе || Открытия. Изобретения 2000, №35

41. A.C. СССР № 1758077 Устройство для определения концентрации сгущаемых растворов сахарного производства / Г.Н. Ахобадзе, И.М. Ефендиев || Открытия. Изобретения 1992, №32

42. Ахобадзе Г.Н. Фазовое измерение физических параметров диэлектрических жидких потоков || Автоматизация и современные технологии 1993 №5 с. 12-14

43. Патент РФ № 2173847 Устройство для определения плотности неполярных веществ в диэлектрическом трубопроводе / Г.Н. Ахобадзе || Открытия. Изобретения 2001 №29

44. A.C. СССР № 1753281 Устройство для определения массового расхода вещества / Г.Н. Ахобадзе, Н.М. Плотников, A.C. Совлуков IJ Открытия. Изобретения 1992 №29

45. Ахобадзе Г.Н. Перспективы развития микроволновых принципов измерения расхода веществ (| Автоматизация и современные технологии 1999 №11с. 2-7

46. Ахобадзе Г.Н., Плотников Н.М., Киргизов АМ. и др. Система автоматизированного управления термообработкой бетона в монолитном домостроении ¡| Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2005 № 2 с. 11-13

47. Ахобадзе Г.Н. Измерение физических параметров на базе микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты || Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2005 № 8 с. 44-48

48. Патент РФ №2260790. Способ определения толщины диэлектрического покрытия / Г.Н. Ахобадзе || Открытия. Изобретения 2005 №26

49. , Патент РФ №2262658. Способ определения толщины диэлектрического покрытия / Г.Н. Ахобадзе || Открытия. Изобретения 2005 №29.

Зак. 11. Тир 100. ИПУ.

Введение и постановка проблемы.

Глава 1. Характеристики первичных преобразователей и обзор радиоволновых методов измерения неэлектрических величин. ф 1.1 .Оценка чувствительности и точности первичных преобразователей.

1.2.Измерение параметров потока, расхода, уровня.

1.3.Измерение физико-химического состава, свойств веществ.

1.4.Контроль и измерение других физических величин.

Выводы по первой главе.

Глава 2. Принципы построения и основы теории дистанционных микроволновых датчиков технологических параметров.

2.1.Датчики герметичности заполненных средой предметов.

2.1.1.Метод открытых резонаторов для определения герметичности.

2.1.2.Интерферометрический принцип измерения герметичности.

0 2.1.3.Пути повышения чувствительности и точности датчиков герметичности.

2.1.4.Инвариантное к высоте изделия определение герметичности.

2.2.Датчики порозности кипящего слоя в котлеагрегате.

2.2.1.Статистическая обработка информативного сигнала датчика порозности.

2.2.2.Экспериментальное исследование датчика порозности.

2.3.Принципы построения датчиков уровня расплавленного металла.

2.3.1.Фазовый метод измерения уровня расплавленного металла.

2.4.Датчики штучных изделий на конвейере.

2.4.1.Датчик с одной рупорной антенной.

2.4.2.Датчик на основе временного запаздывания.

2.5.Датчик толщины плоских материалов.

Выводы по второй главе.

Глава 3.Основные положения теории и принципы построения вблизи измеряемого объекта работающих микроволновых датчиков технологических параметров.

3.1.Принципы построения микроволновых датчиков влажности в нефтепотоках.

3.1.1 .Экспериментальное исследование двухчастотного датчика влажности.

3.1.2.Принципы измерения влажности на основе замедления волны в водоэмульсионном нефтепотоке.

3.1.3.Датчик влажности на базе открытых резонаторов.

3.1.4.Принципы измерения влагосодержания на основе двух разных по характеру изменений сигналов.

3.1.5.Принципы построения датчиков большого объема влагосодержания в нефтепотоке.

3.2.Принципы построения датчиков сплошности.

3.2.1.Комбинированный принцип построения датчика

СПЛОШНОСТИ.

3.2.2.Способ уменьшения погрешности датчика сплошности. 186 З.З.Принципы построения датчиков объемного и массового расходов.

3.3.1.Принципы измерения скорости и массового расхода на основе двух промодулированных по амплитуде сигналов.

ЗАПринцип измерения свободного газа в потоке нефти.

Выводы по третьей главе.

Глава 4.Теория и принципы построения условно контактных датчиков физических параметров.

4.1.Измерение плотности сахарного сиропа.

4.2.Измерение уровня жидкостей в сосудах.

4.2.1 .Принцип измерения уровня жидкости на основе двух несимметричных по геометрической длине волноводов.

4.2.2.Способ уменьшения влияния диэлектрической проницаемости на результат измерения уровня.

4.2.3.Уменыпение влияния диэлектрической проницаемости жидкости на основе модулированных по частоте

Ш колебаний.

4.3.Измерение физических параметров диэлектрических веществ на основе кольцевых резонаторов.

4.3.1.Измерение плотности вещества.

4.3.2.Измерение влажности в потоке нефтепродуктов.

4.3.3.Измерение массового расхода вещества.

4.3.4.Принцип построения покомпонентного расходомера вещества.

4.4.Двухканальный принцип измерения расхода топлива.

4.5.Фазовое измерение физических параметров диэлектрических жидких потоков.

4.5.1.Фазовое измерение концентрации сгущаемых растворов.

Выводы по четвертой главе.

Во многих отраслях промышленности автоматизация технологических процессов и управление ими невозможны без высокоэффективных измерительных устройств и их основных функциональных элементов - датчиков. Поэтому разработку и создание датчиков всевозможных технологических параметров можно считать актуальной проблемой при осуществлении научно-технического прогресса.

Из всех известных к настоящему времени датчиков технологических параметров, основанных на различных физических явлениях и принципах измерения, наиболее перспективными, с точки зрения конструктивной простоты, надежности первичных преобразователей, универсальности по измеряемым средам и т.д., являются радиоволновые датчики физических параметров.

В основе принципа действия радиоволновых датчиков лежит волновой эффект взаимодействия электромагнитных волн широкого диапазона длин с измеряемыми объектами.

На базе антенных, волноводных, резонаторных систем и других элементов высокочастотной,сверхвысокочастотной и инфракрасной техники созданы измерители неэлектрических величин, которые нашли широкое применение на транспорте, в нефтедобывающей промышленности, металлургии и в ряде других отраслей промышленности.

Важный вклад в известные к настоящему времени и доступные к широкому кругу специалистов теоретические и практические разработки радиоволновых датчиков физических параметров внесли д.т.н., профессор В.А. Викторов, к.т.н. Б.В. Лункин, д.т.н. А.С. Совлуков и другие отечественные и зарубежные исследователи.

Несмотря на большое количество разработок по созданию и применению радиоволновых датчиков технологических параметров, многие задачи теории и практики радиоволновых методов и средств контроля остаются принципиально нерешенными.

Проведенный анализ отечественной и зарубежной библиографии по созданию и примениению радиоволновых датчиков позволяет выявить практически отсутствие необходимой статистической обработки выходных информативных сигналов датчиков динамических параметров (объемный и массовый расходы), и методов, обеспечивающих исключение влияния дестабилизирующих факторов на результат измерения. Крайне мало работ, посвященных использованию для зондирования контролируемого объекта сантиметровых, миллиметровых и более коротких длин волн, позволяющих повышение чуствительносги и точности измерения, а также относительно простое встраивание этих датчиков в информационно-технические системы и производственно-технологические установки. В большинстве работ отсутствует многоинформативность датчиков, обеспечивающих повышение точности измерения на основе анализа и преобразования информативных характеристик радиоволновых датчиков. Кроме того, современное состояние радиоволновых измерений технологических параметров в связи с возросшими требованиями к датчикам не позволяет создавать высокоэффективные и конкуректноспособные датчики. Все это, а также широкие информативные возможности радиоволновых методов, которые еще не исчерпаны и не исследованы, стимулирует развитие радиоволнового метода измерения по решению существующих и появившихся новых проблем в измерительной технике, в том числе принципиально не решаемых другими методами.

Диссертация посвящена развитию радиоволнового метода измерения неэлектрических величин, основанного на волновом эффекте электромагнитных колебаний, включающего вопросы теоретических и экспериментальных исследований, разработки основ и создания новых микроволновых датчиков технологических параметров различных сред с высокой точностью и чувствительностью измерения.

В данной диссертационной работе были поставлены и решались следующие задачи:

1. Теоретические и экспериментальные исследования, создание микроволновых дистанционных, вблизи измеряемого объекта работающих и условно контактных датчиков технологических параметров, физические принципы которых основаны на характеристиках распространения электромагнитных волн, резонансных свойствах колебательных систем, поляризации волн и эффекте Доплера.

2. Разработка и исследование высокочувствительных и высокоточных методов измерения физических параметров различных сред, в том числе движущихся, включающие теоретический анализ влияния дестабилизирующих факторов и способов получения информации на результат измерения, статистический анализ и исследование характеристик случайных информативных об измеряемом динамическом параметре сигналов.

3. Разработка и исследование основ создания микроволновых датчиков с чувствительными элементами на базе конструкции объекта контроля и новых элементов микроволновой техники.

4. Разработка и создание макетных образцов высокочастотных, сверхвысокочачтотных и инфракрасных датчиков различных физических параметров и изготовление нестандартного оборудования для проведения испытаний датчиков.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

Выводы по четвертой главе

1. Разработанный на основе резонансных свойств отрезков длинных линий принцип измерения плотности сгущаемых сахаросодержащих растворов с учетом изменений концентрации вещества и температуры окружающей среды позволяет определить плотность сгущаемого раствора в трубопроводе с более высокой точностью измерения и создать простые и надежные датчики плотности указанных сред.

На основе электропроводящих свойств сахаросодержащих растворов, полученных экспериментальными исследованиями, впервые показана возможность использования этих растворов в качестве электролита в гальванических элементах - источниках ЭДС.

2. Предложен и исследован новый принцип измерения уровня жидкости в сосуде. Разработанный принцип, основанный на использовании характеристик распространения электромагнитных колебаний в двух несимметричных по геометрической длине волноводах, обеспечивает исключение неоднозначности в измерении уровня и влияние дестабилизирующих факторов на результат измерения.

3. Разработанный на основе резонансных свойств кольцевых резонаторов принцип измерения физических параметров диэлектрических потоков в трубопроводах позволяет:

- измерять массовый расход вещества по преобразованию максимума корреляционной функции амплитудных частотных характеристик двух кольцевых резонаторов и резонансной частоты одного из резонаторов;

- проанализировать состав и свойства двухкомпонентных потоков покомпонентно.

4. С использованием резонансных свойств отрезков длинных линий предложен и исследован фазовый метод измерения физических параметров потоков. Предложена схемная реализация этого метода измерения концентрации сгущаемых сахаросодержащих растворов в технологическом аппарате.

Проведение предлагаемого фазового измерения одновременно с частотным позволит создать новые фазо-частотные датчики различных физических параметров с независимостью от дестабилизирующих факторов.

5. Разработан новый принцип построения двухканалыюго измерителя малых расходов топлива в автомобилях, исключающий влияние температуры окружающей среды, газовых включений в потоке и сортности топлива на результат измерения расхода. Предложена схемная реализация частотного измерителя малых расходов топлива.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации поставлена и решена научная проблема, имеющая важное народно-хозяйственное значение - создание теоретических основ принципов посроения радиоволновых и инфракрасных датчиков физических величин для совершенствования элементной базы приборостроения и автоматики. Полученные в работе результаты можно сформулировать следующим образом:

1. Разработаны теоретические основы и принципы построения микроволновых и инфракрасных датчиков технологических параметров различных сред, обеспечивающие дистанционность измерения и контроля объектов с их пространственным изменением и физическим состоянием. На основе этих результатов реализовано устройство поштучного распознавания движущихся по конвейеру изделий. Внедрение макетного образца этого устройства позволило сократить потери жестотары и готовой продукции за счет оперативного выявления и устранения отклонений технологического режима.

2. Разработаны основы теории и принципы построения микроволновых и инфракрасных датчиков физических параметров жидких и сыпучих сред в емкостях и трубопроводах, позволяющие измерять динамические параметры однородных, и двухкомпонентных веществ и их диагностику по составу, свойству и состоянию. С использованием этих результатов разработан и изготовлен микроволновой измеритель расхода потока в трубопроводе. Погрешность измерения расхода жидкого азота, полученная при проведении испытаний на криогенном стенде, составила ±3%. Впервые показана возможность определения сплошности газожидкостного потока на основе поляризации электромагнитных волн.

3. Разработаны и исследованы принципы построения высокочастотных и сверхвысокочатотных датчиков физических параметров с чувствительными элементами, контактирующими с измеряемыми веществами и использующими для их перемещения. С учетом электропроводящих свойств сахаросодержащих растворов, впервые показано их применимость в качестве электролитов в гальванических элементах - источниках ЭДС. Использование первичного преобразователя микроволнового датчика как элемента перемещения потока позволило впервые предложить высокоточный резонансно-корреляционный метод измерения расходов.

4. Использовано применение кольцевых, открытых и волповодных резонаторов, антенных и волноводных систем и других элементов микроволновой техники для разработки и создания простых в исполнении и надежных в эксплуатации новых датчиков физических параметров различных сред. Показана возможность реализации чувствительного элемента датчика герметичности на базе объекта контроля.

5. На основе использования резонансных свойств открытых, кольцевых и волноводных резонаторов и характеристик распространения электромагнитных волн предложены и исследованы новые принципы измерения физических параметров, позволяющие исключение влияния дестабилизирующих факторов на результат измерения.

6. Разработаны и предложены новые методы и способы измерения физических величин, позволяющие расширить область применения микроволнового метода с возможностью обеспечения высокой точности измерения: частотно-модулированный метод, метод на основе двух несимметричных по геометрической длине волноводов, метод двух модулированных по амплитуде сигналов, фазовые методы и т.д.

7. На основе синтеза микроволнового метода и статистических методов обработки случайных сигналов разработаны и предложены принципы построения измерительных устройств физических параметров движущихся сред с высокой точностью и чувствительностью измерения. Эти результаты позволили разработать и реализовать корреляционно-экстремальный измеритель массового расхода цемента с погрешностью ±3%.

8. Разработан и предложен двухканальный принцип построения высокочастотного датчика малого расхода топлива, обеспечивающий исключение влияния одновременно нескольких дестабилизирующих факторов на результат измерения. Погрешность измерения объемного расхода топлива составила около 1%.

9. На основе предложенных принципов измерения и элементов высокочастотной, сверхвысокочастотной и инфракрасной техники реализованы и экспериментально исследованы в лабораторных и промышленных условиях датчики порозности кипящего слоя в котлеагрегате с рабочей температурой +1000°С, расхода топлива, плотности сахаросодержащих растворов, влажности (0-100%) в нефтепотоках, толщины плоских материалов и т.д. Эти экспериментальные результаты вместе с теоретическими позволили распространить возможности высокочастотного, сверхвысокочастотного и инфракрасного методов на контроль широкого класса сред, определить границы их применимости и отработать технологию измерения.

1. Островский J1.A. Основы общей теории электроизмерительных устройств. JI.: Энергия, 1971.544 с.

2. Орнатский П.П. Автоматическое измерение и приборы. К.: Высшая школа, 1986. 504 с.

3. Викторов В.А. Резонансный метод измерения. М.: Энергия, 1969. 192 с.

4. Викторов В.А., Лункин Б.В. Измерение количества и плотности различных сред. М.: Энергия, 1973. 112с.

5. Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука, 1978. 280 с.

6. Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. М.: Энергоиздат., 1989. 208 с.

7. Совлуков А.С., Ахобадзе Г.Н. Микроволновые частотные измерения массового расхода среды // Сообщения Академии наук Грузинской ССР, 100, №1, 1980. с. 177- 180.

8. Бензарь В.К. Техника СВЧ влагометрии. Минск: Высшая школа, 1974, 349 с.

9. Берлинер М.А. Измерение влажности. М.: Энергия, 1973. 400 с.

10. Лошаков Л.Н., Пчельников Ю.Н., Уваров И.А. Исследование спиральной линии, применяемой для измерения содержания газа в жидкости. Изв. вузов. Радиоэлектроника 1983. т. 26, №8, с. 83-85.

11. Пчельников Ю.Н., Уваров И.А., Рябцев С.И. Прибор для измерения сплошности потока жидкости. // Измерительная техника. 1979. № 3, с. 40-41.

12. Радиоволновые датчики. Теория и принципы построения. Сборник трудов. М.: Институт проблем Управления. 1983. с 65.

13. Оптическая и СВЧ дефектоскопия. М.: Машиностроение, 1981, 53 с.

14. Приборы для иеразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник под редакцией В.В. Клюева. М.: машиностроение, 1976. 391 с.

15. Кричевский Е.С. Высокочастотный контроль влажности при обогащении полезных ископаемых. М.: недра, 1972,215 с.

16. А.С. СССР № 386280. Устройство для измерения температуры вращающихся объектов. Д.И. Аркадьев, A.M. Ким, Б.М. Мишикис. // Открытия, изобретения. 1973, №26.

17. Федоткин И.М., Клочков В.П. Физико-химические основы влагометрии в пищевой промышленности. К.: Техника, 1974, 308 с.

18. А.С. СССР № 632910. Уровнемер. В.П. Марфин, В.Г. Пошелюжный, В.И. Кузнецов и др. // Открытия, изобретения. 1978, №22.

19. Исматуллаев П.Р. Сверхвысокочастотная влагометрия // Сборник «Измерения, контроль, автоматизация» 1989. т. 4 (72). с. 22-31.

20. А.С. СССР № 1446480. Способ определения количества вещества. / Совлуков А.С., Фатеев В .ЯЛ Открытия. Изобретения. 1988. № 47.

21. Алексанян Г.Г., Лункин Б.В., Мишенин В.И. Контроль жидкого металла в металлургическом производстве. // Измерения, контроль, автоматизация, М.: ЦНИИТЭ и приборостроения, 1980, № 3-4, с. 23-29.

22. Ринкевичус Б.С. Лазерная анометрия. М.: Энергия, 1978. 158 с.

23. Демин В.А., Северинов А.Д., Пятибратов И.В. и др. Инвариантные высокочастотные уровнемеры криогенных сред // Приборы и системы Управления. 1980, № 8. С 18-19.

24. А.С. СССР №1666935. Способ диагностирования двигателя внутреннего сгорания. /А.С. Совлуков // Открытия. Изобретения. 1991, № 28.

25. А.С. СССР № 1476317. Способ измерения уровня жидкого металла. /А.С. Совлуков // Открытия. Изобретения. 1989, № 16.

26. А.С. СССР № 1497531. Способ определения влажности диэлектрического вещества. /А.С. Совлуков // Открытия. Изобретения. 1989, № 28.

27. А.С. СССР № 1638558. Датчик уровня диэлектрического вещества. /Ахобадзе Г.Н., Совлуков А.С. // Открытия. Изобретения. 1991, №12.

28. Носов Г.Р. Высокочастотный контроль в горном деле. М.: недра, 1978, 137 с.

29. Кричевский Е.С., Волченко А.Г., Галушкина С.С. Контроль влажности твердых и сыпучих материалов. М.: Энергоиздат., 1987, 136 с.

30. А.С. СССР № 896418. Устройство для измерения массового расхода жидких и сыпучих сред. / Викторов В.А., Ахобадзе Г.Н. // Открытия. Изобретения. 1982, № 1.

31. А.С. СССР № 980004. Устройство для измерения скорости потока среды. / Викторов В.А., Ахобадзе Г.Н. // Открытия. Изобретения. 1982, № 45.

32. Лункин Б.В., Ахобадзе Г.Н., Эфендиев И.М. Устройство счета штучных изделий на конвейере. // Механизация и автоматизация, 1986, № 8, с.23.

33. Викторов В.А., Ахобадзе Г.Н. Вопросы оценки точности микроволновых датчиков скорости потока. // Измерительная техника, 1988, № 8, с. 24-26.

34. А.С. СССР № 1257409. Устройство для измерения массового расхода вещества. / Ахобадзе Г.Н., Совлуков А.С. // Открытия. Изобретения. 1986, №34.

35. А.С. СССР № 130961. Устройство для счета штучных изделий, переносимых конвейером. / Лункин Б.В., Грошев В.И., Ахобадзе Г.Н. и др. // Открытия. Изобретения. 1987, № 17.

36. А.С. СССР № 1584558. Устройство для измерения параметров потока жидкости. / Ахобадзе Г.Н. // не публикуется.

37. А.С. СССР № 1520351. Способ определения массы сыпучего материала в емкости и устройство для его осуществления. / Костров В.П., Плотников Н.М., Ахобадзе Г.Н. и др. // Открытия. Изобретения. 1989, № 41.

38. А.С. СССР № 1069514. Доплеровский сверхвысокочастотный измеритель скорости потока среды. / Лункин Б.В., Шубладзе A.M., Ахобадзе Г.Н. и др. // не публикуется.

39. А.С. СССР № 1377519. Устройство для измерения оптической плотности дымовых газов. / Ермаков В.В., Попов В.А., Ахобадзе Г.Н. и др. // Открытия. Изобретения. 1988, № 8.

40. Патент 4813270. США, НКИ: 73-61. System for measuring multiphase fluid flow. // L.A.Baillie. 1989.

41. Mahabl C., Kobayashi A., Kusaka T. Et al Fm radar based on a new midulation method for a level measurement in a converter.// Proceedings of the 11th triennial world congress of the IMEKO. Sensors 1988. P. 491-496.

42. Delander D.M., Balanis C.A., Kazowsky L.G. Microcomputer based signal processor for short range FM radar. // IEEE transactions on Instrumentation and Measurement. 1986. VoL. IM-35, № 1, p.71-74.

43. Kraszewski A.W. Microwave aquametryneeds and perspectives. // IEEE transactions on Microwave Theory and Techniques. 1991. VoL 39. № 5. P. 828-835.

44. Патент № 4604898 США, НКИ: 73-701. Pressure measuring device. / G. Gohin, H. Lebeond. 1986.

45. Happe A. Intelligent measurements for cars. // Measurement. 1987. VoL 5. №2. p.69-79.

46. Bailie L.A., Hsu F.H., Yang Y.S. Multiphase fluid flow measurement systems and methods. // L.A. Bailie, F.H. Hsu, Y.S. Yang. 1988.

47. King N.M. Multiphase flow measurement at NEL. // Measurement and control. 1988. VoL. 21 №8. P. 237-239.

48. Toropaiwave A., Vaihikaihen P., Nyfors E/ Microwave humidity sensors for difficult environmental conditions. // Proceedings of the 17th European microwave conf. 1987. P. 887-891.

49. A high accuracy microwave ranging system for industrial application. Woods G.S. IEEE Trans. Instrum. and Meas., 1993,42. № 4. P. 812-816.

50. Fullstandmessung mit Impult lanfzeitverfahzen. Heim M., tm. 1997, 64, № 5, p. 196-199.

51. Пчельников Ю.Н. Радиоволновый метод измерения уровня жидкости. //Измерительная техника. 2000. № 1. С. 36-40.

52. Beruhrungslose kontnnirlirhe, Fiillstandsmessung mit Microwellen. Ranzke R. Messen und prifen, 1990,26, №4. P. 181-184.

53. Дзилиев А., Хасянов А., Потапов А. Радарные уровнемеры промышленного назначения. // Электроника: наука, технология, бизнес 3-4 /1998. С. 35-37.

54. Хаблов Д.В. Частотно фазовый метод дистанциошюго контроля перемещений. // В кн.: Исследование динамических свойств распределительных сред. Сборник трудов: М.; Институт физико-технических проблем, 1989. С. 123127.

55. А.С. № 1615621 СССР. Способ измерения скорости неоднородного потока вещества и устройство для его осуществления. / Совлуков А.С. // Открытия. Изобретения. 1991, №47.

56. А.С. № 1659730 СССР. Способ измерения уровня вещества и устройство для его осуществления. / Совлуков А.С. // Открытия. Изобретения. 1991 № 24.

57. А.С. № 1624263 СССР. Способ измерения расхода диэлектрического вещества и устройство для его осуществления. / Совлуков А.С. // Открытия. Изобретения. 1991, №4.

58. Буренин П.В., Купрянов В.А., Черномырдин С.И. Радиолокационные импульсные уровнемеры. // Приборы и системы Управления. 1996, № 10. С. 31-34.

59. Лункин Б.В., Мишенин В.И. Радиочастотный датчик с чувствительным элементом на базе конструкции объекта контроля. // Приборы и системы Управления. 1998. С. 25-27.

60. Патент 437333 фрг, мкм6, G01F23/28. Verfahren Zur Messung des Fiillstandes einer Flussigkeit in eihem Behatler nach dem Radarprinzip. / Pol Rohald. 1995.

61. Лункин Б.В., Востриков И.С., Криксунова H.A. Принцип построения чувствительного элемента радиоволнового датчика количества жидкости при ее произвольном распределении в сферическом баке. // Измерительная техника.1999, № 8. С. 34-38.

62. Патент 2144203 Россия. Способ измерения расстояния до объекта и устройство для его осуществления. / Растопов С.Ф. // Открытия. Изобретения.2000, № 1.

63. Патент 4404745 фрг, мки6, G01F23/28 Fullstandsmipvorrichtung und deren Verwendung/ Fehrebach Josef, VEGA Grieshaber K.G. 1995.

64. Gefuhrte Microwellen messen Fiillstande in schuttgutern// Techn. Mess. 1999. 66, №4-c. 170.

65. Mikrowollensensor zur schlipffreien und leriihrungslosen Geschwindigkeitsmessung/Kirsttitterklans, Kohler Jurgen//Automobiltechn. z. 1996. - 1998, № 11 -c. 630, 632-643.

66. Заявка 19641036 Германия, мпк6 G01F23/284. Mit Mikrowellen arbeitendes FullstandsmePgerait/EckertM.; опубликовано 1998.

67. Головко В.И., Кукушкин О.П., Потапов А.В. и др. Система для измерения уровня ванны в конверторе. // Электронная техника, серия 1, СВЧ техника, выпуск 1 (471), 1998. С. 17-25.

68. Дзилиев А.П., Кузнецов Ю.И., Колесниченко Н.Н. и др. Радиолокационный измеритель скорости движения локомотива. // Электронная техника, серия 1, СВЧ техника, выпуск 1 (471), 1998. с. 56-64.

69. Патент 5315880 США, мки5 G01F1/66. Method for measuring fluid velocity by measuring the doppler frequency shift or microwave signals/ Bailey Michallr; Henry Filters 1994.

70. A.C. № 1839234 СССР. Датчик расхода двухфазных криопродуктов. / Архаров A.M., Гречко А.А., Жердев А.А. и др. // Открытия. Изобретения. 1993, № 47-48.

71. А.С. № 1839232 СССР. Способ измерения массового расхода пульпы. / Пчельников Ю.Н., Яворский М.А., Дымшиц P.M. и др. // Открытия. Изобретения. 1993, № 48-47.

72. Абрасимова Е.Б., Лабутин С.А., Никулин С.М. и др. Амплитудный СВЧ -влагомер твердых и сыпучих материалов. // Измерительная техника. 1996, №11. С. 59-62.

73. Логинов В.И., Бугров А.В., Осетров С.А. /Измеритель влажности водонефтяных эмульсий. // Приборы и системы управления. 1997, № 4. С. 39-41.

74. Гвоздыев В.И., Кузаев Г.А., Линев А.А. и др. Датчик для измерения диэлектрической проницаемости среды в замкнутых системах. //Измерительнаятехника. 1996, № 1. С. 44-45.

75. Dielectric Property Measurements of Materials using the Cavity technique. / Baysar A., Kuester J.L. // IEEE Irans on microwave theory and techniques, 1992; 40, № 11. C. 2108-2110.

76. Касимов Э.Р., Садыхов M.A., Касимов P.M. и др. Метод измерения свойств сильнопоглащающих веществ в диапазоне СВЧ. // Измерительная техника. 1999, № 5. С. 45-47.

77. Матвейчук В.Ф. Метод волноводно-диэлектрического резонатора для точного измерения электромагнитных параметров материалов на высоких частотах. // Измерительная техника. 1999, № 6. С. 62-66.

78. Пчельников Ю.Н., Елизаров А.А. Применение замедляющих систем для радиоволнового контроля влажности материалов. // Измерительная техника.1995, №7. С. 61-63.

79. Гвоздев В.И., Иовдальский В.А., Линев А.А. Фазовый метод контроля диэлектрической проницаемости различных сред. // Измерительная техника.1996, № 4. С. 53-54.

80. Елизаров А.А. Применение волновода по слоистым заполнением для технологического контроля проводимости жидких сред. // Измерительная техника. 1998, № 5. С. 64-66.

81. Патент № 2108567 Россия, мпк6 G01N22/00. Устройство для измерения сплошности потоков криопродуктов. / Гречко А.Г., Архаров A.M., Архаров И.А. и др. // Открытия. Изобретения. 1998,№ 10.

82. Уваров И.А., Черкасов А.С. Прибор для измерения концентрации растворов. // 52 науч. сес. посвящ. дню радио, (Москва, 1997); Тез. докл. Ч. 2. М., 1997. С. 33.

83. Садкова О. В., Никулин С.М. Экспресс контроль влагосодержания и загрязнения нефтепродуктов СВЧ - методом с контролируемой точностью. // Изв. Вузов Радиоэлектроника- 1993. - 42, № 3-4. С. 49-54.

84. Патент 5313167 США, мки6 F26133/34. Moisture measurement apparatus? System and method utilizing microwave or high frequency energy. Marshall № 1994.

85. Пчельников Ю.Н. О возможности использования цилиндрической спирали для контроля сплошности сред. // Измерительная техника. 1995, № 10. С. 61-62.

86. Андрейчиков Б.И., Вейнов В.В. Точностные характеристики спирали для контроля сплошности сред. // Измерительная техника. 1995, № 10. С. 61-62.

87. Nondestructive microwave characterization for determining the bulk, density and moisture content of shelled corn. / Trabelsi Samiz, Kraszewski AndrZe; Nelson stuart O. // Measurement Science and Technology. 1998 9, № 9. - c. 1548-1556.

88. Moisture measurement in masonry walls using a noninvasive reflectometer. / Hanschild Т., Menke F. // Electron. Left 1998. - 34, № 25. C. 2413-2414.

89. Патент 5502393 США, мпк6 G01R27/32. Densitometer using a microwave. // Yamaguchi Seiji, 1996.

90. Головко В.И., Стебунов В.П., Потапов А.В. и др. Определение влажности огнеупорных металлургических материалов микроволновым скатерометром. // Электронная техника, серия 1, СВЧ техника, выпуск 1 (471) 1998 - с. 32-39.

91. Microwave apparatus and method for measuring fluid mixtures: Pat. abstr. / Scott Bentley N., Yang Y. Sam // IEEE Microwave and Guided Wave Left. 1992. - 2, № 2. - c. 94.

92. Усанов Д.А., Скрыпник А.В. Физика работы полупроводниковых приборов в схемах СВЧ. Саратов; издательство Саратов. Ун-та, 1999. 376 с.

93. А.С. СССР № 1677185. Способ измерения толщины металлического листа и датчик для его осуществления. / Совлуков А.С. // Открытия. Изобретения. 1991, №35.

94. A microwave technique for online monitoring and control of dust layer thickness inside electrostatic precipitators / Bramanti M., Mattachini F., Nardi V., Gagliardi G. // J. Microwave Power and Electromagn. Energy. 1999. - 34, № 2.

95. Любецкий H.B., Михнев B.A., Дешенко Г.Н. Микроволновый бесконтактный измеритель вибрации вращающихся изделий. // Техническая диагностика и неразруш. Контроль 1998-№2. С. 55-57, 86, 88.

96. Дешенко Г.Н. Контроль толщины бетонных конструкций с использованием СВЧ излучений переменной частоты. // Техническая диагностика и неразруш. Контроль 1998.-№2. С. 37-41, 86, 88.

97. Лебедев А.А., Лобойко Б.Г., Филин В.П. и др. Радиоволновый метод измерения скорости горения взрывчатых материалов в герметичном объеме. // Химическая физика, 1998 17, № 9. С. 129-131.

98. Рябчий В.Д., Кошевой А.Ю. Датчик силы на основе СВЧ резонатора. // Днепропетровский гос. ун-т. - Днепропетровск, 1999 - 10 стр. Ден в ГНТБ Украины 04.01.1999,№15-УК99.

99. Никитин А.А., Шаповалов А.С. Радиоволновый СВЧ датчик вибрации. // Акуст. пробл. электр. приборостр. Тез. докл. междун. научно-техн. конф., Саратов, 10-12 сентябрь, 1996 ч. 2 Саратов, 1999. С. 17.

100. Шипков А.А. Использование радиоволнового метода в системе измерения толщины изоляции жилы секторной формы силового кабеля типа АВВГ и ВВГ. // Матер. Москов. Конфер. «Студ. науч. Осень 94» Москва, 1-3 ноября, 1994 ч. 2.-М., 1995. С. 91-95.

101. Максимович Е.С., Таханович С.А. / Использование волнового метода для контроля однородности легковесных заполнителей. // Ред. Журнала изв. АН Беларуси сер. Физ-техн. Н Минск. 1996. - 15с. - Ден в ВИНИТИ 16.10.96, № 3037 - В96.

102. Патент фрг 4342288, мпк6 G1N22/00. Reflektometer mit Auswerteeinheit zur vermessung und / oder Uberachung von langeiehen objekten / lindner K., Daimler-Benz Aerospace A.G. Опубликовано 1995.

103. Development of microwave counter of paper sheets / Nakayama Shigern // Jap. J. Appl. Phys. Pt 1. 1994. - 33, № 11 - c. 6379-6382.

104. Рудницкий В.И., Костров В.П., Александрова И.А. Измерение степени загрязнения масла СВЧ методом. // Электрооборудование пром. установок, Нижегород. гос. техн. ун-т. - Н. Новгород, 1994.-е. 131-133.

105. Патент РФ № 2052796 мки6 0011122/00. Устройство для контроля внутренних размеров металлических труб. / Куров И.Е., Гершензон Е.М., Пушылов П.А. и др. // Открытия. Изобретения. Бюл. № 2, 1996.

106. Лункин Б.В., Ахобадзе Г.Н., В.М. Гришаков и др. Устройство распознавания механических дефектов на поверхности консервных банок. // Механизация и автоматизация производства. 1991, № 2. С. 21-23.

107. Ахобадзе Г.Н., Плотников Н.М., Ходыкин В.В. Автоматизация монолитного домостроения на основе микроволновых средств контроля процессов укладки и уплотнения бетонной смеси. // автоматизация и современные технологии, 1996, № 10. С. 2-5.

108. А.С. СССР № 1395998. Способ определения порозности кипящей порошкообразной среды. / В.В. Ермаков, В.А. Попов, Г.Н. Ахобадзе и др. // Открытия. Изобретения. 1988, № 18.

109. А.С. СССР № 1377683. Устройство для измерения порозности кипящих порошкообразных сред. / В.В. Ермаков, В.А. Попов, Г.Н. Ахобадзе и др. // Открытия. Изобретения. 1988, №8.

110. Ахобадзе Г.Н. Микроволновое устройство для счета штучных изделий. // Тез. Доклад научно технической конференции « Измерительные системы, приборы и преобразователи в гибких переналаживаемых комплексах», М.: 1987.

111. Ахобадзе Г.Н., Ермаков В.В., Курашкина JT.M. Контроль порозности кипящего слоя в котлоагрегате с использованием СВЧ излучения. // Тез. доклад Всесоюзной научно - технической конференции « Неразрушающие физические методы и средства контроля», М.: 1987.

112. А.С. СССР № 1523975. Устройство для измерения порозности кипящего слоя порошкообразных сред. / Ермаков В.В., Ахобадзе Г.Н., Попов В.А. и др. / Открытия. Изобретения. 1989, №43.

113. Ахобадзе Г.Н. Микроволновый датчик контроля герметичности консервных банок. // Тез. доклад Всесоюзной научно технической конференции « Измерительная и вычислительная техника в управлении производственными процессами в АПК», Л.: 1988.

114. Патент РФ № 1643997. Устройство для градуировки измерителя порозности кипящего слоя. / Ермаков В.В., Ахобадзе Г.Н., Фадеев С.А. и др. // Открытия. Изобретения. 1991, № 15.

115. Ахобадзе Г.Н., Петелин В.П. Микроволновые датчики наличия движущихся по конвейеру штучных изделий. // Сборник научных трудов «Автоматизация технологического и энергетического оборудования в рыбной промышленности». Калининград, 1989. С. 92-96.

116. Ахобадзе Г.Н., Петелин В.П. СВЧ датчик контроля герметичности закатанных банок. // Сборник научных трудов «Автоматизация технологического и энергетического оборудования в рыбной промышленности», Калининград, 1989, с. 96-101.

117. Ахобадзе Г.Н., Ермаков В.В. использование микроволнового излучения для измерения порозности кипящего слоя в котлоагрегате. //Механизация и автоматизация производства, 1991, № 12, с. 14-16.

118. Ахобадзе Г.Н. Микроволновые датчики герметичности и счета штучных изделий. // Тез. доклад к межд. научно техн. конферен. «Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве», Углич, 1995, с. 157-158.

119. Ахобадзе Г.Н. Особенности отражения кипящего слоя, облученного электромагнитными волнами. // автоматизация и современные технологии, 1996, № 1, с. 2-5.

120. Ахобадзе Г.Н. О принципах построения микроволновых датчиков уровня расплавленного металла. // Автоматизация и совремешше технологии, 1997, № 5, с. 6-10.

121. Ахобадзе Г.Н. Принципы построения микроволновых датчиков наличия, счета и идентификации движущихся по конвейеру объектов. // Автоматизация и современные технологии. 1999, № 6. С. 2-6.

122. Патент РФ № 2150747. Устройства для счета штучных изделий, перемещающихся по конвейеру. / Ахобадзе Г.Н. // Открытия. Изобретения. 2000, № 16.

123. Ахобадзе Г.Н. О возможности измерения некоторых физических параметров на основе инфракрасного излучешм. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2003, № 9. С. 27-30.

124. Патент РФ № 2120606. Способ определения герметичности закупоренных банок. / Ахобадзе Г.Н. // Открытия. Изобретения. 1998, № 29.

125. Патент РФ № 2120610. Устройство для измерения уровня расплавленного металла. / Ахобадзе Г.Н. // Открытия. Изобретения. 1998, № 29.

126. Ахобадзе Г.Н. Разработка радиоизмерительной установки для исследования подвижных объектов. // Сборник трудов ИПУ «Закономерность и проявление подвижности объекта и развитие методов обнаружения, контроля и измерения», выпуск 1, Москва, 1993, с. 79-84.

127. Ахобадзе Т.Н., Плотников Н.М., Киргизов A.M. и др. /Система автоматизированного управления термообработкой бетона в монолитном домостроении // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2005, №2 с. 11-13.

128. Патент РФ № 2231773. Инфракрасный датчик концентрации пылегазовых веществ в трубопроводах. / Ахобадзе Г.Н. // Открытия. Изобретения. 2004, №8.

129. А.С. СССР № 1704060. Устройство для обнаружения механических дефектов. / Б.В. Лункин,Г.Н. Ахобадзе, И.М. Эфендиев и др. // Открытия. Изобретения. 1992, № 1.

130. Фрадин А.З. Антенно-фидерные устройства. М.: связь, 1977,440 с.

131. Фрадин А.З. Квадратный пирамидальный рупор с одинаковыми диаграммами направленности в Е и Н плоскостях. // Электросвязь, 1961, № 9, с. 39-43.

132. Хотунцев Ю.Л., Тамарчак Д.Л, Синхронизированные генераторы и автодины на полупроводниковых приборах. М.: Радио и связь, 1982, 240 с.

133. Вайнштейн Л.А. Открытые резонаторы и открытые волноводы. М.: Советское радио, 1966,476с.

134. Сканави Г.И. Физика диэлектриков (область слабых полей). М. Л., ГИТТЛ, 1949, 50 с.

135. Ермаков В.В., Лункин, Миронов Э.А. и др. Электрофизические свойства псевдоожиженных металлических порошков, покрытых окисной пленкой. / депонированная статья в ВИНИТИ, per. № 2686 80, 01.10.1979.

136. Бендат Дж., Пирсол Л. Измерение и анализ случайных процессов: перевод с англ. М.: Мир, 1974,464с.

137. Давенпорт В.В., Рут В.Л. Введение в теорию случайных сигналов и шумов: перевод с англ. М.: иностранная литература, 1960,468 с.

138. Левин Б.Р. Теория случайных процессов и ее применение в радиотехнике, М.: сов. радио, 1957,496с.

139. Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов, М.: Энергия, 1972,456с.

140. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов: перевод с англ., М.: Мир, 1978.848с.

141. А.С. СССР № 1257409. Устройство для измерения массового расхода вещества. / Г.Н. Ахобадзе, А.С.Совлуков. // Открытия. Изобретения. 1986, №34.

142. Ахобадзе Г.Н. О возможности построения преобразователя с помощью фотоемкости и отрезка длинной линии. // Автоматизация и современные технологии, 1996, № 2, с. 7-11.

143. Рудницкий В.И., Ахобадзе Г.Н., Костров В.П. и др. Сверхвысокочастотные датчики расхода цемента с корреляционной обработкой сигналов. //межвузовский сборник научных трудов «Электрооборудование промышленных установок». Горький, 1988, с. 85-92.

144. Лункин Б.В., Ахобадзе Г.Н. Радиоволновый датчик расхода топлива для легковых автомобилей. // Автоматизация и современные технологии. 1993, № 1.С. 10-12.

145. Патент РФ № 1753281. Устройство для измерения массового расхода вещества. / Ахобадзе Г.Н., Н.М. Плотников, А.С. Совлуков. // Открытия. Изобретения. 1992, № 29.

146. Патент РФ № 2017070. Устройство для измерения расхода топлива. /Ахобадзе Г.Н., Эфендиев И.М. // Открытия. Изобретения. 1994, № 14.

147. Ахобадзе Г.Н. / Принципы построения микроволновых датчиков влажности. // Тезисы докл. к Всесоюзной конференции «Измерения и контроль при автоматизации производственных процессов» («ИКАПП 91»), часть 1, 1991, Барнаул, с. 130.

148. Ахобадзе Г.Н., Плотников Н.М. / Разработка микропроцессорного корреляционно-экстримального расходомера цемента при пневмотранспортировании. // автоматизация и современные технологии, 1993, № 1. С. 2-5.

149. Ахобадзе Г.Н. / Измерение физических параметров на базе микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты. // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2005, № 8, с. 44-48.

150. Патент РФ № 2051540. Устройство для измерения скорости потока вещества в трубопроводе. / Ахобадзе Г.Н. // Открытия. Изобретения. 1995, № 36.

151. Патент РФ № 2070721. Устройство для измерения сплошности парожидкостного потока. / Ахобадзе Г.Н., Эфендиев И.М. // Открытия. Изобретения. 1996, № 35.

152. Патент РФ № 2090868. Способ определения сплошности потока жидкости в трубопроводе. / Ахобадзе Г.Н. // Открытия. Изобретения. 1997, № 26.

153. Ахобадзе Г.Н. Перспективы развития микроволновых принципов измерения влажности нефтепродуктов. // Автоматизация и современные технологии, 1998, № 9. с. 4-8.

154. Ахобадзе Г.Н. Использование анизотропии при разработке микроволновых принципов измерения сплошности потоков. // Автоматизация и современные технологии, 1998, № 10, с. 2-6.

155. Патент РФ № 2131600. Способ определения влагосодержания нефтепродукта в диэлектрическом трубопроводе. / Ахобадзе Г.Н. // Открытия. Изобретения. 1999, №16.

156. Патент РФ № 2135984. Способ определения влагосодержания потока нефти одного месторождения. / Ахобадзе Г.Н. // Открытия. Изобретения. 1999, №24.

157. Патент РФ № 2199731. Устройство для определения влажности нефтепродуктов в трубопроводе. / Ахобадзе Г.Н. // Открытия. Изобретения.2003, № 16.

158. Ахобадзе Г.Н. Возможности микроволнового и инфракрасного диапазонов волн для измерения влагосодержания в нефтепродукте. // Датчики и системы,2004, № 4, с. 19-23.

159. Ахобадзе Г.Н. Использование анизотропии для измерения сплошности неоднородных веществ в трубопроводах // Тезисы докладов 5-ой Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и проблемы технических измерений», 24-26 ноября, 1998, Москва, с.222.

160. Патент РФ №2213342. Инфракрасный датчик концентрации свободного газа в потоке нефти / Ахобадзе Г.Н. // Открытия. Изобретения. 2003, №27.

161. Ахобадзе Г.Н. Принцип измерения влагосодержания в нефтепотоке на основе двух разных по характеру изменения сигналов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, 2004, №2, с.38-41.

162. Патент РФ №1670543. Устройство для измерения оптической плотности газов с включениями / Ермаков В.В., Ахобадзе Г.Н., Емельянов В.А. и др. // Открытия. Изобретения. 1991, №30.

163. Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов /под ред. Е.С. Кричевского. М.: Энергия, 1980,240 с.

164. Гольдштейн Л.Д., Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны. М.: Советское радио, 1971,664с.

165. Брандт Л.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М.: Физматгиз, 1963,404с.

166. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. T.l. М.: Высшая школа, 1970, 440 с.

167. Теоретические основы радиолокации / под ред. В.Е. Дулевича. М.: Советское радио, 1978,607с.

168. Хиппель А.Р. Диэлекрики и волны. Пер. с англ. М.: Изд-во иностран.лит., 1960,438 с.

169. Мирский Г.Я. Электронные измерения. М.: Радио и связь, 1986, 440 с.

170. Розенберг В.И. Рассеяние и ослабление электромагнитного излучения атмосферными частицами. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 348 с.

171. Фелсен Л., Маркувин Н. Излучение и рассеяние волн. Т.1, Пер. с англ. М.: Мир, 1978, 547с.

172. А.С. СССР №1688120. Устройство для дискретного измерения уровня жидкости в резервуаре при его наполнении / Г-Н. Ахобадзе, Н.М. Плотников // Открытия. Изобретения. 1991, №40.

173. А.С. СССР №1717638. Устройство для определения плотности сахарного сиропа (клеровки) в трубопроводе / Г.Н. Ахобадзе, И.М. Эфендиев // Открытия. Изобретения. 1990, №9.

174. Ахобадзе Г.Н. Принцип построения радиоволнового измерителя плотности сахарного сиропа в трубопроводе // Автоматизация и современные технологии. 1992. №5. с. 4-6.

175. Ахобадзе Г.Н. Микроволновые принципы измерения физических параметров потоков на базе кольцевых резонаторов //Автоматизация и современные технологии. 2000. №12.с.28-33.

176. Ахобадзе Г.Н. Разработка микроволновых принципов измерения уровня жидкости в сосудах на основе двух несимметричных по геометрической длине волноводов // Автоматизация и современные технологии. 2001, №1. с.35-39.

177. Патент РФ №2194950. Устройство для определения расхода двухкомпонентных веществ в трубопроводе / Г.Н. Ахобадзе // Открытия. Изобретения. 2000, №35.

178. Патент РФ №2178151, Устройство для определения уровня жидкости в сосуде. / Г.Н. Ахобадзе // Открытия. Изобретения. 2002, №1.

179. А.С. СССР №1758077 Устройство для определения концентрации сгущаемых растворов сахарного производства / Г.Н. Ахобадзе, И.М. Эфендиев // Открытия. Изобретения. 1992, №32.

180. Ахобадзе Г.Н. Фазовое измерение физических параметров диэлектрических жидких потоков //Автоматизация и современные технологии. 1993, №5. с. 12-14.

181. Патент РФ №2173847. Устройство для определения плотности неполярных веществ в диэлектрическом трубопроводе / Г.Н. Ахобадзе // Открытия. Изобретения. 2001, №26.

182. А.С. СССР №1753281. Устройство для определения массового расхода вещества / Г.Н. Ахобадзе, Н.М. Плотников, А.С. Совлуков // Открытия. Изобретения. 1992, №29.

183. Ахобадзе Г.Н. Перспективы развития микроволновых принципов измерения расхода веществ // Автоматизация и современные технологии. 1999. №11. с.2-7.

184. Волошин З.С., Макаренко Л.П. Автоматизация свеклосахарного производства. М.: Пищевая промышленность, 1980,287 с.

185. Левин А.И., Помосов А.В. Лабораторный практикум по теоретической электрохимии. М.: Металлургия, 1979, 312 с.

186. Никольский В.В. Теория электромагнитного поля. М.: Высшая школа, 1964. 384 с.

187. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (Для научных работников и инженеров): Пер. с англ. М.: Наука, 1972. 832 с.

188. Stuchly S.S., Rzepecka М.А., Hamid М.А. A microwave open-ended cavity as a void fraction monitor for organic coolants // IEEE Transactions on industrial Electronics and Control Instrumentation. 1974. VoL. IECI-21, №2, стр. 78-80.

189. Зернов H.B., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей. М.: Энергия, 1965. 892 с.

190. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 1978, 535 с.

191. Большаков В.Д., Деймлих Ф., Голубев А.Н. и др. Радиогеодезические и электрооптические измерения. М.: Недра, 1985. 303 с.

192. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Сов. Радио. 1964. 695 с.

193. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1973, 752 с.