Бензарь В. К. Техника СВЧ-влагометрии.- Минск.: "Вышэйшая школа"., 1974.-352 с.

Измерение влажности по поглощению радиоволн сверхвысокой частоты

Этот способ получил наибольшее распространение в практике СВЧ-влагометрии. Простейшая схема измерений приведена на рисунке 1. Радиоволны, вырабатываемые источником электромагнитных колебаний сверхвысокой частоты 1, по волноводу 2 поступают на передающую рупорную антенну 3, откуда направляются узким лучом на влажный материал 4. Пройдя через него, они частично поглотятся находящейся в материале водой и попадут на приемную рупорную антенну 5, откуда по волноводу 6 поступят на аттенюатор 7, служащий для непосредственного измерения ослабления в децибелах. После детектирования детектором 8 постоянная составляющая сигнала усиливается усилителем 9 и регистрируется индикатором 10. Ослабление, измеряемое аттенюатором, является функцией влажности образца 4.

Рисунок 1 - К измерению влажности оптическим методом по СВЧ-поглощению


Рассмотрим физический процесс взаимодействия электромагнитной волны с влажным материалом (рисунок 2), предполагая, что волна плоская и падает нормально (перпендикулярно) к поверхности образца (боковые поверхности соя бесконечные и плоскопараллельные).

Рисунок 2 - Взаимодействие электромагнитной волны с влахным материалом


Так как диэлектрические свойства среды 1, в которой распространяются электромагнитные волны, отличны от диэлектрических свойств влажного материала 2, возникает отраженная волна Ротр. Мощность электромагнитной волны, прошедшей в материал, будет равна раности (Рпад - Ротр). Абсолютное значение мощности изменяется по экспоненциальному закону

и зависит от толщины образца и постоянной распространения y. При выходе из материала электромагнитная волна вновь претерпевает отражение обратно в материал. Если среды 1 и 3 идентичны (как правило, это условие соблюдается, так как средами 1 и 3 является воздух), то коэффициент отражения от передней и задней поверхностей образца будет одинаков.

Таким образом, при выходе электромагнитной волны из образца мощность прошедшей волны

Отраженная часть Р'отр мощности пройдет весь образец, дойдет до передней стенки, частично отразится и так далее. Возникнут многократные отражения.

Математическое решение рассмотренного явления заключается в моделировании данной системы линейным, обратимым, пассивным и симметричным четырехполюсником. Квадрат коэффициента пропускания Т12, выраженный через составляющие комплексной постоянной распространения y=a+j*b ,имеет вид

где Г12 - коэффициент отражения:

ф12 - фаза коэффициента отражения:

а1 и а2 - постоянные затухания среды и влажного материала;

b1 и b2 - фазовые постоянные среды и влажного материала.

Выражая общие потери мощности электромагнитной волны, прошедшей через материал, в децибелах, получим

Преобразуем слагаемые в квадратных скобках, используя функцию квадратного синуса:

Однако расчеты показывают, что для образцов с большей влажностью при расчетах достаточно учитывать только коэффициент отражения от передней поверхности материала. В этом случае ослабление равно:

При малых влажностях необходим учет остальных членов в формуле для вычисления ослабления.


Главная страница Диссертация Электронная библиотека Ссылки Поиск