СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА Российский патент 2010 года по МПК G01N22/00 

Изобретение относится к области дистанционного измерения физических характеристик объектов, в частности диэлектрической проницаемости диэлектриков.

Известен способ определения диэлектрической проницаемости материала, заключающийся в облучении испытуемого образца электромагнитной волной двуплечим излучателем, изменении разности фаз сигналов в плечах излучателя и измерении амплитуды прошедшей под углом волны, и определении диэлектрической проницаемости; одновременно с изменением разности фаз в плечах излучателя снимают зависимость амплитуды прошедшей волны от длины плеча, а диэлектрическую проницаемость определяют по формуле

где λ₀ - длина волны в свободном пространстве; λ_b - длина волны в двуплечем излучателе; Δ - период следования нулей амплитуды прошедшей волны, а угол θ выбирается из соотношения

где d_k - предельный размер плеча излучателя, SU 1800333 А1.

Недостатком способа является необходимость контакта излучателя с объектом определения диэлектрической проницаемости. Кроме того, этот объект должен иметь плоскую грань для обеспечения контакта с излучателем. Указанные обстоятельства не позволяют использовать данный способ для дистанционного определения диэлектрической проницаемости объектов.

Известен способ определения диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта путем облучения диэлектрического объекта когерентным СВЧ-излучением на N-частотах; облучение производится на фоне отражателей, которыми являются границы слоев объекта, либо граница диэлектрического объекта и воздуха, либо физическое тело, на котором размещен исследуемый диэлектрический объект. Производят регистрацию сигнала, отраженного от диэлектрического объекта и отражателя, осуществляют преобразование принятых сигналов во временную область, выделяют пиковые временные составляющие во временном спектре, измеряют времена выделенных пиковых временных составляющих и определяют диэлектрические проницаемости и толщины слоев; зондирование и прием осуществляют в секторе углов, а диэлектрические проницаемости и толщины слоев определяют по формулам

где i - номер слоя; ε_i ε_p - диэлектрическая проницаемость i- и р-го слоев; ε₁ - диэлектрическая проницаемость среды, в которой осуществляется зондирование и прием сигналов; Δl_i - толщина i-го слоя; , где h₁ и h₂ - высоты от границы раздела первого и второго слоев до мест, откуда производится зондирование, и места приема сигналов соответственно; - угол приема сигнала, отраженного от границы раздела i- и i+1-го слоев, с - скоростью света; t_i - частота i-й пиковой составляющей временного спектра, соответствующей отражению сигнала от границы раздела i- и i+1-го слоев; d - проекция на зондируемую поверхность расстояния между местом, откуда производится зондирование, и местом приема сигналов, RU 2039352.

Недостатком данного способа, принятого в качестве прототипа настоящего изобретения, является необходимость параллельности слоев диэлектрического объекта, а если он состоит из монослоя, то необходима параллельность его граней. В связи с этим способ может быть реализован только в отношении специально изготовленных объектов. Кроме того, для реализации способа необходимо соблюдение определенных углов падения и отражения СВЧ-излучения относительно диэлектрического объекта.

Указанное выше не позволяет практически использовать способ для определения диэлектрической проницаемости движущегося и скрытого объекта с непараллельными слоями или гранями, в частности для скрытого определения наличия диэлектрических взрывчатых веществ, спрятанных на теле человека. Как известно, диэлектрическая проницаемость подавляющего большинства этих веществ находится в пределах 2,9-3,1.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности дистанционного определения диэлектрической проницаемости движущегося диэлектрического объекта неправильной формы.

Согласно изобретению в способе определения диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта на фоне отражателя путем облучения диэлектрического объекта когерентным СВЧ-излучением на N-частотах, регистрации сигнала, отраженного от диэлектрического объекта и отражателя, осуществляют когерентную обработку зарегистрированного сигнала с получением трехмерного СВЧ-изображения диэлектрического объекта и отражателя, дополнительно получают видеоизображение области, в которой находится диэлектрический объект и отражатель с помощью двух или более видеокамер, синхронизированных с источником СВЧ-излучения, преобразуют полученное видеоизображение в цифровой вид и строят трехмерное видеоизображение указанной области, переводят трехмерное видеоизображение и СВЧ-изображение в общую систему координат, определяют по СВЧ-изображению в общей системе координат расстояние Z₁ между источником СВЧ-излучения и участком СВЧ-изображения отражателя, свободным от диэлектрического объекта, и расстояние Z₂ между источником СВЧ-излучения и участком СВЧ-изображения отражателя в зоне диэлектрического объекта, по видеоизображению определяют в общей системе координат расстояние Z₃ между источником СВЧ-излучения и видеоизображением диэлектрического объекта, при этом определяют диэлектрическую проницаемость ε диэлектрического объекта из соотношения

Реализация способа иллюстрируется конкретным примером. Для осуществления способа определения диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта на фоне отражателя в качестве отражателя был взят манекен, имитирующий тело человека, с прикрепленным к нему диэлектрическим объектом - пчелиным воском, диэлектрическую проницаемость которого требовалось определить. Манекен с прикрепленным к нему диэлектрическим объектом облучался когерентным СВЧ-излучением на 14 эквидистантных частотах в диапазоне частот от 8 до 12 ГГц. Облучение производилось с помощью коммутируемой плоской антенной решетки с гексагональной компоновкой излучающих элементов и состоящей из 256 элементарных излучателей. Отраженный сигнал в виде двух квадратурных компонент в двух параллельных приемных каналах регистрировался 12-разрядными аналогово-цифровыми преобразователями. С выхода приемных каналов данные, соответствующие электрической компоненте зарегистрированного рассеянного электромагнитного поля, поступали в компьютер, где методом фокусировки (когерентной обработки) формировалось СВЧ-изображение, соответствующее только одной трехмерной поверхности, сформированной из точек, соответствующих максимальным значениям интенсивности восстановленной конфигурации рассеивателей диэлектрического объекта и отражателя. Синхронно с облучением СВЧ-излучением получали видеоизображение диэлектрического объекта и отражателя с помощью двух цифровых пространственно разнесенных видеокамер SDU-415 и строили трехмерное видеоизображение области, включающей диэлектрический объект и отражатель. Затем преобразовывали СВЧ-изображение и трехмерное видеоизображение в общую систему координат - в данном случае общая система координат задана плоскостью антенной решетки и перпендикуляром к ней, проведенным через ее центр. Затем анализировали два изображения - СВЧ-изображение и трехмерное видеоизображение - в общей системе координат. Определяли значение Z₁ - расстояния между источником СВЧ-излучения и участком СВЧ-изображения отражателя, свободным от диэлектрического объекта, и расстояние Z₂ между источником СВЧ-излучения и участком СВЧ-изображения отражателя в зоне диэлектрического объекта, по видеоизображению определяли расстояние Z₃ между источником СВЧ-излучения и видеоизображением диэлектрического объекта, при этом диэлектрическую проницаемость диэлектрического объекта на фоне отражателя определяли из соотношения

В конкретном примере:

Z₁=122 см, Z₂=128 см, Z₃=112 см,

ε=2.56.

Исходя из значения ε для исследуемого объекта, можно сделать вывод, что этот объект не относится к распространенным и используемым в настоящее время взрывчатым веществам, таким как тротил, гексаген, тетрил, пластид.

Возможно использование способа для иных целей, а именно для определения физических характеристик диэлектриков, используемых в электротехнической промышленности.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к дистанционному измерению диэлектрической проницаемости диэлектриков. При определении диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта на фоне отражателя проводят облучение диэлектрического объекта когерентным СВЧ-излучением на N-частотах с получением трехмерного СВЧ-изображения диэлектрического объекта и отражателя и с помощью двух или более видеокамер, синхронизированных с источником СВЧ-излучения, преобразуют полученное видеоизображение в цифровой вид и строят трехмерное видеоизображение указанной области, переводя трехмерное видеоизображение и СВЧ-изображение в общую систему координат, определяют расстояние Z₁ между источником СВЧ-излучения и отражателем, свободным от диэлектрического объекта, и расстояние Z₂ между источником СВЧ-излучения и участком СВЧ-изображения отражателя в зоне диэлектрического объекта, и по видеоизображению определяют в общей системе координат расстояние Z₃ между источником СВЧ-излучения и видеоизображением диэлектрического объекта, после чего определяют диэлектрическую проницаемость диэлектрического объекта из соотношения

Обеспечивается возможность дистанционного определения диэлектрической проницаемости движущегося диэлектрического объекта неправильной формы.

Способ определения диэлектрической проницаемости диэлектрического объекта на фоне отражателя путем облучения диэлектрического объекта когерентным СВЧ-излучением на N-частотах, регистрации сигнала, отраженного от диэлектрического объекта и отражателя, отличающийся тем, что осуществляют когерентную обработку зарегистрированного сигнала с получением трехмерного СВЧ-изображения диэлектрического объекта и отражателя, дополнительно получают видеоизображение области, в которой находится диэлектрический объект и отражатель с помощью двух или более видеокамер, синхронизированных с источником СВЧ-излучения, преобразуют полученное видеоизображение в цифровой вид и строят трехмерное видеоизображение указанной области, переводят трехмерное видеоизображение и СВЧ-изображение в общую систему координат, определяют по СВЧ-изображению в общей системе координат расстояние Z₁ между источником СВЧ-излучения и участком СВЧ-изображения отражателя, свободным от диэлектрического объекта, и расстояние Z₂ между источником СВЧ-излучения и участком СВЧ-изображения отражателя в зоне диэлектрического объекта, по видеоизображению определяют в общей системе координат расстояние Z₃ между источником СВЧ-излучения и видеоизображением диэлектрического объекта, при этом определяют диэлектрическую проницаемость ε диэлектрического объекта из соотношения:
.