автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Волноводно-антенные неразрушающие методы определения магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов

003053263

На правах рукописи

ФЕДЮНИН ПАВЕЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ВОЛНОВОДНО-АНТЕННЫЕ НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ М АГНИТОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Специальность 05.11.13 -

Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Тамбов-2007

003053263

Работа выполнена в Тамбовском высшем военном авиационном инженерном училище радиоэлектроники (военном институте)

Научный консультант: Заслуженный работник высшей школы, доктор технических наук, профессор Дмитриев Дмитрий Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Авдеев Виктор Петрович

доктор технических наук, профессор Стальнов Петр Иванович

доктор технических наук, профессор Чернышева Татьяна Ивановна

Ведущая организация: ОАО Научно исследовательский институт

«Электромера», г. Санкт-Петербург.

Защита состоится «22» марта 2007 г в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.260.01 Государственного образовательного учреждения Тамбовского государственного технического университета по адресу: 392000 г.Тамбов, ул. Советская, 106, Большой зал.

Отзывы в двух экземплярах, скреплённые гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000 г. Тамбов, ул. Советская, 106, ТГТУ, ученому секретарю совета Д 212.260.01.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тамбовского государственного технического университета.

Автореферат диссертации разослан "АО " февраля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.А.Чуриков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Технический прогресс в различных отраслях промышленности (химической, нефтеперерабатывающей, лакокрасочной и т.д.) определяется совершенствованием известных и созданием новых технологий. Особое внимание уделяется исследованиям и разработкам методов и средств получения информации о параметрах технологических процессов и показателях качества материалов и изделий. Для повышения эффективности производства и качества выпускаемой продукции требуется получение значительного количества измерительной информации, а к средствам контроля предъявляются все более высокие требования по быстродействию и по точности.

Технология производства радиопоглощающих материалов и покрытий требует неразрушаюшего контроля магнитодиэлектрических (электрофизических) параметров дисперсных жидких и твердых материалов в течении всего цикла их синтеза, важнейшими из которых являются относительные диэлектрическая е и магнитная (1 проницаемости. Эти параметры связаны с другими физико-химическими и механическими характеристиками, определяющими состав и свойства жидких и твердых материалов.

В качестве примера можно привести гетерогенные дисперсные жидкие смеси с ферромагнитными (магнитодиэлектрическими) частицами (ФМЧ) -ферромагнитные жидкости (ФМЖ). Важнейшим параметром ФМЖ является концентрация частиц твердой фазы, от которой зависит не только согласование со свободным пространством по волновому сопротивлению ¿в и степень поглощения электромагнитной волны поглощающими материалами, но и качество некоторых красителей, зажигательных смесей, горючих и смазочных материалов, являющихся потенциально опасными, что требует полную бесконтактность проводимых измерений.

Необходимость развития теоретических и практических вопросов разработки автоматизированных комплексов микроволновых неразрушающих волноводно-антенных методов определения магнитодиэлектрических свойств материалов и изделий в процессе их производства и эксплуатации обусловлена:

а) отсутствием высокоточных быстродействующих методов контроля параметров жидких гиромагнитных материалов в процессе их производства;

б) созданием устройств оперативного контроля электрофизических параметров различного рода покрытий, в том числе неотражающих и поглощающих, в процессе их нанесения и финишного контроля;

в) отсутствием теоретических основ проектирования микроволновых волноводно-антенных устройств контроля заданного состава и свойств диэлектрических и магнитодиэлектрических материалов и изделий;

г) отсутствием решения задачи адаптивного согласования микроволновых волноводно-антенных первичных измерительных преобразователей (ПИП) магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов и покрытий с нагрузкой;

д) тем, что все известные микроволновые методы определения магни-тодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов лабораторные, не автоматизированные и направлены на решение задан измерения параметров лишь специально подготовленных образцов твердых материалов.

Анализ известных волноводно-антенных методов контроля материалов и изделий показал, что все они имеют следующие недостатки:

- отсутствует обшая методика расчета информативных параметров микроволновых ПИП с учетом деформации структуры одномодового поля по зоне взаимодействия и методические основы их проектирования;

- отсутствует методика выбора спектра рабочих мод и алгоритмическое обеспечение их реализации и смены;

- материалы принято считать средами с малыми потерями, в действительности такие допущения приводят к большим погрешностям измерений комплекса характеристик реальных материалов;

- антенная система считается источником плоской волны в дальней зоне (ДЗ) и не учитывается, что реальная антенна обладает ДН конечной ширины, а также не учитывается распределение мощности на поверхности контролируемого материала;

- во всех известных микроволновых методах сканирования поверхности материала применяются апертурные излучатели с механическим качанием луча и две разнесенные приемно-передающие антенны, требующие синхронной настройки по углу падения, нет одностороннего доступа к контролируемому материалу;

- не учитываются конечные размеры антенной системы;

- не учитывается топология неоднородности реальной поверхности, обусловленная конечными величинами стохастической шероховатости и искусственных поверхностных неоднородностей, а также переменный радиус кривизны поверхности;

- отсутствуют методы и устройства измерения магнитной проницаемости ц жидких сред и твердых материалов конечной толщины (кроме не локальных индуктивных датчиков «полубесконечных» материалов), а также волнового сопротивления ¿в.

Все перечисленное выше ставит необходимость решения задачи разработки волноводно-антенных неразрушающих методов определения параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических материалов актуальной.

Цель работы: теоретическое и практическое решение проблемы создания комплекса микроволновых волноводно-антенных неразрушающих методов определения магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов в процессе их производства и эксплуатации.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих научно-технических задач:

- анализ современного состояния измерений электрофизических, концентрационных и геометрических параметров жидких и твердых материалов;

- теоретическое и экспериментальное исследование эффектов взаимодействия электромагнитного поля микроволновых излучений с жидкими и твердыми материалами и разработка на их основе единого теоретического подхода к созданию новых микроволновых методов неразрушающего контроля магнитодиэлектрических параметров контролируемых материалов;

- разработка микроволновых волноводно-антенных методов неразрушающего контроля магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов.

Диссертационная работа посвящена решению указанных задач и выполнена в рамках научно-технической программы Министерства образования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» на 2003-2004 г.г.. и на основании «Основных направлений развития вооружения и военной техники ВВС на период до 2010 года» и Планов НИОКР ВВС на периоды до 2000 и 2005 г.г.

Методы исследований базируются на применении теории макроскопической электродинамики, математического и машинного моделирования, теории антенно-фидерных устройств, измерений и метрологии.

Научная новизна. В результате теоретических и экспериментальных исследований эффектов взаимодействия электромагнитного поля микроволновых излучений с жидкими и твердыми материалами (магнитодиэлектрики с потерями) получены следующие научные результаты:

- предложен единый теоретический подход к созданию быстродействующих волноводно-антенных методов неразрушающего контроля состава и свойств магнитодиэлектрических материалов, базирующийся на единой методике расчета информативных параметров микроволновых ПИП (метод эквивалентных реактивных параметров - МЭП), учитывающей деформацию од-номодовой структуры поля по зоне взаимодействия, перераспределение поверхностных токов и зарядов; на основе МЭП разработаны адекватные модели комплекса методов и устройств измерения параметров жидких сред.

- теоретически и экспериментально обоснован и разработан метод микроволнового неразрушающего контроля магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов, в том числе фрактальных, через параметры поверхностной медленной волны, обеспечивающий высокую точность и локальность измерений - микроволновая интроскопия поверхностной медленной волной;

- разработан бесконтактный микроволновой термовлагометрический метод, базирующийся на электрофизическом взаимодействии управляемого по частоте и направлению электромагнитного поля с влажным материалом, при одностороннем доступе - микроволновая термовлагометрия;

- разработаны методы измерения магнитодиэлектрических свойств жидких ферромагнетиков, в основу которых положены эффекты распространения бегущих электромагнитных волн в жидких намагниченных средах и взаимодействия ферромагнитных дисперсных жидких сред с суперпозицией бегущего микроволнового электромагнитного поля и внешнего квазипостоянного

магнитного поля (подмагничивания) - компенсационные методы измерений: стабилизация измеряемого параметра компенсацией изменения информативных параметров ферромагнитных жидкостей величиной и направлением вектора Н квазипостоянного магнитного поля, что позволяет определять их дисперсно-доменный состав.

Практическая ценность. Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что:

- разработан комплекс устройств, реализующих неразрушающие волно-водно-антенные методы определения магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов в процессе их производства и эксплуатации, позволяющих повысить точность и оперативность контроля;

- на основе теоретических результатов разработаны устройства микроволновой термовлагометрии радиопрозрачных материалов и поглощающих покрытий;

- разработан комплекс устройств, алгоритмическое и метрологическое обеспечение микроволнового неразрушающего контроля магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов и Интроскопии неоднородно-стей фрактальных поверхностей по пространственной картине распределения дисперсии отклонения коэффициента ослабления поля поверхностной волны от его математического ожидания.

Реализация результатов. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в в/ч №44386 (Военно-научный комитет ВВС МО РФ) в комплексе НИР: №29617 "Резонатор-95", №29750 "Резонатор-97", №20038 "Замедление-99", №20314 "Поверхность", №20313 "Стержень", выполненных на основании «Основных направлений развития вооружения и военной техники ВВС на период до 2010 года» и «Планов НИ-ОКР ВВС» на периоды до 2000 и 2005 г.г. Результаты теоретических и экспериментальных исследований прошли промышленные и полевые испытания и внедрены в в/ч №15401 (г. Смоленск, 2006), в ОАО "Завод подшипников скольжения" (г. Тамбов, 2006), ОАО «Тамбовполимермаш» (г. Тамбов, 2006), ООО «Тамбовэнергонефть» (г. Тамбов, 2005),ООО «Тамбовалюминийком-плект» (г. Тамбов, 2006), ТЦ «Хамелеон» (г. Тамбов, 2006).

Материалы диссертационной работы используются в учебных курсах и научно-исследовательской практике Тамбовского высшего военного авиационного инженерного училища радиоэлектроники (военный институт) и ВВИА им. проф Н.Жуковского (г. Москва).

Апробация работы. Основные научные и практические результаты работы докладывались на: I, V, VI, VII, VIII, IX Всероссийских научно-технических конференциях «Состояние и проблемы измерений» МГТУ им. Баумана (Москва,1994, 1998, 1999, 2000, 2002, 2004 г.г.); III Международной теплофизической школе «Новое в теплофизических свойствах» (Тамбов, 1998 г.); Российской электрохимической школе «Новейшие достижения в области электрохимических методов анализа» (Тамбов, 1995 г.); 4, 5, 6, 7, 8 Всероссийских научно-технических конференциях «Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического моделирования»

(Тамбов, 1995, 1997, 2000, 2004, 2006); V Научной конференции (Тамбов. 2000 г.); IV Международной теплофизической школе «Теплофизические измерения в начале XXI века» ТГТУ (Тамбов, 2001); И, IV, Международной научной конференции «Измерения, контроль, информатизация» Алтайский ГТУ (Барнаул, 2001, 2003); 14, 15, 16, 18 Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (Смоленск, 2001 г.; Тамбов, 2002 г.; С.Петербург, 2003 г.; Казань, 2005 г.); Всероссийской научно-технической конференции «Информационные системы и технологии - ИСТ-2002» (Н.Новгород, 2002 г.); XIII, XIV Всероссийская научно-технической конференции «Проблемы повышения боевой готовности, боевого применения, технической эксплуатации и безопасности полетов и J1A с учетом климатографических условий Сибири, Забайкалья и Дальнего Востока» (Иркутск, 2003, 2005); Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» (Воронеж, 2003 г.); Международной научной конференции «Наука на рубеже тысячелетий» (Тамбов, 2004 г.); V Международной теплофизической школе «Теплофизические измерения при контроле и управлении качеством» (Тамбов, 2004 г.); Второй Международной заочной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии развития» (Тамбов, 2005 г.); Международной научно-практической конференции «Качество науки - качество жизни» (Тамбов, 2006 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 132 работы, в том числе 3 научных монографии, 16 патентов РФ и 2 положительных решения на выдачу патента РФ на изобретения, 41 работа опубликована в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования России.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа содержит введение, 5 глав и заключение. Изложена на 316 страницах машинописного текста. Включает 98 рисунков, 13 таблиц, 217 наименований литературы, приложения (акты внедрения и промышленных испытаний, таблицы, схемы и другие материалы на 187 страницах).

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи, раскрыты научная новизна и практическая значимость, приведены результаты апробации работы. Сформулированы результаты исследований, выносимые на защиту.

В первой главе произведен анализ современного состояния вопроса измерения электрофизических, концентрационных, геометрических и технологических параметров жидких и твердых материалов. Контроль электрофизических параметров гетерогенных и гомогенных жидких сред в микроволновом диапазоне обусловлен следующим:

- необходимостью знания свойств гомогенных или гетерогенных дисперсных жидких сред в сантиметровом диапазоне длин волн;

- проявлением гиромагнитных свойств гетерогенными жидкими средами, содержащими частицы поглотителей и магнитодиэлектриков, в микровол-

новом диапазоне и сопутствующих им эффектов взаимодействия стоячих и бегущих волн только лишь в присутствии внешнего поля подмагничивания;

- наличием у указанных жидкостей псевдокристаллической структуры ориентации твёрдых частиц при намагниченности выше насыщения - эффекта анизотропии комплексной диэлектрической проницаемости ФМЖ, что делает необходимым исследование ориентационной (относительно вектора Ё микроволнового поля) зависимости ёа от формы диспергированных частиц и их размера с возможностью управления диэлектрической проницаемостью смеси внешним магнитным полем;

- характерными размерами ПИП микроволнового диапазона, работающих в оптимальных одномодовых режимах, порядка длины волны (единицы сантиметров);

- простотой конструкции ПИП на основе волноводов (ВВ) в микроволновом диапазоне, максимальной электромагнитной экологической безопасностью и электромагнитной совместимостью, полной бесконтактностыо измерений.

Проведен многофакторный анализ жидких и твердых материалов, показанный на рис.1, по топологии их формы, базе объектов контроля (ОК), измеряемым магнитодиэлектрическим параметрам, а также требованиям к методам и устройствам контроля магнитодиэлектрических параметров, которым удовлетворяют именно микроволновые волноводно-антенные методы.

В измерениях электрофизических, концентрационных и геометрических параметров твердых и жидких материалов с большими потерями в диапазоне длин волн (2...3) см и отчасти 10 см эффективными и перспективными являются ВВ методы бегущих волн (БВ), обладающие такими достоинствами, как:

- множество информативных, ранее не применяемых в метрологических целях, эффектов взаимодействия направляемых электромагнитных волн с анализируемой средой в металлических, диэлектрических волноводах (ДВВ) и волноводах поверхностных волн (ВВПВ), таких как, например:

• в металлических,ВВ — информативная совокупность эффектов взаимодействия поля бегущей электромагнитной волны (ЭМВ) с намагниченными ФМЖ;

• в ДВВ - информативные возможности измерения недиссипативного радиального коэффициента ослабления электромагнитного поля (ЭМП) волны;

• в ВВПВ - решение оптимизационных задач сканирования больших поверхностей диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий на металлической поверхности (подложке) микроволновыми волноводно-антенными методами, которые основаны на совмещении волноводно-щелевых приемных и передающих антенн (ВВЩА) с электронно-управляемой диаграммой направленности (ДН), обеспечивающих управляемую локализацию зоны электромагнитного взаимодействия с материалом, комплекс электрофизических и влажностных параметров которого определяет интерес;

ОБЪЕКТЫ КОНТРОЛЯ (ОК) Гетерогеппые дисперсные магнитодиэлектрические и диэлектрические материалы с потерями

Жидкие материалы

Процессы отверждения, полимеризации.

Твердые материалы

Топология формы объёма

Плоские и сложной формы пластины, толщиной не обеспечивающей полное поглощение ЭМВ с радиусом кривизны ^Лг и Якр»*,-

«Сэидвиче-вые» плоские системы:

1.магнитодюл ектрик-металл;

2. Диэлектрик-металл

Изделия погружного контроля

«Полубескон ечные» слои материалов, обеспечиваю щие полное поглощение ЭМВ

Фрактальные поверхности раздела фаз с броуновским и упорядоченным распределением неоднороднос-тей

<2>МЖ в процессе производства

з) изделий информативной обработки ЭМ П в технике СВЧ б) поглощающие покрьгтия (РПП)

и) защитные покрытия

Защитные радиопрозрачные обтекатели военной техники с размерами от 1мм до Ю см.

Радио поглощаюшис защитные покрытия с разным радиусом кривизны

Осесиммет-

ричные магнитодиэ-лектрические (диэлектрические) изделия с отверстиями

Влажные материалы: . строительные

2. РПП;

3. защитные ради ©прозрачные

обтекатели

Твердые фрактальные поверхности

? р

о

г «

? В*

гг

а

Дисперсный Геометрнче Влажность

8 ¿в С\% ские параметры V,

цушающий контроль, бесконтактность, односторонностью^: локальносТБт*шцц>иантностъположения ПГГП относитеяЕЯоШС, учет дисперсии элестрофнзиче^тги^-додаметроо^^м^^ ПИП, минимум

Микроволновые волноводно-антениые методы:

мера измеряемой величины есть результат оценки топологической деформации прост- — раиственно-временной структуры микрово/лнового излучения, взаимодействующего с ОК

Предлагаемые __^___

ПИП I Микроволновые! | Микроволновые

^ 1 ИЗ | I ппа опу. • *»РТ-Г\ ГГ11 п о тпгтмвил

На На

прохож отра-

дение жение

нерегулярных 11волноводах

¡носгных волн на" I управляемыми , закрытых и I ■ параметрами открытых ■ комплексированной | канализирую- I прибмо-передаюшей . . щих системах | ■ антенны ' 1 I. — _ — — 1 ^

- отсутствие частотной дисперсии магнитодиэлектрических параметров в миллиметровом и сантиметровом диапазонах длин волн и полная электромагнитная совместимость.

Проанализированы способы и устройства определения концентрации ФМЧ в жидкости и электрофизических параметров ФМЖ. Дапа общая классификация ВВ методов измерений на основе комплекса не решенных теоретических и практических задач, приведенная на рис. 2.

Измерительные волноводные методы

Волноводно-антенные методы термовлагометрии

На

полосковых волноводах

На регулярных волноводах (отрезки

волноводов) с неоднородностями

Измерительные методы на волноводах поверхностных волн

На На

металличес- диэлектри-

ких ВВ ческих ВВ

Л

На нерегулярных волноводах (замедляющие системы - ЗС) с неоднородностями

О

На сильфонных волноводах с неоднородностями

Рис.2

Рассмотрены методические основы проектирования ПИП состава и свойств дисперсных сред (ФМЖ) на отрезках металлических волноводов (табл.1), в которых в частности были рассмотрены вопросы оптимального соотношения массогабаритных показателей ВВ ПИП состава и свойств намагниченных ФМЖ.

Произведены классификации ПИП на регулярных и нерегулярных ВВ, представляющих собой сопряжение ДВВ с волноводной замедляющей структурой или спиралью; микроволновых методов поверхностных волн измерения толщины, электрофизических параметров и их неоднородностей магнитодиэлектрических и диэлектрических покрытий на металле, а также микроволновых методов определения влажности - волноводно-антенных методов

Информативный эффект В ид преобразователя (схема датчика). Информативная (статическая) характеристика, длина волны Изм. параметр Лет погрешности Приор» -ТСТПО массе и габаритам

Эффект Фарад ея 1 _ п 9 = Ф1[Мср(Сг,Н0ХЕер(С„Но)Ла,Ь]-(Дер средние по объему взаимодействия магнитна* и диэлектрическая проницаемости: относительная концентрация А,= 310*2, м. Су%, Ц, е Т«. г™ ^ X 2

Эффект Реджиа-Спенсеря г Ф-Ф2[цср{С^Н0),еср(Су,Н0),и,Ь]) Н» - величина внешнего постоянного магнитного поля (подмагничивания); I- расстояние, прошедшее ЭМВ в ФМЖ. ЯР= 0,1, м с.%, а, 7« У™ Рч» X 3

Эффект смешения, (вытеснения) поля 3 ,->; н0г = Ф3,(ц(х)] "с индикацией Но, - величины внешнего магнитного поля при котором по изменению вида поляризации; X - магнитная восприимчивость Х^З-Ю^м. 2

I РСФ-Ф32[СУ%] 0,1", м С.% X 4

Поперечный резонанс 5 Р„ога=Ф4[С„%1 с,% (малые велич иньл X 5

Явление дифракции плоской ЭМВ на ферромагнитном цилиндре 6 и I ■ от 4*МЖ е=Ф5[су,н0]=| Хг=3102, м С.% X е 1

Условие минимизации массогабарнтно-го (стоимостного) показателя на основе оптимальной полосы частот Пь ' Завис Шно Ч ^Ч^П^"*!] 2 3 кмостьмассо ИШиОТДПИЕ --- --—I-> » 10 К, Си габаритных показателей [ы волны генератора \ тно- масса системы подмагничивания Шив — масса ВВ системы

микроволновой термовлагометрии. Классификация произведена по измеряемому параметру, по диапазону и виду мод и способам их возбуждения, режимам работы генератора СВЧ, алгоритмам измерений, виду образующей апертуры приемной и передающей ВВЩА, по форме и виду волновода излучающей ВВЩА.

Во второй главе исследованы волноводные эффекты взаимодействия поля БВ с намагниченными ФМЖ и разработаны методы и устройства измерения информативных параметров намагниченных ФМЖ. Проведен информативно-метрологический анализ и выбор оптимального режима измерения комплекса параметров ФМЖ.

В начале главы рассмотрены виды ВВ отрезков, способы введения ФМЖ в ПИП, связь ВВ эффектов с возможностью измерения магнито-диэлектрических параметров ФМЖ.

Проведён выбор адекватных моделей электромагнитных характеристик смесевых гетерогенных ФМЖ.

Для расчета информативных параметров микроволновых ПИП на ВВ предложен метод расчета эквивалентных параметров среднеинтегральных по зоне взаимодействия, суть которого заключается в определении эквивалентных магнитодиэлектрических параметров ФМЖ через эквивалентные реактивные параметры ВВ ПИП. Разработанная методика учитывает деформацию одномодовой структуры поля по зоне взаимодействия, перераспределение поверхностных токов и зарядов. Принцип определения эквивалентных параметров - обеспечение режима одномодовости из набора множества реализуемых мод - постоянство пространственной индексной структуры поля волны (колебания) при возможном изменении в заданных пределах вектора параметров канализирующей системы: например, принцип латентных (большой коэффициент ослабления ЭМП волны) и нелатентных мод микроволновой интроскопии. Разработаны математические модели зависимостей средних по зоне взаимодействия электрофизических параметров ФМЖ от концентрации ФМЧ и 0 - угла поворота плоскости поляризации.

На основе приближённого итерационного метода расчёта среднеинтегральных по зоне взаимодействия электрофизических параметров гетерогенных сред обоснован и разработан способ измерения концентрации Су ФМЧ, основанный на стабилизации оптимальной величины угла поворота плоскости поляризации 9 линейно-поляризованной волны Ни (эффект Фарадея, табл. 1, рис. 1), прошедшей фиксированное расстояние / в продольно-намагниченной (вдоль направления распространения) постоянным магнитным полем Н0 ФМЖ, т.е. компенсация изменения величины угла 6 от изменения концентрации С„ величиной постоянного поля подмагничивания Н0 (тока подмагничи-вания 1под) при /=сопб1 [Патент РФ № 2090860]:

6 = Ф(ЦСр+(НоА), Еср)/, (1)

где Цср+ — среднее по объему взаимодействия значение относительной магнитной проницаемости для волны с круговой поляризацией Н*; еср - среднее по

объему взаимодействия значение диэлектрической относительной проницаемости.

На рис. 3 показаны теоретические и экспериментальные зависимости угла поворота плоскости поляризации ЭМВ от концентрации ФМЧ. Статическая характеристика устройства измерения объёмной концентрации (ток насыщения 1Н):

О Л 0.2

теоретич. + - эксперимент

СУ

Л = (.1

1„ =1 + -

м„ н,

Орез

ср

1 - А М

1 с,

(2)

к11П0Д~(2^г/кг)

где Мн=^-Но Рез < Н0 рСЗ - намагниченность насыщения; Н0ри - величина внешнего постоянного магнитного поля, соответствующее

ферромагнитному резонансу;

кг =2,21 -105 м/А • с гиромагнитное отношение; ^ -частота ферромагнитного

резонанса; к, - коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрических размеров

соленоида подмагничивания и числа витков на единицу длины.

На рис. 4 приведены зависимости тока подмагничивания от относительной концентрации ФМЖ. Из анализа графиков следует, что с приближением величины А к единице чувствительность изменения тока к изменению концентрации сильно растёт, но при этом увеличивается погрешность определения 8 и его стабилизации (из-за уменьшения его абсолютной величины).

Рассмотрен эффект взаимодействия поля БВ с продольного намагниченной ФМЖ в прямо-

1 - А = 0,56,0= 45°, (Ь / а) =1, (М„/ Норя) = 0,1

2 - А = 0,11, 6 = 30°, (Ь/а) =0,25, (М„ / Н<, рез) = 0,1

3 - А = 0,11, в = 30°, (Ь / а) =0,25, (Мн/ Норез) = 1 4-А = 0,56,е = 45°,(Ь/а)=1,(Мн/Норез) = 1

5 - А = 0,72,0 = 27°, (Ь / а) =1, (Мн / Н„ р„) = 1

6 - А = 0,9, е = 9°, (Ь / а) =1, (М„/ Норез) = 1

Рис. 4

угольном волноводе (табл. 1, рис. 2).. Информативная величина - набег фазы ЭМВ по зоне взаимодействия. Его достоинство - простота и возможность реализации набега фазы от 0° до 360° при сравнительно слабых управляющих полях и вносимом ослаблении мощности СВЧ 0,5... 1 дБ. На его основе разработан комплекс устройств измерения параметров ФМЖ с продольным намагничиванием, работающий на длине волны порядка 10 см, приведены четыре СВЧ измерительные схемы, произведен их сравнительный метрологический анализ.

Разработаны концентратомеры с поперечно намагниченной ФМЖ, использующие явление вытеснения (смещения) электромагнитного поля (табл.1 , рис 3 и 4) и явление поперечного резонанса (табл.1, рис.5) в отрезках прямоугольных и круглых волноводов.

Теоретическое и экспериментальное исследование эффекта «смещения» поля в круглых ВВ с величиной постоянного магнитного поля подмагничивания Но=Н0г (граничное), т.е при условии |аср1=0, позволило разработать новый метод определения магнитной восприимчивости % и эффективной величины магнитной проницаемости ц=1+Х- Величина л/_ не зависит от величины С¥, а определяется химическим составом (видом) ФМЧ. Измеряемая величина - Н0г(илиток 1г,): 1г=к( 1-х) является мерой величины X (вида ФМЧ), что позволяет реализовать простой способ определения сорта ФМЧ, независимо от их концентрации [Патент РФ № 2170418]. Индикация Н0г осуществляется в момент изменения вида поляризации: линейной в эллиптическую - момент перехода эффекта Фарадея в эффект "смещения" поля.

Интегральная минимизация массогабаритных показателей измерителей параметров ФМЖ с учётом размещения в волноводе устройств ввода-вывода жидкости и выбора оптимального размера зоны взаимодействия поля БВ с ФМЖ составила основу разработки волноводного СВЧ способа измерения диэлектрической проницаемости жидких сред по критической длине волны и концентратомера ФМЖ на волноводном У-тройнике с рабочей длиной волны ?ч-=1 см (табл. 1 - рис. 6) [Патент РФ № 2182327].

Анализ математической модели позволил выявить основные источники погрешности (вариации еа и %) и предложить новые методы их устранения. Это позволило, кроме того, измерять эти величины как информативные параметры.

Комбинированный СВЧ способ определения концентрации и электрофизических параметров ФМЧ в жидком носителе позволяет учитывать изменение магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости в измерении концентрации ФМЧ в жидкости [Патент №2247967].

Совокупность простой аппаратурной реализации эффектов стабилизации угла поворота плоскости поляризации, смещения поля, стабилизации набега фазы в круглом волноводе позволила разработать комбинированный ВВ измеритель параметров ФМЖ (Хра6=1...3 см) с первоначальным расчётом инте-

гральных электромагнитных параметров ФМЖ методом эквивалентных параметров среднеинтегральных по зоне взаимодействия, с учетом внешнего поля подмагничивания. Расчёты позволили выявить факт зависимости диэлектрической проницаемости ФМЖ, поляризованной по доменам в присутствии поля подмагничивания Н0 „асыщ < Н0 < Н0 р„, от относительной концентрации доменов. Выбор методики расчёта диэлектрической проницаемости смеси есм (жидкость-носитель + ФМЧ) продиктовал необходимость модификации формулы смешения Лоренца-Лорентца - в ней при Но>Н„2С фактор деполяризации N^0,3, а зависит от концентрации крупных доменов ФМЧ, векторы намагничешюсти которых полностью ориентированны по направлению вектора внешнего постоянного магнитного поля Н0:

М*(1+2СЛ)/ЗС¥, (3)

где Сд - концентрация несферических доменов.

Таким образом, измеряя есм (при Но>0), можно оценить дисперсный состав ФМЖ по ФМЧ, их размеры и степень помола с относительной погрешностью определения диэлектрической проницаемости - менее 6,7% [Патент №2228519]. Описаны методы определения диэлектрической проницаемости ФМЖ, степени дисперсности ФМЧ и их состава.

Комбинированный волноводный измеритель позволяет определять комплекс параметров ФМЖ:

а) концентрацию ФМЧ с коррекцией погрешности по величинам е' и х;

б) величину ё ФМЖ и концентрацию крупнодоменных ФМЧ в ней;

в) величины х и ц' ФМЖ;

г) величины диссипативных потерь в ФМЖ.

Анализ совокупности погрешностей и результаты экспериментальных исследований позволяют аттестовать устройство как измеритель комплекса параметров ФМЖ со следующими параметрами:

а) относительная погрешность определения объёмной концентрации ФМЧ - не более 5 %;

б) измерение степени дисперсности частиц обеспечивает точность до порядка размера частиц;

в) измерение диэлектрической проницаемости - с относительной погрешностью не более 2 %;

г) вероятность определения параметров тестируемой смеси при удовлетворяющей заказчика точности определения характеристик ФМЖ по двумстам закрытым пробам - 92 %, измеряемые параметры шестнадцати закрытых проб отличаются от данных заказчика, оказались вне пределов точности, необходимой заказчику, из-за возможной коагуляции ФМЧ.

Измеритель комплекса параметров ФМЖ снабжен системой автоматического согласования и термокомпенсации. Приведены циклограммы работы устройства, выявлены работоспособность устройства и его основные метрологические характеристики по результатам производственных испытаний.

Третья глава посвящена разработке теоретических основ и практической методологии измерительных ДВВ поверхностных волн (ДВВ ПВ) - как преобразователей характеристик потенциально-опасных жидких веществ.

Показано, что главным эффектом, присущим на СВЧ ДВВ ПВ, является зависимость величины коэффициента радиального ослабления напряженности электрического поля аг от электрофизических свойств (действительных частей г', ц' комплексных диэлектрических и магнитных проницаемостей) и геометрических параметров, специально организованной ЗС - ДВВ ПВ, вдоль которой распространяется медленная ЭМВ. Важнейшим свойством медленной волны является ее поверхностный характер - ослабление амплитуды ЭМВ в нормальной плоскости по отношению к направлению её распространения над

В начале главы даны теоретические основы распространения медленных поверхностных волн в измерительных ДВВ. Классификация и определение нерегулярности волноводных измерительных структур на основе их общности, показали, что:

- имеет место общее уравнение распространения поверхностной волны -уравнение Максвелла в дисперсной структуре, решение которого вне зависимости от вида ЗС выявляет ее поверхностный характер, т.е. все волны являются неоднородными с фазовой постоянной как вектором и нормальным ему вектором ослабления поля аг;

- ЗС на основе ВВПВ является дисперсионной системой;

- во всех случаях наблюдается зависимость а, и коэффициента замедления волн V, от информативных параметров нерегулярностей;

- существуют многомодовые режимы и принцип латентности и нела-тентности мод;

- практическая возможность реализации одномодового режима нелатентных мод;

- во всех случаях един принцип частотного управления сменой мод;

- для всех вариантов един принцип измерения схг поверхностной медленной волны.

ЗС.

г

Рассмотрены типы волн в измерительных ДВВ ПВ и общие выражения для векторов составляющих поля внутри и вне диэлектрического волновода, волновые числа, являющиеся решениями характеристических уравнений круглого волновода.

Рис.5

ПН;

На рис. 5 показан ВВПВ в виде диэлектрического трубопровода радиуса а, толщиной Д, заполненного проточной жидкостью с параметрами 81 , у и Ц]=1,

пространство вне трубопровода имеет параметры в2, |_12=1, у=0. Измеряемая напряженность поля |Ё| над ЗС зависит: при фиксированной величине 7. - от

величины коэффициента ослабления поля над ЗС аг, функционально связанного с Уз^^е), а при фиксированной величине г>а+Д - с погонным затуханием аг, связанным линейной зависимостью с потерями ЭМВ в жидкости, характеризующимися проводимостью у. Методом эквивалентных погонных параметров, являющимся модификацией метода эквивалентных параметров среднеинтегральных по зоне взаимодействия, для случая жидкого диэлектрика с потерями (е"ж>0, у>0) для основных структур полей волн Е0], Н01 и НЕц получено выражение смесевой диэлектрической проницаемости эквивалентного ДВВ:

есм=Ф(82*Б',,ё„Д,а), (4)

с учетом того, что у2«утр~0, ~ |д0 для различных соотношений толщины

ДВВ А и его радиуса а.

Моделирование ПИП на ДВВ и последующие экспериментальные исследования показали, что при соотношении Д/а<0,2 влиянием трубопровода и его параметров на точность измерений информативных величин с погрешностью менее 0,1 % по измеряемой величине е' можно пренебречь.

Величина коэффициента ослабления аг над ЗС обладает высокой чувствительностью к измеряемой величине е'ь например, относительное изменение 5 на 10% в зоне средней чувствительности приводит к изменению величины погонного (на 1см) затухания на 3 дБ, т.е. практически по мощности в 2 раза (рис.6).

Отношение аг/а практически инвариантно к виду моды.

Для измерения величины е', необходимо использовать гибридную волну НЕП, а для измерения величины у (или а7) - осесим-метричные волны Н01, Еоь

В главе описана аппаратурная реализация ПИП на ДВ и алгоритмическое обеспечение работы измерительных устройств на ДВВ и комбинированных ЗС для режимов БВ и стоячих волн (СВ) для одной и нескольких мод, разработаны конструкции приемных устройств и особенности их конструктивного расположения на ПИП [Патент №2194270].

<хгх10 1/м 11

и

X

у

/

0 5 10 15 20 25 30 35 £

Рис. 6

Разработана измерительно-вычислительная систем? (ИВС) контроля s' жидкости: s'i =f (Cv% гелезагустителя или гидразина в окислителе на основе азотной кислоты) на рабочей моде H0i для варианта Д/а<0,2, а также при Л > 0,2а.

При разработке специальных «экспоненциальных» поглощающих и неотражающих покрытий важнейшим является решение задачи исследования динамики гравитационно-магнитного осаждения ФМЧ в жидкости-носителе с целью получения необходимого распределения концентрации ФМЧ или параметров е', ц' (s, ц) по высоте покрытия. Осаждение происходит под воздействием не только гравитации, но и управляемого градиента поля продольного подмагничивания gradH0 с возможностью его фазовой инверсии и изменения модуля поля во времени с учетом процесса отверждения связующего вещества. Оценить процесс осаждения позволяет разработанный измеритель градиентов составляющих е и |i в модельных слоях экспоненциальных поглощающих покрытий.

Основными технологическими недостатками измерителей на диэлектрических волноводах является трудность сопряжения возбуждения поверхностной волны и ввода материальных потоков в диэлектрический волновод (нельзя сопрягать возбудитель и устройство ввода жидкости). Применение специальной кольцевой ВВЩА измерителя электрофизических и теплофизи-ческих параметров жидкостей с разнесённым вводом материальных потоков и микроволновой энергии СВЧ не только разрешает вышеуказанные трудности, но и позволяет осуществлять измерения влажности в потоке жидкой среды разработанным методом микроволновой термовлагометрии в ДВВ.

Рассмотренные ПИП на ДВВ являются проточными или проходными. Для измерения параметров жидких сред непосредственно в технологическом аппарате или при возможности помещения преобразователя в изделие, снабженное соответствующим технологическим отверстием, разработан класс погружных (иммерсионных) преобразователей.

Важной задачей, реализуемой погружными преобразователями, является измерение потерь: диэлектрических (у = уе, tg5e) и магнитных (у = уц; tg5F)

по величине а2, вдоль ПИП на постоянной базе преобразователя /.

В некоторых устройствах необходимо формировать адаптивную величину пробы, что, естественно, удорожает и усложняет аналитический прибор. Специально разработаны сильфонные ВВПВ - ЗС на симметричном сильфоне для волны Н01 и несимметричном со специальной конструкцией гофра для волн типа Е0п , позволяющие адаптивно управлять величиной зоны взаимодействия поля БВ с ФМЖ в диэлектрическом трубопроводе (ДВВ). Эти устройства реализуют компенсационные измерения и позволяют определять величины е' и у методом стабилизации набега фазы по зоне взаимодействия, преобразуя величину е' в пневмосигнап. Чувствительность измерений (преобразования) устройства со специально разработанным несимметричным гофром на порядок выше, чем у ПИП на базе гофрированной ЗС с волной Но,. В

ПИП со специально разработанным несимметричным гофром коэффициент аг зависит не только от е', но и от величины коэффициента замедления у3.

Четвертая глава посвящена теоретическим и практическим основам микроволновой интроскопии поверхностной волной. Представлен сравнительный анализ существующих методов и устройств контроля поглощающих магнитодиэлектрических покрытий (МДП). Приведены их достоинства и недостатки.

Актуальным является решение задачи быстродействующего сканирования геометрических и ЭФ параметров относительно больших по площади поверхностей поглощающих материалов и покрытий в процессе их нанесения и финишного контроля с достаточно высокой разрешающей способностью.

Обоснована необходимость разработки нового бесконтактного СВЧ метода контроля магнитодиэлектрических свойств поглощающих МДП на металле. Математически описан процесс взаимодействия электромагнитного поля с МДП на металле и предложен метод быстродействующего определения электрофизических свойств и толщины слоя покрытия, использующий явление "разлития" поверхностной волны по плоскости с МДП и быстродействующего сканирования результатов взаимодействия поля со слоем покрытия в функциях комплекса параметров покрытия ёа, ца и Ь-толщины покрытия.

Произведена адаптация решения краевой задачи распространения поля медленной ПВ (МПВ) над неограниченной системой «магнитодиэлектрик-проводник» к ограниченной системе.

Сущность взаимодействия поля МПВ со слоем магнитодиэлектрика, расположенного на металлической поверхности, показана на рис. 7.

В дальней зоне (на расстоянии порядка (1,6...2)\г) (ДЗ) излучателя фронт ЭМВ считается плоским. Согласно принципа Гюйгенса часть фронта ЭМВ можно представить в виде бесконечно прямолинейной нити синфазного

электрического ]е (источник Н-мод ЭМВ) или фиктивного магнитного тока .¡м (источник Е-мод ЭМВ), являющейся источником вторичных ЭМВ и расположенной внутри слоя магнитодиэлектрика толщиной Ь и комплексными диэлектрической ёа] и магнитной |ла1 проницаемостями.

При синфазном источнике ЭМВ напряженность электрического поля МПВ экспоненциально ослабляется в нормальном по отношению к вектору Пойтинга П2 (рис. 7) направлении над замедляющей структурой:

Е(у) = Е0ехр(-ау(У-Утт)), (5)

где Е0 - напряженность поля в начальной точке _утт над поверхностью; ау -коэффициент ослабления поля в плоскости У07..

Ослабление ЭМВ в этом направлении носит недиссипативный характер.

Для Е-мод электромагнитного поля получено трансцендентное выражение величины коэффициента ослабления:

ауЕ='

271

£ [I — 1 -

е'ц-1-

а для Н-мод 2п

Ц'^Г

е'Ц-1

ОунК 2тс

-I-

а

уН '

V

(6)

(7)

где с - действительная часть относительной диэлектрическои проницаемости слоя; ц' - действительная часть относительной магнитной проницаемости слоя.

Аналитическое решение трансцендентных уравнений (6) и (7) при усло-

2п

вии, что параметр (коэффициент фазы) (3; = —Лец -1 -

а,Х

2п

«1, ¡ = 1,3,

дает значения локализованных величин г', |д' и Ь.

Над МДП возможно одновременное существование конечного количества конкурирующих мод Е и Н поверхностных волн.

Приведены области существования латентных (сильно «залипающих» к поверхности МДП) и не латентных мод ЭМВ и зависимость параметров аЕ(Н)' Р(Е)нЬ от длины волны генератора , что позволяет адекватно определять рабочие длины волн для реализации разработанного метода.

Критерием числа Е-мод в рабочем диапазоне \ является произведение Ьг'. С ростом номера моды ее полоса частот уменьшается, а чувствительность Х.Е к изменению X, Ь, е' резко возрастает, что предъявляет особые требования к стабильности частоты генератора.

Рассмотрены разработанные устройства измерения толщины и электрофизических параметров МДП, предложена совокупность алгоритмов измере-

ний. Основные положения разработанных алгоритмов метода поверхностных волн сведены в табл.2.

Таблица 2 - Сравнительный анализ разработанных алгоритмов.

Алгоритм Измеряемые параметры Моды (реализуемые) Количество волн соответствующих мод и значение фазового аргумента Локальность и погрешности, в% Номер патента

Одномодово-го двухчас-тотного режима Е1 е',Ь Е1 РЕЬ«0,5тг Локален, АЕ'<3, ДЬ<5 2193184

Двухмодового двухчастотно-го режима Е1 Н1 с подмаг ничиванием е', е", V-', Ц", ъ, г, с- объёмная теплоемкость Е1.Н1 ^ЗН, РЕЬ«0,5я 0,5я«рнЬ«0,5к+А Локален, Де'<3,ДЬ<5, АЦ'<8,А8"<5, Дц"<5,Д2<15 АС<20 1 1 1 1 1 1 1

1 -й двухмо дового двух частотного режима Е1 Н1 Е', 8", ц', ц", Ъ,2,С Е1,Н1 ^ЗН, (3ЕЬ—>0,5тг 0,5я«рнЬ«0,5я+Ан Локален, ДЕ'<3,АЬ<5, Ац'<8,ДЕ"<5А ц"<5, 2273839

Аг<15,АС<20

Алгоритм «стоячих» волн £', Ь Е1 РеЬ«0,5Л Локален алгоритмически, не локален по сканированию, ДЕ'<3, АЬ<3, Дц'<9 2256168

2-й двухмо дового двух частотного режима Е1 Н1 е\ ц', Ъ Е1.Н1 ^2Е> ^-ЗН, рЕЬ«0,5я 0,5л«риЬ«0,5л+Ан Локален, ДЕ'<3, ДЬ<5, Дц'<3. 2251073

Определение неоднородно-стей пара метров слоя е\ Е", Ц', Ц", ь ,г Е1.Н1 рЕЬ-»0,5л 0,5л«рнЬ«0,5т1+Ан Локален, ДЕ'<5,АЬ<5, ДЦ'<5,ДЕ"<6, АЦ"<6,5, 2256165

Разработанный метод, аппаратурная реализация и алгоритмическое обеспечение, по сравнению с известными методами, позволяют на два-три порядка повысить локальность измерений, которая будет определяться поперечными размерами приемного вибратора (порядка 10"4 м) и получить значительно меньшую погрешность определения электрофизических и теплофизи-ческих параметров.

Сравнительный анализ разработанных алгоритмов (табл.2) позволяет сделать главный вывод: наиболее предпочтительным по простоте реализации способом решения поставленной задачи определения величин е' и Ь магни-тодиэлектрических покрытий является первый алгоритм одномодового двух-частотного режима ЕI [Патент №2193184].

Разработан алгоритм определения и оценки неоднородностей электрофизических и геометрических параметров МДП [Г1ат.№ 2256165]: мерой параметров неоднородностей покрытия является отклонение распределения напряженности поля поверхностной медленной волны в зоне дифракции от экспоненциального, характерного для зоны покрытия без неоднородностей или, что то же самое, непостоянство а(у)-

С целью повышения точности определения и оценки неоднородностей геометрических и электрофизических параметров непроводящих покрытий на металлической подложке, а также визуализации их распределения по всей поверхности покрытия был разработан алгоритм микроволновой интроскопии поверхностной медленной волной, где визуализация распределения неоднородностей осуществляется по пространственному распределению дисперсии коэффициента нормального ослабления аг поля поверхностной медленной волны.

На рис.8 представлена экспериментальная зависимость дисперсии коэффициента нормального затухания как функции геометрических и электрофизических параметров неоднородностей в координатах ХЧТ, полученная при сканировании поверхности диэлектрического покрытия с различными неоднородными электрофизическими и геометрическими включениями.

Ферритовын........—

стержень 08.5 мм

■Ферритовое-----------------

включение 07 мм

20000

30000

25000

10000

15000

5000

о

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Y, [СМ]

Рис.8

Объёмная картина распределения дисперсии визуально показывает расположение и геометрические параметры неоднородностей

Разработана методика определения фрактальной размерности неоднородных незеркальных покрытий с целью учета влияния стохастической шероховатости покрытия на точность измерений и алгоритмы обработки результатов измерений методами фрактального анализа на основе расчетов текущей фрактальной размерности Хаусдофера-Безиковича, определяемой по вектору заданных значений порога чувствительности измерения комплекса параметров, являющихся интегральной мерой неоднородности.

Произведена оценка диапазона рабочих длин волн всех алгоритмов работы метода, показано при каких длинах волн генератора погрешность аппроксимации Да < 5 %.

Проведена коррекция модели (6) и (7) для слоя, содержащего ФМЧ -спинового покрытия. В процессорный алгоритм расчета по формулам (6) и (7)

должна быть включена зависимость, е'р.' = Ф2(р') = ц' |п^2Е:;! где

Ер г,'2, и2 - известные параметры составляющих слоя.

Задача определения величины волнового сопротивления поглощающих и неотражающих материалов и покрытий является на данный момент весьма актуальной. Величина волнового сопротивления ¿в должна обеспечивать согласованное поглощение облучающих волн в сантиметровом диапазоне и одновременно максимальное поглощение волн инфракрасного (ИК) диапазона.

В работе рассмотрен алгоритм определения волнового сопротивления ¿в спиновых МДП на металлической подложке. В основе измерения ¿в лежат информативные эффекты зависимостей недиссипативных и диссипатив-ных затуханий электромагнитного поля МПВ от величины ¿в, ранее не применяющиеся для покрытий толщиной не обеспечивающей полное затухание падающей электромагнитной волны [Патент №2251073]. Разработанный алгоритм позволяет определять волновое сопротивление магнитодиэлектрика в функции локального подмагничивающего поля поперечного ферромагнитного резонанса для определения гиромагнитных потерь уга.

Условием пренебрежения влияния геометрического и электрофизического градиента исследуемого слоя является измерение при малом значении базы й между приемными вибраторами и на малой высоте у0 от диэлектрического или магнитодиэлектрического покрытия. Мерой величин омических уом = е" и гиромагнитных у™ = р" потерь являются измеренные по разработанным алгоритмам величины затуханий а2.

Рассмотренные способы определения электрофизических и геометрических параметров поглощающих покрытий и их неоднородностей имеют существенный недостаток - трудность определения затухания в средах с потерями из-за трудности согласования падающей электромагнитной волны со слоем поглощающего покрытия, в том числе и на металлической подложке.

Для решения данной проблемы представлен комплекс «внешних» и «внутренних» антенн, обеспечивающих согласование падающей волны со сло-

ем магнитодиэлектрика. При разработке устройств возбуждения медленных поверхностных волн предпочтение было отдано внутренним излучающим системам, так как отражения и преломления прямой волны, возникающие при работе внешнего излучателя, существенно снижают точность измерения.

Разработан способ измерения электрофизических параметров диэлектрического слоя с рупорным «внешним» излучателем [Патент №2249178].

Электронно-управляемые по максимуму ДН секториальные антенны в качестве «внутреннего» излучателя (рис.9), обладают большей мощностью излучения по сравнению с разработанными синфазными круговыми антеннами. При этом подстилающая металлическая подложка входит в излучающую систему, обеспечивая при максимальной излучаемой мощности адаптивное согласование.

Электронно-управляемая секториальная антенна (рис.9) состоит из круглого волновода 1; верхней «тарелки» 2 антенны с углом раскрыва 8р, обеспечивающим согласование со свободным пространством при приемлемой мощности прямой волны; согласующего конуса 3, n-излучающих секторов 4 с узкой ДН; шириной ло азимутальному углу Аф = 2я/п; электромагнитного эк-рана-отсекателя прямой волны 5; подстилающей металлической поверхности 7 с нанесенным поглощающим покрытием 6; вентиля на поперечно намагниченном (Н01 - поле поперечного резонанса) феррите или на pin-mom 8; поглотителя затекающего тока 9; «крышки-преломителя» 10; устройства создания поля поперечного феррорезонанса для определения гиромагнитных потерь с приемными ортогональными вибраторами 11.

Важнейшим при этом является то, что параметры этой системы в ДЗ зависят не только от величин ё, ц и Ь слоя, но и от конечной длины I покры-

тия, радиуса кривизны покрытия (аналог геометрической неоднородности). Это легло в основу разработки СВЧ способа измерения длины, толщины и диэлектрической проницаемости диэлектрического покрытия на металлической поверхности, где длину диэлектрического покрытия i определяют по измеренным значениям коэффициента замедления v3 и углу наклона ДН 9 [Пат.№ 2258214]:

0,552-А. п

* = 7--к- (8)

(v3 - coso)

В пятой главе разработаны теоретические основы и практические аспекты односторонней микроволновой термовлагометрии.

В условиях эксплуатации магнитодиэлектрических и диэлектрических материалов возникает проблема учета влияния окружающей среды на их параметры, причем существенное влияние оказывает влажность среды.

От содержания влаги в микротрещинах меняются электрофизические свойства магнитодиэлектрических материалов и покрытий, повышенное вла-госодержание радиопрозрачных защитных обтекателей не только снижает прочность конструкции и ее эксплуатационные качества, но и приводит к снижению направленных свойств и энергетических показателей антенн.

Проведен сравнительный анализ существующих СВЧ-методов и устройств контроля влажности широкого класса материалов, в том числе и строительных, определены достоинства и недостатки микроволновых влагомеров. Обоснована необходимость разработки нового неразрушающего микроволнового термовлагометрического метода, сущность которого заключается в том, что мерой влажности материала является изменение температуры влажного материала при поглощении локализованным минимальным и индицированным его объёмом определенной и фиксированной дозы микроволнового излучения бегущей волны, а также измерительно-вычислительного комплекса, реализующего предложенный метод.

Даны аналитические модели электрофизических характеристик свободной воды и капиллярно-пористых строительных материалов; выявлены влаж-ностные, частотные и температурные характеристики влагосодержащих материалов; проведен расчет параметров влажных строительных материалов на основе "смесевых характеристик"; аналитические зависимости величин г', г" от частоты или длины волны ХГ - дисперсионные характеристики, и от температуры t,°C (или Т, К) - температурные характеристики.

Получены расчетные дисперсионно-температурные зависимости е', е" для свободной воды в рабочем диапазоне частот (КУ-

£' = 5 +

(83,2 — 0,3775t)/ 1 +

(( 2175 Л

1,21-10"5 expt+273

W

■\2

Г'

У

(9)

( 2175 " > / / 2175 " у

[83,2-0,37751]- 1,21-10"5ехр,+273 -Г1 1,21-Ю-5 ехр1+273 •Г1

V _ У / V _ J

(10)

«Смесевые» характеристики влажных материалов как системы "сухой материал со связанной влагой - свободная (объемная) влага" рассчитываются по скорректированной нами формуле Лихтенекера:

£;м(¥Лг,1(1С)а)=Е;аг/С,а)г •е'2с„(1^) (И)

где ае[0,5... 1] -эмпирический коэффициент, находился экспериментально (а= 0,7) из условия лучшего приближения; е/— определяется по (9) для свободной воды; - средняя влажность по объему взаимодействия >Уе[0,05...0,3]; е'2см - диэлектрическая проницаемость сухого материала со связанной влагой, определяется по обобщенной формуле Рейнольдса — Хью.

Величина е"см характеризует потери СВЧ энергии на нагрев влажного материала и следовательно информативную величину А1 = Ф(\У). Величина £"см и потери прямо пропорциональны объему свободной влаги в материале, т.е. величине объемной влажности:

е"см = к е" = е", (12)

где величина е" определяется выражением (10).

Произведено определение границ применимости метода по минимуму необходимой толщины материала. Минимальная толщина материала должна обеспечивать полное поглощение СВЧ поля преломленной "плоской" волны.

«Глубина» проникновения поля плоской волны во влажный материал для немагнитных материалов определяется по выражению:

Д = 0,225>амИС)-,[м]. (13)

В рабочей зоне длин волн ^6(0,017—0,02] м, показана практическая инвариантность величины Л от температуры в пределах от 0 °С до 40 °С, и определена минимальная толщина материала равна Ь= 0,015 м при минимальной влажности ^/тп = 0,05.

Разработаны теоретические основы проектирования измерительных вол-новодно-щелевых апертурных излучателей с частотным сканированием ДН. Приведены основные соотношения для линейной решетки излучателей с частотным сканированием; произведен анализ канализирующих систем приемно-излучающих антенн; разработаны волноводно-щелевая антенна с частотным сканированием и конструкции измерительных волноводно-щелевых антенн.

Для измерения поверхностной влажности немагнитных материалов предложен микроволновой метод угла Брюстера 0Бр (полного преломления): величина угла Брюстера функционально зависит от величины £<;„'

Определение этого угла как меры У/„ реализуется с помощью специально разработанной антенны с электронным управлением луча, позволяющей с большой скоростью менять положение ДН по углу в требуемом секторе без

громоздких механических устройств, необходимых в антеннах при частотном управлении лучом.

Д9, град

ДО Оч,0-887) А0 (А.„ 0.963) ДО (Хг, 1.045)

до (хг,мзз)

ДО 1.23)

На рис. 10 показаны зависимости угла отклонения максимума ДН ЛбРч, с1), град при различных значениях реализуемого противофазного шага <1, см.

Выбран рабочий диапазон длин волн термовлагомет-рического метода с учетом минимума температурной чувствительности.

Раскрыта сущность од-ноапертурного термовлаго-метрического микроволнового метода контроля твердых большеразмерных изделий из строительных материалов, таких как бетон разных марок (в соответствии с ТУ диапазон XV е [0,05...0,3] объемной влажности), керамика, гипсоблоки, силикатный кирпич и т.д, и разработан алгоритм измерения поверхностной влажности по углу Брюстера при частотном сканировании ДН излучающей антенны [Патент РФ № 2269763].

Получены информативные зависимости поверхностной влажности для строительных материалов, например красного кирпича:

-11.428

1.6 1-74

Рис. 10

\у =

1п(£2смГ^2(0гл ±агс5ш{{[1-(

3.2-10"

2.07-10

-1»

кКс'ГЧе^Г1

(14)

где е'2см - диэлектрическая проницаемость сухого материала при а=0,7.

Статическая характеристика термовлагометрического метода:

г

Р -I -(\У)2

АТ = (Т - Т) = ПреЛ°МЛ Н-,

2 1 С Ягер

(15)

где Рпреломл - мощность преломленной волны; ^ - интервал времени измерений температуры; Су - объемная теплоемкость влажного материала, определяемая по формуле Оделевского: Су(\У) = а + (а2 + Су, Су2/2)1/2; а = ((3\\Ч) Су ,+2 (23 XV) Суг) I 4; СУ1 и СУ2 - объёмные теплоёмкости свободной влаги и обезвоженного материала, р(№) - плотность исследуемого материала, определяемая через плотности свободной влаги и обезвоженного материала р(Щ XV + р2(1-^/), Бал - площадь облучения.

Главной целью разработки односторонней апертуры являлось обеспечение максимума переноса СВЧ-энергии падающей волны именно в материал и минимума отражений и рассеивания энергии в окружающее пространство. Решена проблема повышения локальности измерения в стремлении ограничить объем взаимодействия Увз преломленной волны с материалом и его минимизацию, уменьшая величину А< Ь и величину площади облучения БЭфф для повышения чувствительности и безопасности. С этой целью разработан комплекс приемно-излучающих антенн с «карандашной» ДН в дальней зоне, обеспечивающих изменение положения максимума ДН с оптимальной угло-частотной чувствительностью и минимизацию площади падения при заданных границах углов "качания" ДН. Разработанные приемно-излучающие антенны также обеспечивают полную локализацию отраженной электромагнитной волны.

Разработан, реализован и исследован измерительно-вычислительный комплекс определения влажностных параметров строительных материалов, обеспечивающий реализацию нового термовлагометрического метода со следующими данными на примере красного кирпича: [0,05...0,3] объемной влажности; погрешность измерения поверхностной влажности \УП = 8 %, влажности по объёму взаимодействия \У=5 % при 1=0...40 °С. Комплекс позволяет без тарировки по месту измерять влажность большеразмер-ных строительных материалов и защитных радиопрозрачных обтекателей антенн.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В работе осуществлено теоретическое и практическое решение проблемы создания комплекса волноводно-антенных неразрушающих методов определения магнитодюлектрических свойств жидких и твердых материалов в процессе их производства и эксплуатации. Микроволновые волноводно-антенные неразрушаюшие методы определения магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов обладают улучшенными характеристиками и расширенными функциональными возможностями, что имеет важное значение для автоматизации процессов производств материалов и повышения качества выпускаемой продукции.

1. На основе анализа современного состояния существующих методов контроля электрофизических, концентрационных, геометрических и технологических параметров жидких и твердых материалов, основанных на взаимодействии электромагнитных полей с контролируемым материалом, произведена их классификация, выделены микроволновые методы контроля магнитодиэлектрических параметров твердых и жидких материалов, намечены пути их дальнейшего развития.

2. Теоретически и экспериментально исследованы эффекты взаимодействия ЭМП микроволновых излучений с жидкими и твердыми материалами и разработан на их основе единый теоретический подход к созданию новых

микроволновых методов неразрушающего контроля магнитодиэлектрических параметров контролируемых материалов.

3. На основе предложенных методов эквивалентных реактивных параметров - по зоне взаимодействия и погонных эквивалентных параметров, отличающихся универсальностью по сравнению с известным методом малых возмущений, построены модели новых микроволновых методов, являющиеся теоретической базой для создания комплекса первичных измерительных преобразователей. Адекватность моделей подтверждена экспериментально.

4. Разработан комплекс волноводных устройств измерения магнитодиэлектрических параметров ФМЖ с большими потерями, основанных на эффектах взаимодействия электромагнитных полей БВ с продольно и поперечно намагниченной ФМЖ. Осуществлена оптимизация конструктивных и режимных параметров микроволновых волноводных ПИП.

5. Впервые разработана методология применения волноводов сложной формы (сильфонных и квазистационарных) и волноводов поверхностных волн, являющихся основными блоками устройств, реализующих новые микроволновые методы измерения параметров жидких сред.

6. Разработан комплекс методов, алгоритмов и агрегатированных устройств медленных поверхностных волн, позволяющий решать широкий класс задач измерения электрофизических и связанных с ними параметров широкого класса покрытий на металлических поверхностях, что обеспечивает измерение весьма тонких покрытий с минимальной толщиной порядка 0,01X. Разработана совокупность устройств и алгоритмическое обеспечение микроволновой интроскопии неоднородностей электрофизических параметров фрактальных поверхностей по пространственной картине распределения дисперсии коэффициента ослабления поля поверхностной волны.

7. Разработан бесконтактный микроволновой термовлагометрический метод и устройства определения поверхностной влажности, влажности по объёму взаимодействия и её градиента. Сущность метода состоит в использовании зависимости изменения температуры влажного материала от влажности при поглощении локализованным минимальным и индицированным объёмом определенной и фиксированной дозы микроволнового излучения бегущей волны

8. Представлена многосвязанная классификация разработанных микроволновых методов и устройств неразрушающего контроля веществ, материалов и изделий, адекватно систематизирующая их по необходимым рубрикам классификатора и представляющая возможность эффективного решения поставленной метрологической задачи измерения параметров материалов.

Основные материалы, отражающие результаты диссертационной работы, приведены в следующих публикациях ( * - работы, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК Минобразования РФ):

1* Дмитриев Д.А. Поверхностные волны и микроволновые устройства контроля электрофизических параметров магнитодиэлектрических покрытий

на металле: Монография/ Дмитриев Д.А., Федоров Н.П., Федюнин П.А., Русин В.А. - М.: Машиностроение-1,2004, 196 с.

2* Федюнин П.А. Микроволновая термовлагометрия: Монография / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Воробьёв A.A., Чернышов В.Н.. - М. : Машиностроение -1,2004, 208 с.

3 Федюнин П.А. Волноводные методы неразрушающего контроля параметров и свойств материалов в прикладной электродинамике: Монография/ ПА.Федюнин, Д.А.Дмитриев. -Тамбов. :ТВВАИУРЭ (ВИ), 2006, 406 с.

4* Дмитриев Д.А СВЧ устройства пробоотбора в технике аналитического контроля/ Дмитриев Д.А, Герасимов Б.И., Делик В.М., Федюнин П.А., Суслин М.А.//Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1995. T.6I, № 12. С.13-17.

5* Дмитриев Д.А СВЧ объёмные резонаторы в качестве измерительных преобразователей состава и свойств специальных жидких сред / Дмитриев Д.А, Кораблев И.В., Герасимов Б.И., Суслин М.А, Федюнин П.А. //Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1996. Т.62, № 2. С.14-16.

6* Дмитриев Д.А СВЧ методы и устройства в кондуктометрии жидких сред/ Дмитриев Д.А, Герасимов Б.И., Суслин М.А, Федюнин П.А. //Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1996. Т.62, № 7. С.9-12.

7* Федюнин П.А. Контроль и сканирование волнового сопротивления магнитодиэлектрических защитных покрытий на металле / Федюнин П.А., Федоров Н.П., Каберов С.Р., Дмитриев Д.А.//Контроль. Диагностика. 2004, № 11. С. 18-27.

8* Федоров Н.П. Микроволновой контроль электрофизических параметров защитных диэлектрических пластин / Федоров Н.П., Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Каберов С.Р. //Контроль. Диагностика. 2004, № 12. С.42-46.

9 Федюнин П.А. Апертурные излучатели для неразрушающего контроля комплекса электрофизических параметров защитных покрытий на метале / Федюнин П.А., Федоров Н.П., Дмитриев Д.А., Каберов С.Р. //Контроль. Диагностика. 2005, № 1. С.55-62.

10* Дмитриев Д.А. Неразрушающий микроволновой термовлагометри-ческий метод контроля органических соединений и строительных материалов / Дмитриев Д.А., Федюнин П.А., Суслин М.А., Тетушкин В.А., Чернышов В.Н. //Контроль. Диагностика. 2005, № 4. С.60-73.

11* Федоров Н.П. Метод обработки электромагнитного поля поверхностной медленной волны над поглощающим покрытием / Федоров Н.П., Федюнин ПЛ., Дмитриев Д.А., Каберов С.Р. //Радиотехника. 2004, №11. С.90-95.

12 Федюнин П.А. Приемно-излучающие измерительные апертуры микроволнового неразрушающего термовагометрического метода контроля твердых материалов / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Дмитриев С.А. //Контроль. Диагностика. 2006, № 3. С.44-55.

13* Федюнин П.А. Способ бесконтактного определения диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности жидких сред/ Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Бугаев Д.С. // Вестник ТГУ. 2002.Том 7, Вып.1. С.101-102.

14 Федюнин П. А. Частотный диапазон радиопоглощающих покрытий и оценка их предельных свойств/ Федюнин П.А. // Вестник ТГУ. 2002. Том 7, Вып. 1.С. 102-103.

15 Федюнин П.А. Методы синтеза радиопоглощающих покрытий / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А. // Вестник ТГУ. Том 7, Вып.1.2002. С.103-104.

16 Федоров Н.П. Алгоритмы измерения и сканирования противолока-ционных покрытий / Федоров Н.П., Федюнин П.А. Дмитриев Д.А., Каберов С.Р.// Вестник ТГТУ. 2003. Т.9, №4. С.606-617.

17 Дмитриев Д.А. Определение дисперсного состава ферромагнитных жидкостей / Дмитриев Д.А., Федюнин П.А. // Вестник ТГУ. 2003. Том 8, Вып.1. С.220-221.

18* Федюнин П.А.Волноводные методы контроля состава и свойств дисперсных жидких сред/Федюнин П.А., Степаненко И.Т. // Вестник ТГУ. 2003. Том 8, Вып.1. С.221-223.

19* Федюнин П.А.Способ измерения толщины поглощающих покрытий/Карев Д.В., Федюнин П.А., Дмитриев Д.А. // Вестник ТГУ. 2003. Том 8, Вып.1. €.223-225.

20 Федоров Н.П. Перспективные методы измерения комплекса электрофизических и теплофизических параметров радиопоглощающих покрытий/ Федоров Н.П., Федюнин П.А. Дмитриев Д.А., Каберов С.Р.// Вестник ТГТУ. 2004. Т. 10, №1 А. С.47-58.

21 Федюнин П.А. Апертурные системы СВЧ приемного и передающего трактов измерителей состава и свойств материалов / Федюнин П.А. // Вестник ТГУ. 2005. Том 10,Вып.2. С.143-145.

22 Федюнин П.А. Волноводы поверхностных волн как измерительные преобразователи электро- и теплофизических свойств/ Федюнин П.А., Воробьёв A.A., Дмитриев Д.А.// Вестник ТГТУ. 2005. Т.11,№1А. С. 108-118.

23 Федюнин П.А. Анализ и классификация разработанных микроволновых методов и устройств неразрушающего контроля веществ. Материаов и изделий. Часть 1/ Федюнин П.А., Дмитриев Д.А.// Вестник ТГТУ. 2005.Т.11, №4. С.855-869.

24 Федюнин П.А. Анализ и классификация разработанных микроволновых методов и устройств неразрушающего контроля веществ. Материаов и изделий. Часть 2/ Федюнин П.А., Дмитриев Д.А.// Вестник ТГТУ. 2006.Т.12, №2А. С.329-338.

25 Федюнин П.А. Новые СВЧ измерители физико-механических параметров жидкости / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Суслин М.А. // Состояние и проблемы технических измерений. Тез. докл 5 Всероссийской НТК./ М.: МГТУ им. Баумана, 1998.С.235-236.

26 Суслин М.А. Приближённый итерационный метод расчёта среднеинтегральных по зоне взаимодействия электрофизических параметров гетерогенных сред /Суслин М.А., Федюнин П.А., Алёшкин С.А., , Дмитриев Д.А.// Тамбов: Тамбовский ВАИИ, 2000. 12 с. Деп. в ЦСИФ МО РФ 27.07.2000, № В 4443.

27 Федюнин П.А. Методы поверхностных волн в измерении параметров магнитодиэлектрических подложек / Федюнин П.А., Суслин М.А., Шля-пин И.С., Дмитриев Д.А.// Состояние и проблемы технических измерений. Тез. докл 6 Всероссийской НТК./М.: МГТУ им. Баумана,1999. С.205-206.

28 Федюнин П.А. Измерение волнового сопротивления гиротропных противоРЛС покрытий / Федюнин П.А., Карев Д.В., Мордасов М.М., Дмитриев Д.А.// Мат. методы в технике и технологиях - ММТТ 14: Тезисы докладов Межд. научной конференции./ Смоленск: СПИ, 2001. С. 64.

29 Федюнин П.А. Апертурные системы сканирования волнового сопротивления противорадиолокационных покрытий / Федюнин П.А., Карев Д.В., Дмитриев Д.А.// Измерения, контроль, информатизация: Тезисы докладов Межд. научной конференции./ Барнаул:- Алтайский ГТУ, 2001. С.70-71

30 Федюнин Г1.А. Неразрушающий метод локального определения параметров неоднородностей радиопоглощаюших покрытий и материалов / Федюнин П.А., Карев Д.В., Дмитриев Д.А., Суслин М.А.// Измерения, контроль, информатизация: Тезисы докладов Межд. научной конференции./ Барнаул:-Алтайский ГТУ, 2001. С. 93-94.

31 Федюнин П.А. К проектированию излучающих апертур в системе измерения свойств материалов на поверхностных волнах/ Федюнин П.А., Карев Д.В., Каберов С.Р. Дмитриев Д.А.// Мат. методы в технике и технологиях - ММТТ 15: Тезисы докладов Межд. научной конференции./ Тамбов: ТГТУ, 2002. С.48-49.

32 Федюнин П.А. Определение электрофизических параметров гиротропных материалов по длинам смешанных и стоячих волн / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Федоров Н.П.// Мат. методы в технике и технологиях - ММТТ 16: Тезисы докладов Межд. научной конференции./ С.Пб: С.Пб.ГТУ, 2003. С.43-45.

33 Федюнин П.А. Алгоритмы многомодовых режимов поверхностных волн в методе измерения параметров магнитодиэлектрических покрытий / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Макаров B.C.// Мат. методы в технике и технологиях - ММТТ 16: Тезисы докладов Межд. научной конференции./ С.Пб: С.Пб.ГТУ, 2003. С.51-52.

34 Федюнин П.А. Устройство контроля процесса осаждения или расслоения дисперсных жидких сред / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А.., Фёдоров Н.П.// Измерения, контроль, информатизация: Тезисы докладов Межд. научной конференции./ Барнаул: Алтайский ГТУ, 2003. С. 77-78.

35 Федюнин П.А. Основы микроволновой термовлагометрии / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Тетушкин В.А.// Теплофизические измерения при контроле и управлении качеством: Тезисы докладов V международной теплофи-зической школы/ Тамбов: ТГТУ, 2004. С.203-209.

36 Федюнин П.А. Алгоритмы сканирования неоднородностей магнитодиэлектрических покрытий на металле / Федюнин П.А., Панов A.A.// Математические методы в технике и технологиях ММТТ-18: Тезисы докладов Международной научной конференции/ Казань: Казанский ГТУ, 2005. С.66-67.

37 Федюнин П.А Концентратомеры на эффекте продольного намагничивания ферромагнитных жидкостей в прямоугольном волноводе / Федюнин П.А.// Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического моделирования. Сборник докл 7 Всероссийской НТК /Тамбов: ТВВАИУ, 2004. С 81-85.

38 Федюнин П.А Неразрушающие микроволновые волноводно - апер-турные методы контроля состава и свойств магнитодиэлектрических материалов и изделий / Федюнин П.А.// Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического моделирования. Сборник докл 8 Всероссийской НТК/Тамбов: ТВВАИУ,2006. С. 17-29.

39* Патент РФ № 2182327, МПК7 G01N15/06 СВЧ способ определения концентрации ферромагнитных частиц/ Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Макаров Н.В., Суслин М.А. (РФ). - № 99123478/09; заявл. 09.11.99; опубл. 10.05.02, Бюл.№ 13.

40* Патент РФ № 2170418, МПК7 G01N22/00,27/02 Способ определения концентрации ФМЧ в жидкости и магнитной восприимчивости в диапазоне СВЧ/ Федюнин П.А., Дмитриев Д.А, Суслин М.А. (РФ). - № 99108324/006585; заявл. 21.09.99; опубл. 10.07.01, Бюл. № 21.

41* Патент №2228519, МПК7 GO INI 5/06 Способ определения концентрации ферромагнитных частиц и продолговатых доменов в жидкости в диапазоне СВЧ/ Федюнин П.А., Дмитриев Д.А. (РФ). - №2002109365. заявл. 05.06.02, опубл.10.06.04. Бюл№13.

42* Патент РФ № 2090860, МКИ6 GO INI 5/06. Устройство для измерения концентрации ферромагнитных частиц в жидкости/ Дмитриев Д.А, Федюнин П.А., Суслин М.А., Степаненко И.Т.(РФ). - № 94007037; заявл. 24.02.94; опубл. 20.09.97, Бюл. № 26.

43* Патент №2194270, МПК7 G01N22/04 Способ бесконтактного определения диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности жидких сред/ Дмитриев Д.А, Федюнин П.А., Суслин М.А. (РФ). -№2001102807. заявл.01.03.01, опубл.10.12.02. Бюл. №34.

44* Патент №2247967, МПК7 GO IN 15/06 СВЧ способ определения концентрации и электрофизических параметров ФМЧ в жидком носителе / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Макаров B.C. (РФ). - № 2003106527; за-явл.07.03.07, опубл. 10.03.05. Бюл.№7.

45* Патент №2256165, МПК7 G01N22/02, G01R27/26. СВЧ способ локализации неоднородностей диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий на металле и оценка их относительной величины/.Федюнин П.А, Дмитриев Д.А., Каберов С.Р. (РФ). - №2003126856/09; заявл. 01.09.03; опубл. 10.07.05. Бюл.№19.

46* Патент №2251073, МПК7 G01B15/02, G01R27/26 СВЧ способ измерения магнитодиэлектрических параметров и толщины спиновых покрытий на металле/ Федюнин П. А., Карев Д.В., Дмитриев Д. А., Каберов С.Р .(РФ). -№2002105214/28; заявл. 12.08.02; опубл. 27.04.05. Бюл. №12.

47* Патент №2249178, МПК7 G01B15/02, G01R27/26 СВЧ способ определения комплексной диэлектрической проницаемости и толщины диэлек-

трических пластин/ Федюнин ПЛ., Каберов С.Р., Дмитриев Д.А., Федоров Н.П. (РФ). - №2003106528/28; заявл.07.03.02; опубл.27.03.05. Бюл. №9.

48* Патент №2258214, МПК7 G01N22/00, G01B15/02, G01R27/26 СВЧ-способ измерения длины, толщины и диэлектрической проницаемости диэлектрического покрытия на металлической поверхности/ Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., (РФ). - №2004107937/28; заявл. 17.03.04; опубл. 10.08.05. Бюл. №22.

49* Патент №2256168, МПК7 G01N22/00, G01R27/26 СВЧ способ определения толщины и комплексной диэлектрической проницаемости диэлектрических покрытий/ Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Фёдоров Н.П. (РФ). -№2003126856/28; заявл.01.09.03; опубл. 10.03.05. Бюл. №19.

50* Патент №2132547, МПК6 G01N22/00, 27/02, Устройство для определения концентрации электролита/ Дмитриев Д.А., Суслин М.А., Глинкин Е.И., Мищенко C.B., Федюнин П.А., Глинкин M. Е. (РФ). - № 97105463; заявл. 2.04.97; опубл. 27.06.99, Бюл. № 18.

51* Патент №2193184, МПК7 G01 N22/00, G01R 27/26,, СВЧ - способ определения диэлектрической проницаемости и толщины диэлектрических покрытий на металле / Суслин М.А., Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Каберов С.Р., Карев Д.В. (РФ). - №2001102116/09; заявл.23.01.01; огтубл.20.11.02. Бюл. №32.

52* Патент РФ № 2115112, МПК6 G01 N27/02,22/00. СВЧ - способ определения концентрации электролита и устройство для его реализации / Дмитриев Д.А., Суслин М.А., Глинкин Е.И., Мищенко C.B., Федюнин П.А. (РФ). -№95121408; заявл. 19.12.95; опубл. 10.07.98, Бюл.№ 19.

53* Патент РФ № 2269763, МПК7 G01N9/36, 22/04. Неразрушающий СВЧ-способ контроля влажности твердых материалов и устройство для его реализации/ Тетушкин В.А., Федюнин П.А., Дмитриев Д.А. Чернышов В.Н. (РФ). - №2004108282/09; заявл. 22.03.04; опубл. 10.04.06, Бюл. № 4.

54* Патент №2273839, МПК7 G01N15/00, G01R33/00 СВЧ-способ измерения электромагнитных параметров диэлектрических и магнитодиэлектриче-ских покрытий на металле и устройство для его реализации / Федюнин П.А., Фёдоров Н.П., Дмитриев Д.А., Каберов С.Р. (РФ). - №2003127808/28; за-явл. 15.09.03; опубл. 10.04.06. Бюл. №13.

55* Положительное решение на выдачу патента № 95106337, МПК G01N27/22, Устройство для измерения диэлектрической проницаемости жидкости / Дмитриев Д.А., Суслин М.А., Федюнин П.А. (РФ) - №95106337/25; заявл. 24.04.95; опубл. 27.04.97, Бюл. №8.

56* Положительное решение на выдачу патента № 2004115898, МПК7 G01N22/04, СВЧ способ измерения поверхностной влажности твердых материалов, влажности по объёму взаимодействия, нормального к поверхности градиента влажности и устройство его реализации / Тетушкин В.А., Федюнин П.А., Дмитриев Д.А, Чернышов В.Н. (РФ). - № 2004115898/09; заявл. 25.05.04; опубл. 10.11.05, Бюл. №4.

Подписано к печати 15.01.07 г. Гарнитура Times New Roman. Печать офсетная. Объем: 2,0 усл. печ. л.; 2,0 уч.-изд. л. Заказ №7 Тираж 100 экз.

Типография Тамбовского ВВАИУРЭ (ВИ) 392006, Тамбов - 6

Буквенные обозначения и единицы измерения основных величин.

Введение.

1. Классификации волноводно-антенных методов и устройств нераз-рушающего контроля магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов.

1.1 .Современное состояние вопроса измерения электрофизических, концентрационных, геометрических и технологических параметров жидких и твердых материалов.

1.2. Способы и устройства определения концентрации ФМЧ в жидкости.

1.3. СВЧ - измерители электрофизических параметров ФМЖ.

1.4. Классификация методов измерений на основе комплекса решенных теоретических и практических задач.

1.4.1. Классификация измерительных преобразователей на регулярных волноводах (отрезках волноводов).

1.4.2. Классификация измерительных преобразователей на диэлектрических волноводах.

1.4.3. Классификация измерительных преобразователей на нерегулярных волноводах (замедляющие системы - ЗС) с неоднородно-стями.

1.4.4. Классификация микроволновых методов поверхностных волн измерения толщины, электрофизических параметров и их неод-нородностей магнитодиэлектрических покрытий на металле.

1.4.5. Классификация микроволновых методов определения влажности - микроволновая термовлагометрия.

Актуальность темы. Технический прогресс в различных отраслях промышленности (химической, нефтеперерабатывающей, лакокрасочной и т.д.) определяется совершенствованием известных и созданием новых технологий. Особое внимание уделяется исследованиям и разработкам методов и средств получения информации о параметрах технологических процессов и показателях качества материалов и изделий. Для повышения эффективности производства и качества выпускаемой продукции требуется получение значительного количества измерительной информации, а к средствам контроля предъявляются все более высокие требования по быстродействию и по точности.

Технология производства радиопоглощающих материалов и покрытий требует неразрушающего контроля магнитодиэлектрических (электрофизических) параметров дисперсных жидких и твердых материалов в течении всего цикла их синтеза, важнейшими из которых являются относительные диэлектрическая ё и магнитная ц проницаемости. Эти параметры связаны с другими физико-химическими и механическими характеристиками, определяющими состав и свойства жидких и твердых материалов.

В качестве примера можно привести гетерогенные дисперсные жидкие смеси с ферромагнитными (магнитодиэлектрическими) частицами (ФМЧ) -ферромагнитные жидкости (ФМЖ). Важнейшим параметром ФМЖ является концентрация частиц твердой фазы, от которой зависит не только согласование со свободным пространством по волновому сопротивлению ZB и степень поглощения электромагнитной волны поглощающими материалами, но и качество некоторых красителей, зажигательных смесей, горючих и смазочных материалов, являющихся потенциально опасными, что требует полную бесконтактность проводимых измерений.

Необходимость развития теоретических и практических вопросов разработки автоматизированных комплексов микроволновых неразрушающих волноводно-антенных методов определения магнитодиэлектрических свойств материалов и изделий в процессе их производства и эксплуатации обусловлена: а) отсутствием высокоточных быстродействующих методов контроля параметров жидких гиромагнитных материалов в процессе их производства; б) созданием устройств оперативного контроля электрофизических параметров различного рода покрытий, в том числе неотражающих и поглощающих, в процессе их нанесения и финишного контроля; в) отсутствием теоретических основ проектирования микроволновых волноводно-антенных устройств контроля заданного состава и свойств диэлектрических и магнитодиэлектрических материалов и изделий; г) отсутствием решения задачи адаптивного согласования микроволновых волноводно-антенных первичных измерительных преобразователей (ПИП) магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов и покрытий с нагрузкой; д) тем, что все известные микроволновые методы определения магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов лабораторные, не автоматизированные и направлены на решение задач измерения параметров лишь специально подготовленных образцов твердых материалов.

Анализ известных волноводно-антенных методов контроля материалов и изделий показал, что все они имеют следующие недостатки:

- отсутствует общая методика расчета информативных параметров микроволновых ПИП с учетом деформации структуры одномодового поля по зоне взаимодействия и методические основы их проектирования;

- отсутствует методика выбора спектра рабочих мод и алгоритмическое обеспечение их реализации и смены;

- материалы принято считать средами с малыми потерями, в действительности такие допущения приводят к большим погрешностям измерений комплекса характеристик реальных материалов;

- антенная система считается источником плоской волны в дальней зоне (ДЗ) и не учитывается, что реальная антенна обладает ДН конечной ширины, а также не учитывается распределение мощности на поверхности контролируемого материала;

- во всех известных микроволновых методах сканирования поверхности материала применяются апертурные излучатели с механическим качанием луча и две разнесенные приемно-передающие антенны, требующие синхронной настройки по углу падения, нет одностороннего доступа к контролируемому материалу;

- не учитываются конечные размеры антенной системы;

- не учитывается топология неоднородности реальной поверхности, обусловленная конечными величинами стохастической шероховатости и искусственных поверхностных неоднородностей, а также переменный радиус кривизны поверхности;

- отсутствуют методы и устройства измерения магнитной проницаемости ц жидких сред и твердых материалов конечной толщины (кроме не локальных индуктивных датчиков «полубесконечных» материалов), а также волнового сопротивления ZB.

Все перечисленное выше ставит необходимость решения задачи разработки волноводно-антенных неразрушающих методов определения параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических материалов актуальной.

Целью работы является теоретическое и практическое решение проблемы создания комплекса микроволновых волноводно-антенных неразрушающих методов определения магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов с учетом их топологии в процессе их производства и эксплуатации.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих научно-технических задач:

- анализ современного состояния измерений электрофизических, концентрационных и геометрических параметров жидких и твердых материалов;

- теоретическое и экспериментальное исследование эффектов взаимодействия электромагнитного поля микроволновых излучений с жидкими и твердыми материалами и разработка на их основе единого теоретического подхода к созданию новых микроволновых методов неразрушающего контроля магнитодиэлектрических параметров контролируемых материалов;

- разработка микроволновых волноводно-антенных методов неразрушающего контроля магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов.

Диссертационная работа посвящена решению указанных задач и выполнена в рамках научно-технической программы Министерства образования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» на 2003-2004 г.г. и на основании «Основных направлений развития вооружения и военной техники ВВС на период до 2010 года» и Планов НИОКР ВВС на период до 2000 и 2005 г.г.

Методы исследований базируются на применении теории макроскопической электродинамики, математического и машинного моделирования, теории антенно-фидерных устройств, измерений и метрологии.

Научная новизна. В результате теоретических и экспериментальных исследований эффектов взаимодействия электромагнитного поля микроволновых излучений с жидкими и твердыми материалами (магнитодиэлектрики с потерями) получены следующие научные результаты:

- предложен единый теоретический подход к созданию быстродействующих волноводно-антенных методов неразрушающего контроля состава и свойств магнитодиэлектрических материалов, базирующийся на единой методике расчета информативных параметров микроволновых ПИП (метод эквивалентных реактивных параметров - МЭП), учитывающей деформацию одномодовой структуры поля по зоне взаимодействия, перераспределение поверхностных токов и зарядов; на основе МЭП разработаны адекватные модели комплекса методов и устройств измерения параметров жидких сред.

- теоретически и экспериментально обоснован и разработан метод микроволнового неразрушающего контроля магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов, в том числе фрактальных, через параметры поверхностной медленной волны, обеспечивающий высокую точность и локальность измерений - микроволновая интроскопия поверхностной медленной волной;

- разработан бесконтактный микроволновой термовлагометрический метод, базирующийся на электрофизическом взаимодействии управляемого по частоте и направлению электромагнитного поля с влажным материалом, при одностороннем доступе - микроволновая термовлагометрия;

- разработаны методы измерения магнитодиэлектрических свойств жидких ферромагнетиков, в основу которых положены эффекты распространения бегущих электромагнитных волн в жидких намагниченных средах и взаимодействия ферромагнитных дисперсных жидких сред с суперпозицией бегущего микроволнового электромагнитного поля и внешнего квазипостоянного магнитного поля (подмагничивания) - компенсационные методы измерений: стабилизация измеряемого параметра компенсацией изменения информативных параметров ферромагнитных жидкостей величиной и направлением вектора Н квазипостоянного магнитного поля, что позволяет определять их дисперсно-доменный состав.

Практическая ценность. Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что:

- разработан комплекс устройств, реализующих неразрушающие вол-новодно-антенные методы определения магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов в процессе их производства и эксплуатации, позволяющих повысить точность и оперативность контроля;

- на основе теоретических результатов разработаны устройства микроволновой термовлагометрии радиопрозрачных материалов и поглощающих покрытий;

- разработан комплекс устройств, алгоритмическое и метрологическое обеспечение микроволнового неразрушающего контроля магнитодиэлектрических свойств жидких и твердых материалов и интроскопии неоднородно-стей фрактальных поверхностей по пространственной картине распределения дисперсии отклонения коэффициента ослабления поля поверхностной волны от его математического ожидания.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований прошли промышленные (полевые) испытания и внедрены в в/ч №15401 (г. Смоленск, 2006), в ОАО "Завод подшипников скольжения" (г. Тамбов, 2006), ОАО «Тамбовполимермаш» (г. Тамбов, 2006), ООО «Тамбовэнергонефть» (г. Тамбов, 2005), ООО «Тамбовалюминийкомплект» (г. Тамбов, 2006), ТЦ «Хамелеон» (г. Тамбов, 2006) (приложения А.1.А.7).

Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в в/ч №44386 (Военно-научный комитет ВВС МО РФ) в комплексе НИР: №29617 "Резонатор-95", №29750 "Резонатор-97", №20038 "За-медление-99", №20314 "Поверхность", №20313 "Стержень", выполненных на основании «Основных направлений развития вооружения и военной техники ВВС на период до 2010 года» и «Планов НИОКР ВВС» на период до 2000 и 2005 г.г.( приложение А.8., А.9)

Материалы диссертационной работы используются в учебных курсах и научно-исследовательской практике Тамбовского высшего военного авиационного инженерного училища радиоэлектроники (военный институт) и ВВИА им. проф. Н.Жуковского (г. Москва) (приложения А. 10.А. 11).

Основные выводы по анализу применения ПИП - ДВВ в одномодовом режиме.

1. Устройство измерения величины s'i на диэлектрическом ВВПВ отличается конструктивной простотой и повышенной пожаро- и взрывобезопасностью.

2. Величина коэффициента затухания аг над ЗС обладает высокой чувствительностью к измеряемой величине е'ь например, относительное изменение е на 10% в зоне средней чувствительности приводит к изменению

1. Брандт А. А. Исследование диэлектриков на СВЧ. - М.: Физматгиз, 1963,360 с.

2. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / Клюев В.В., Соснин Ф.В., Филинов В.Н. и др./ Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1995, 408 с.

3. Дмитриев Д.А СВЧ устройства пробоотбора в технике аналитического контроля/ Дмитриев Д.А, Герасимов Б.И., Делик В.М., Федюнин П.А., Суслин М.А//Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1995. Т.61, № 12. С.13-17.

4. Дмитриев Д.А СВЧ методы и устройства в кондуктометрии жидких сред / Дмитриев Д.А, Герасимов Б.И., Суслин М.А, Федюнин П.А. //Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1996. Т.62, № 7. С.9-12.

5. Дмитриев Д.А Комплекс волноводных методов и устройств измерения электрофизических параметров (концентрации) композитных гиромагнитных сред/ Дмитриев Д.А., Федюнин П.А., Суслин М.А., Кузьменко 0.10//

6. Новое о теплофизических свойствах: Тез. Докл. III Междунар. теплофиз. школы/Тамбов: ТГТУ, 1998. С. 73-74.

7. Фертман В.Е. Магнитные жидкости: Справ.пособие. Минск: Высшая школа, 1988, 213 с.

8. Небабин В.П. Методы и техника противодействия радиолокационному распознаванию/ Небабин В.П., Белоус В.Г. // Зарубежная радиоэлектроника. 1987. N2. С. 15-17.

9. Дмитриев Д.А. Определение дисперсного состава ферромагнитных жидкостей / Дмитриев Д.А., Федюнин П.А. // Вестник ТГУ. 2003 .Том 8, Вып.1. С.220-221.

10. Рабинович Ф.М. Кондуктометрический метод анализа дисперсного состава. -JI.: Химия, 1970, 205 с.

11. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. Л.: Химия, 1971, 325 с.

12. Кулаков М.В. Измерители концентрации дисперсных систем/ Кулаков М.В., Жуков Ю.П.// Приборы и системы управления. 1975. N8. С.21.

13. Мишин Д.Д. Магнитные материалы. М.: Наука, 1991, 269 с.

14. Оделевский В.И. Расчет обобщенной проводимости гетерогенных систем // Журнал технической физики. 1951, Вып.6. С. 12-17.

15. Мальцев Н.Н. Изучение влияния различных факторов на электропроводность суспензий./ Мальцев Н.Н., Растяпин В.А. // Вопросы химии и химической технологии. Харьков: Высшая школа. 1972, Вып.27. С.78-82.

16. А.с. 180400: Кондуктометр / Кулаков М.В., Жуков Ю.П. Опубл. 1966, Бюл. № 7. 4 е., илл.

17. Жуков Ю.П. Кондуктометрические концентратомеры суспензий./ Жуков Ю.П., Кулаков М.В., Левин А.Л. М.: ГОСНИТИ, 1967.

18. Растяпин В.А. Автоматический контроль содержания твердой фазы в пульпах с помощью кондуктометрических преобразователей

19. Автоматический контроль и методы электрических измерений. -Новосибирск: Наука. 1971. Т.2. С.56-60.

20. А.с. 830259. Устройство для контроля электромагнитных характеристик жидкостей / Кугаевский А.Ф., Лукашенок А.Б. Опубл. 1982, Бюл. № 18. 4с., илл.

21. А.с. 947799. Устройство для контроля электромагнитных характеристик феррожидкостей / Кугаевский А.Ф., Лукашенок А.Б. Опубл. 1982, Бюл. №28.4с., илл.

22. А.с. 705395. Устройство для измерения электромагнитных характеристик жидких сред с ферропримесями / Кугаевский А.Ф., Лукашенок Б.А. Опубл. 1979, Бюл. № 47. 4с., илл.

23. А.с. 907484. Устройство для контроля содержания ферромагнитных частиц в жидкости / Кугаевский А.Ф., Лукашенок А.Б., Фартбух В.М. Опубл. 1982, Бюл. № 7, 6с., илл.

24. Микаэлян А.Л. Теория и применение ферритов на сверхвысоких частотах. -М.: Госэнергоиздат, 1963, 432 с.

25. Наумов А.А. Портативный измеритель концентрации магнитной суспензии./Наумов А.А., Черняк В.В.// Дефектоскопия. 1971, N2. С.124.

26. Федюнин П.А. Новые СВЧ измерители физико-механических параметров жидкости / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Суслин М.А. // Состояние и проблемы технических измерений. Тез. докл 5 Всероссийской НТК./М.: МГТУ им. Баумана, 1998. С.235-236.

27. Дмитриев Д.А. Методы и устройства контроля состава и свойств ферромагнитных жидких сред в диапазоне СВЧ: Дис. докт. техн. наук. -Тамбов.: ТГТУ, 1998. 525 с.

28. Кинг Р. Антенны в материальных средах / Кинг Р. , Смит Г. Пер. с англ. под ред. В.А. Коровина. М.: Мир, 1989,739 с.

29. Касимов P.M. Измерение диэлектрических коэффициентов полярных жидкостей на СВЧ с применением универсальных номограмм. / Касимов P.M., Усейнова С.М. // Измерительная техника. 1975, №2. С.35- 39.

30. Селезнев Н.Е. Однорупорный рефлектометр для быстрых измерений диэлектрических характеристик в диапазоне СВЧ // Радиотехника сверхвысоких частот. М.: ВИНИТИ. 1990, № 30. С. 17- 19.

31. А.с. 1270722. Способ измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидкости на СВЧ / Семенов В.В. Опубл. 1986, Бюл. № 42. 6с., илл.

32. А.с. 433353. Бесконтактный сверхвысокочастотный уровнемер / Чернышев А.Н., Ковальчук Г.А., Бензарь В.К. Опубл. 1975, Бюл.№ 23. 5с., илл.

33. Лопатин Б.А. Кондуктометрия. Новосибирск: Наука, 1964, 135 с.

34. Грудинская Г.П. Распространение радиоволн. М.: Высшая школа, 1975,245 с.

35. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. Т. 1-2 /Под ред. В.В.Клюева. М.: Машиностроение, 1989, 435 с.

36. Тюльков Г.И. Резонаторный метод определения радиоволновых параметров диэлектриков./ Тюльков Г.И., Чернышев В.Н.// Радиотехника. 1986, №3. С. 26-31.

37. Антонов И.Н. Электродинамическая дефектоскопия на основе ЦОР с колебанием Н0ц. //Тезисы доклада на МНТК "Актуальные проблемы электроприборостроения". Саратов, 1996.

38. Беков Ю.Г. Цилиндрический объёмный резонатор со вставкой из поглощающего диэлектрика //Серия "Радиотехника".- М.: ВИНИТИ. 1994. Т.37.

39. Дмитриев Д.А. Методы расчёта СВЧ ПИП состава и свойств жидких сред / Дмитриев Д.А., Федюнин П.А., Суслин М.А. // Состояние и проблемы технических измерений. Тез. докл 5 Всероссийской НТК./М.: МГТУ им. Баумана, 1998. С.230-232.

40. Патент №2132547, МПК6 G01N22/00, 27/02, Устройство для определения концентрации электролита/ Дмитриев Д.А., Суслин М.А., Глинкин Е.И., Мищенко С.В., Федюнин П.А., Глинкин М. Е. (РФ). № 97105463; за-явл. 2.04.97; опубл. 27.06.99, Бюл. № 18.

41. Патент РФ № 2084877, МКл6 G01N22/04 Способ измерения концентрации ферромагнитных частиц в жидкости/ Д.А.Дмитриев, М.А.Суслин, И.В.Кораблев, Б.И Герасимов. (РФ). №1995253545; заявл. 12.05.94; опубл. 18.06.97, Бюл. №8.

42. Электронно-измерительные приборы. Справочник. М.: Машпри-борторг, 1991, 128 с.

43. Дмитриев Д.А. СВЧ измеритель комплекса параметров феррожидкостей./ Дмитриев Д.А., Суслин М.А., Герасимов Б.И. //Тезисыдоклада Российской электрохим. школы "Новейшие достижения в области электрохим. методов анализа".- Тамбов: ТГТУ, 1995. С. 63-64.

44. Положительное решение на выдачу патента № 96111727, МПК G01N27, Устройство для определения параметров жидких магнитодиэлектриков / Дмитриев Д.А., Суслин М.А. Глинкин Е.И., Мищенко С.В. (РФ) № 96111727/09; заявл. 24.04.96; опубл. 29.01.1998, Бюл. №12.

45. Федюнин П.А. СВЧ методы и устройства измерения электрофизических параметров жидких диэлектриков с потерями: Дис. канд. техн. наук. -М.:МГУИЭ, 1997. 230 с.

46. Chose R. Microwave circuit theory and analyses, McGraw-Hill, New-York, 1963.

47. Сушкевич В.И. Нерегулярные линейные волноводные системы. -М.: Сов.радио, 1967.

48. Патент РФ № 2182327, МПК7 G01N15/06 СВЧ способ определения концентрации ферромагнитных частиц/ Федюнин П.А. и др. (РФ). № 99123478/09; заявл. 09.11.99; опубл. 10.05.02, Бюл. № 13.

49. Положительное решение на выдачу патента № 95106337, МПК GO 1 N27/22, Устройство для измерения диэлектрической проницаемости жидкости / Дмитриев ДА., Суслин М.А., Федюнин П.А. (РФ) №95106337/25; Заявл. 24.04.95; Опубл. 27.04.97.

50. Патент РФ № 2170418, МПК7 GO 1 N22/00, 27/02 Способ определения концентрации ФМЧ в жидкости и магнитной восприимчивости в диапазоне СВЧ/ Федюнин П.А., Дмитриев Д.А, Суслин М.А. (РФ). № 99108324/006585; заявл. 21.09.99; опубл. 10.07.01, Бюл. № 21.

51. Патент №2228519, МПК7 GO 1 N15/06 Способ определения концентрации ферромагнитных частиц и продолговатых доменов в жидкости в диапазоне СВЧ/ Федюнин П.А., Дмитриев Д.А. (РФ). №2002109365; заявл. 0.5.06. 02; опубл. 10.06.04, Бюл. №13.

52. Патент РФ № 2090860, МКИ6 G01N15/06. Устройство для измерения концентрации ферромагнитных частиц в жидкости/ Дмитриев Д.А, Федюнин П.А., Суслин М.А., Степаненко И.Т.(РФ). № 94007037; заявл. 24.02.94; опубл. 20.09.97, Бюл. № 26.

53. Патент №2194270, МПК7 GO 1 N22/04 Способ бесконтактного определения диэлектрической проницаемости и удельной электропроводностижидких сред/ Дмитриев Д.А, Федюнин П.А., Суслин М.А. (РФ). -№2001102807; заявл.01.03.01; опубл. 10.12.02, Бюл№34.

54. Патент №2247967, МПК7 GO IN 15/06 СВЧ способ определения концентрации и электрофизических параметров ФМЧ в жидком носителе / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Макаров B.C. (РФ). № 2003106527; заявл. 07.03.07; опубл. 10.03.05, Бюл№7.

55. Федюнин П.А. Концентратомер ферромагнитных частиц на основе Н-плоскостного Y-циркулятора / Федюнин П.А., Алёшкин С.А., Римский М.С.// Тамбов: Тамбовский ВАИИ, 2000. 12 с. Деп. в ЦСИФ МО РФ 04.04.2000, № 10845.

56. Федюнин П.А. Волноводные методы неразрушающего контроля параметров и свойств материалов в прикладной электродинамике: Монография/ Федюнин П.А., Дмитриев Д.А. Тамбов.: ТВВАИУРЭ (ВИ), 2006,406 с.

57. Дмитриев Д.А. Поверхностные волны и микроволновые устройства контроля электрофизических параметров магнитодиэлектрических покрытий на металле: Монография/ Дмитриев Д.А., Федоров Н.П., Федюнин П.А., Русин В.А. М.: Машиностроение-1,2004, 196 с.

58. Дмитриев Д.А. Неразрушающий микроволновой термовлагометри-ческий метод контроля органических соединений и строительных материалов / Дмитриев Д.А., Федюнин П.А., Суслин М.А., Тетушкин В.А., Чернышов В.Н. //Контроль. Диагностика. 2005, № 4. С.60-73.

59. Федюнин П.А. Основы микроволновой термовлагометрии / Федюнин П.А., Дмитриев ДА., Тетушкин В.А.// Теплофизические измерения при контроле и управлении качеством: Тезисы докладов V международной теп-лофизической школы/ Тамбов: ТГТУ, 2004. С.203-209.

60. Федюнин П.А. Микроволновая термовлагометрия: Монография/ Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Воробьёв А.А., Чернышов В.Н. -М.: Машиностроение -1, 2004, 208 с.

61. Федюнин П.А. Анализ и классификация разработанных микроволновых методов и устройств неразрушающего контроля веществ. Материаов и изделий. Часть 1/ Федюнин П.А., Дмитриев Д.А.// Вестник ТГТУ. 2005. Т.11, №4. С.855-869.

62. Федюнин П.А. Анализ и классификация разработанных микроволновых методов и устройств неразрушающего контроля веществ. Материаов и изделий. Часть 2/ Федюнин П.А., Дмитриев Д.А.// Вестник ТГТУ. 2006. Т. 12, №2А. С.329-338

63. Федюнин П.А. Контроль и сканирование волнового сопротивления магнитодиэлектрических защитных покрытий на металле / Федюнин П.А., Федоров Н.П., Каберов С.Р., Дмитриев Д.А.//Контроль. Диагностика. 2004, № 11. С. 18-27.

64. А.с. № 924557. Способ измерения концентрации ферромагнитных частиц в жидкости / Дмитриев Д.А., Соколов Ю.Ф., Абраров А.Т. Опубл. 1982, Бюл. № 16. 4с., илл.

65. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. М.: Высшая школа, 1988, 270 с.

66. Суслин М.А. Дистанционный частотный концентратомер гиромагнитных жидких сред / Суслин М.А., Макаров Н.В., Федюнин П.А., Дмитриев Д.А. // Состояние и проблемы технических измерений. Тез. докл 6 Всероссийской НТК./М.: МГТУ им. Баумана,1999. С.303.

67. Рабкин Л.И. Высокочастотные ферромагнетики. М.: Физматгиз, 1960, 280 с.

68. Тимошенко A.M. Обобщённая формула для расчёта электромагнитных констант среды со сферическими включениями./ Тимошенко A.M., Пономаренко В.И //Радиотехника и электроника. 1996. Т.41, № 4. С.412-415.

69. Нетушил А.В. ВЧ нагрев диэлектриков и полупроводников./ Нетушил А.В., Жуховицкий Б.Я. М: Госэнергоиздат, 1959.

70. Суслин М.А. Приближённый итерационный метод расчёта среднеинтегральных по зоне взаимодействия электрофизических параметров гетерогенных сред /Суслин М.А., Федюнин П.А., Алёшкин С.А.,, Дмитриев

71. Д.А.// Тамбов: Тамбовский ВАИИ, 2000. 12 с. Деп. в ЦСИФ МО РФ 27.07.2000, № В 4443.

72. Федюнин П.А. Многомодовые режимы в СВЧ преобразователях электрофизических параметров измеряемых сред./ Федюнин П.А., Поздняков А.С., Суслин М.А., Алешкин С.А. // V научная конференция: Тез. докл /Тамбов: ТГТУ, 2000. С. 102.

73. Фальковский О.И. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1978,380 с.

74. Федюнин П.А. Алгоритмическое обеспечение измерения комплекса параметров гиромагнитных жидкостей в диапазоне СВЧ./ Федюнин П.А., Карев Д.В., Алешкин С.А., Дмитриев Д.А. // V научная конференция: Тез. докл /Тамбов: ТГТУ, 2000. С. 101.

75. Техническая кибернетика. Устройства и элементы АР и У. Кн.1. / Под.ред. М.Е. Солодовникова.-М.: Машиностроение, 1973, 123 с.

76. Федюнин П.А. Волноводы поверхностных волн как измерительные преобразователи электро- и теплофизических свойств/ Федюнин П.А., Воробьёв А.А., Дмитриев Д.А.// Вестник ТГТУ. 2005. T.l 1, №1 А. С. 108-118.

77. Взятышев В.Ф. Диэлектрические волноводы. М.: Сов. радио, 1970, 285 с.

78. Каценеленбаум Б.З. Высокочастотная электродинамика. Основы математического аппарата. М.: Наука, 1966, 240 с.

79. Семенов Н.А. Асимптотические формулы для затухания в диэлектрическом волноводе. НДВ1Н //Радиотехника и электроника Т 2. 1959. С.77.

80. Snitzer Е. Cylindrical Dielectric Waveguide modes//J.Opt.Soc. Am. -1961. Vol. 51, N5. p.289-310.

81. Айзенберг Г.З. Антенны УКВ. -M.: Связьиздат, 1957, 315 с.

82. Пчельников Ю.Н. Применение замедляющих систем для экологического контроля промышленных стоков // Измерительная техника. 1994, N6. С. 28-34.

83. Елизаров А.А. радиоволновые элементы технологических приборов и устройств с использованием электродинамических замедляющих систем./ Елизаров А.А., Пчельников Ю.Н. М.: Радио и связь, 2002, 200 с.

84. Жук М.С. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств / Жук М.С., Молочков Ю.Б. -М.: Энергия, 1971,400 с.

85. Корбанский И. Н. Теория электромагнитного поля. М.: ВВИА им. Н. Е. Жуковского, 1964, 370 с.

86. Вамберский М.В., Казанцев В.И., Шелухин С.А. Передающие устройства СВЧ. М.: Высшая школа, 1984,458 с.

87. Unger H.G. Dielektrische Rohre als Wellenleiter // Arch. Elekt. Ubertr. 1954. bd.8, N6. S.241.

88. Марков Г.Т. Электродинамика и распространение радиоволн/ Марков Г.Т., Петров Б.М., Грудинская Г.П. -М.: Сов.радио, 1979, 345 с.

89. Анго А. Математика для электро- радиоинженеров. М.: Наука,1964.

90. Розет Т.А. Элементы цилиндрических функций с приложением к радиотехнике.-М.: Сов.радио, 1956, 83 с.

91. Лаговский Б.А., Мировицкий Д.И. Тонкое широкополосное радио-поглощающее покрытие. Угловые характеристики рассеяния тонкого радиопоглотителя //Приборы и системы управления. 1997, №3. С. 26-33

92. Sheppard N., Nucker R., Wu С. Electrical Conductivity Measuremrnt Using Mikrofabricated Elektrodes // Analytical Chemistry, 1993,Vol. 65. 350.

93. Шумиловский В. Метод вихревых токов.-М.:Энергия, 1966,100 с.

94. Неразрушающий контроль металлов и изделий: Справочник / Под ред. Г.С. Самойловича.-М.: Машиностроение, 1976, 450 с.

95. Мировицкий С. Современное состояние и практика применения радиопоглощающих материалов (РПМ) // Зарубежная электроника. 1987, № 5. С. 5-12.

96. Федюнин П.А. Апертурные излучатели для неразрушающего контроля комплекса электрофизических параметров защитных покрытий на ме-тале / Федюнин П.А., Федоров Н.П., Дмитриев Д.А., Каберов С.Р. //Контроль. Диагностика. 2005, № 1. С.55-62.

97. Трем Ю.А. Методы расчета поглотителей электромагнитных волн // Зарубежная радиоэлектроника. 1965, № 4. С. 12-23.

98. Натансон A.M. Радиопоглощающие материалы // Зарубежная радиоэлектроника. 1975, № 1. С. 27-36; № 2. С. 14-29.

99. Потапов А.А. Фракталы в радиофизике и радиолокации. Основы теории рассеяния волн фрактальной поверхностью // Радиотехника и электроника. 2002. Т. 47, № 5. С. 517-544.

100. Потапов А.А. Фракталы в радиофизике и радиолокации, элементы теории фракталов // Радиотехника и электроника. 2000. Т. 45, № 11. С.1285-1292.

101. Габриэльян Д.Д. Задачи дифракции для поверхностей с радиопо-глощающими покрытиями// Успехи современной радиоэлектроники. 2005, №12.

102. Апрелов С.А. Фрактальный анализ упорядоченности поверхностных микроструктур// Известия вузов. Электроника. 2005, №2.

103. Битюцкая JI.A. Методы фрактальной параметризации поверхностных деформационных субструктур// Нелинейный мир. 2005, №3, Том 3.

104. Соболев B.C. Накладные и экранные датчики./ Соболев B.C., Шкарлет Ю.М. Новосибирск: Наука, 1967, 144 с.

105. Михайловский J1.K. Радиопоглощающие бестоковые среды, материалы и покрытия//Успехи современной радиоэлектроники. 2000, № 9. С. 3543.

106. Федюнин П.А.Способ измерения толщины поглощающих покрытий/Карев Д.В., Федюнин П.А., Дмитриев Д.А. // Вестник ТГУ. 2003. Том 8, Вып.1. С.223-225.

107. Федюнин П.А. Анализ методов и устройств бесконтактных измерений электрофизических характеристик и толщины магнитодиэлектрических покрытий и постановка задачи исследования Отчет по НИР / Федюнин

108. П.А. Дмитриев Д.А. и др.// Шифр «Поверхность». Тема №20314, инв. №056684 . Тамбов: Тамбовский ВАИИ, 2004, 162 с.

109. Берлинер М.А. Измерение влажности в диапазоне СВЧ. М.: Энергия, 1973, 216 с.

110. Кричевский Е.С. Контроль влажных твёрдых и сыпучих материалов/ Кричевский Е.С., Волченко А.Г., Галушкин С.С. Под ред. Е.С. Кричевского. М.: - Машиностроение, 1986,136 с.

111. Бензарь В.К. Техника СВЧ влагометрии.- Минск: Вышейшая школа, 1974,128 с.

112. Исматуллаев П.Р. Метод повышения чувствительности измерения влажности на сверхвысокой частоте. / Исматуллаев П.Р., Юсупбеков Н.Р., Гринвальд А.Б. // Измерительная техника. 1983, №5. С.69-71.

113. Исматуллаев П.Р. Теоретические и экспериментальные исследования свервысокочастотного метода измерения влажности материалов./ Исматуллаев П.Р., Гринвальд А.Б. Ташкент: Изд-во «Фан» УзССР, 1982, 84 с.

114. Берлинер М.А. Характеристики фазовых влагомеров СВЧ. /Берлинер М.А., Полищук С.А // Приборы и системы управления. 1971, №12. С. 26-28.

115. Берлинер М.А. Фазовый сверхвысокочастотный влагомер/ Берлинер М.А., Полищук С.А // Заводская лаборатория. 1971, №10. С. 12651267.

116. Крошевски А. Измерение влажности фосфата аммония методом СВЧ/ Крошевски А., Кулински С., Хенцински К. // Приборы и системы управления. 1974, №10. С. 25-26.

117. Берлинер М.А. Влагомеры СВЧ.// Приборы и системы управления. 1970, №11. С. 19-22.

118. Теория и практика экспрессного контроля влажности твёрдых и жидких материалов/ Под ред. Е.С. Кричевского. М.: Недра, 1972.

119. Суслин М.А. Микроволновой термовлагометрический метод контроля органических соединений./ Суслин М.А, Тетушкин М.А., Чернышёв В.Н., Дмитриев Д.А // Вестник Тамбовского ГТУ. 2004. Том 10, №2. С. 428-434.

120. Пюшнер Г. Нагрев энергией СВЧ. М.: Энергия, 1968, 310с.

121. Берлинер М.А. Электрические измерения, автоматический контроль и регулирование влажности. -М.: Энергия, 1965, 354 с.

122. Матис И.Г. Электроемкостные преобразователи для неразрушающего контроля 2-е изд. перераб. и доп, 1982.

123. Парсел Э. Электричество и магнетизм. М.: Наука, 1975.

124. Берлинер М.А. и др. Применение диаграммы Коул-Коул во влаго-метрии СВЧ//Изв. вузов. Сер. Приборостроение. 1973. Т.16, №4, С.101-106.

125. Де JIoop Г.П. Диэлектрические свойства гетерогенных влагосо-держащих смесей// Приборы и системы управления. 1974, №9. С. 19-22.

126. Дерягин Б.В. Вода в дисперсных системах. М.: Химия, 1989,288с.

127. Франчук А.У. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов. М.: НИИ строительной физики Госстроя СССР, 1969, 137с.

128. Федюнин П.А. Основы микроволновой термовлагометрии / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Тетушкин В.А.// Теплофизические измерения при контроле и управлении качеством: Тезисы докладов V международной теп-лофизической школы/Тамбов: ТГТУ. 2004. С.203-209.

129. Драбкин АЛ. Антенно-фидерные устройства. М.: Радио и связь, 1974, 452 с.

130. Чериушенко A.M. Измерение параметров электронных приборов дециметрового и сантиметрового диапазонов волн./ Чернушенко A.M., Майбородин А.В. -М.: Радио и связь, 1986, 336 с.

131. Молочков Ю.Б. Авиационные антенно-фидерные устройства. М.: Изд. ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1983, 287 с.

132. Григорьев А.Д. Резонаторы и резонаторные замедляющие системы СВЧ. Численные методы расчёта и проектирования./ Григорьев А.Д., Янке-вич В.Б. М.: Радио и связь, 1984, 248 с.

133. Михеев К.Г. Прибор для измерения концентрации органических соединений на СВЧ./ Михеев К.Г., Мусяков J1.A., Яцевич Г.Б./ Сборник материалов «Средства контроля и регулирования» Государственного института прикладной химии. М.: Химия, 1974.

134. Бабко В.Б. Влагометрия жидких углеводородов/ Бабко В.Б., Константинов В.Е., Королёв А.Ф., Крылов Д.А.// Состояние и проблемы измерений. Материалы 7-й Всероссийской НТК М.: МГТУ им Н.Э. Баумана. 2000.

135. Портативный радиочастотный измеритель затухания ПРИЗ-1. Паспорт ОП 03 - 38/89., Минск: Институт прикладной физика АН БССР.

136. Справочник по теплопроводности жидкости и газов/ Варгафтик Н.Б., Филиппов Л.П., Тарзиманов А.А., Тоцкий Е.Е. М.: Энергоатомиздат, 1990,352 с.

137. Антенны и устройства СВЧ. Расчёт и проектирование антенных решеток и их излучающих элементов./Под ред. проф. Д.Н. Воскресенского. Уч. пос. для вузов. -М.: Советское радио, 1972, 320 с.

138. Федюнин П.А. Приемно-излучающие измерительные апертуры микроволнового неразрушающего термовагометрического метода контроля твердых материалов / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Дмитриев С.А. //Контроль. Диагностика. 2006, № 3. С.44-55.

139. Федюнин П.А. Частотный диапазон радиопоглощающих покрытий и оценка их предельных свойств// Вестник ТГУ. 2002. Том 7, Вып.1. С. 102103.

140. Федюнин П.А. Апертурные системы СВЧ приемного и передающего трактов измерителей состава и свойств материалов // Вестник ТГУ. 2005. Том 10,Вып.2. С.143-145.

141. Федюнин П.А. Приемо-излучающие измерительные апертуры микроволнового термовлагометрического метода / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А.// Наука на рубеже тысячелетий: Тезисы докладов Межд. научной конференции./ Тамбов: ТГТУ. 2004. С.54-58.

142. Анатычук JT. Термоэлементы и термоэлектрические устройства/ Справочник.- Киев: Наукова думка, 1979, 768 с.

143. Берлинер М.А. Характеристики влагомеров сверхвысоких частот./ Берлинер М.А., Иванов В.А.// "Приборы и системы управления". 1967, № 3.

144. Федюнин П.А. Способ бесконтактного определения диэлектрической проницаемости и удельной электропроводности жидких сред/ Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Бугаев Д.С. // Вестник ТГУ. 2002. Том 7,Вып.1. С. 101102.

145. Федюнин П.А.Волноводные методы контроля состава и свойств дисперсных жидких сред/Федюнин П.А., Степаненко И.Т. // Вестник ТГУ. 2003.Том 8, Вып. 1. С.221-223.

146. Федоров Н.Н. Основы электродинамики. М.: Высшая школа, 1980, 345 с.

147. Постоянные магниты. Справочник / Под ред. Л.Ш. Казарновского. -М.: Энергия, 1963.

148. Сливинская А.Г. и др. Постоянные магниты. М.: Энергия, 1965.

149. Parker P.J., Studders R.J. Permanent Magnets and their applikation. NY., 1952.

150. Федюнин П.А. Диэлектрические волноводы поверхностных волн для контроля состава и свойств авиационных технологических жидкостей Отчет по НИР / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А. и др. // Шифр «Стержень». Тема №20313, инв № 056916/ Тамбов: ТВАИИ, 2004, 126 с.

151. Трошин Г.И. Фидерные тракты средств радиосвязи и радиовещания // Антенны. 2001, №7(33). С.41-58.

152. Григорьев А.Д. Резонаторы и резонаторные замедляющие системы/ Григорьев А.Д., Янкевич В.Б. -М.: Радио и связь,1984, 145 с.

153. Федоров Н.П. Микроволновой контроль электрофизических параметров защитных диэлектрических пластин / Федоров Н.П., Федюнин П.А., Дмитриев Д.А., Каберов С.Р. //Контроль. Диагностика. 2004, № 12. С.42-46.

154. Лавров А.С., Резников Т.Б. Антенно-фидерные устройства. Киев: КВИ НВУ, 1960, 569 с.

155. Федюнин П.А. Широкополосная антенна на базе волновода сложного сечения / Федюнин П.А., Макаров Н.В., Дмитриев Д.А, Тарасов Р.Б.// -Тамбов: Тамбовский ВАМИ., 2001. 14 с. Деп. в ЦСИФ МО РФ 29.01.2001, № В 4561.

156. Федюнин П.А. Методы синтеза радиопоглощающих покрытий / Федюнин П.А., Дмитриев Д.А. // Вестник ТГУ. 2002.Том 7, Вып.1. С. 103-104.

157. Федоров Н.П. Перспективные методы измерения комплекса электрофизических и теплофизических параметров радиопоглощающих покрытий/ Федоров Н.П., Федюнин П.А. Дмитриев Д.А., Каберов С.Р.// Вестник ТГТУ. 2004. Т. 10, №1 А. С.47-58.

158. Федоров Н.ГТ. Алгоритмы измерения и сканирования противоло-кационных покрытий / Федоров Н.П., Федюнин П.А. Дмитриев Д.А., , Кабе-ров С.Р.// Вестник ТГТУ . 2003. Т.9, №4, С.606-617.

159. Золотухин А.Н. Воздействие ЭМИ на биологические объекты и физические основы защиты от него // Зарубежная радиоэлектроника. 1981, №1. С. 91-112.