Способ определения мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости жидких диэлектриков со слабым поглощением в диапазоне 22-40 ГГц Российский патент 2023 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для создания устройств бесконтактного измерения комплексной диэлектрической проницаемости жидкостей. Отсутствие прямого контакта приемо-передающих устройств с исследуемыми средами позволяет использовать метод для измерений температурных зависимостей комплексной диэлектрической проницаемости жидкостей, в том числе химически активных веществ.

Суть изобретения заключается в том, что сначала определяется вещественная часть комплексной диэлектрической проницаемости согласно [Патент РФ № 2766059], затем вычисляется мнимая часть методом подбора до максимального совпадения расчетного и измеренного положения самого глубокого минимума интерференционной зависимости коэффициента отражения от глубины погружения металлической пластины в исследуемое вещество.

Известны способы бесконтактного определения диэлектрической проницаемости жидкостей, заключающиеся в том, что образцы облучают электромагнитным полем и измеряют параметры искаженного сигнала [патент РФ №2194270, №2563581, №2234075, №2728250].

Прототипом данной заявки является способ бесконтактного определения комплексной диэлектрической проницаемости жидкостей, в котором искомое значение определялось подбором до максимального совпадения положений максимумов и минимумов измеренной интерференционной зависимости коэффициента обратного отражения от ширины слоя исследуемой жидкости [патент РФ №2688825].

Существенным недостатком этого способа является большая трудоемкость определения искомых параметров.

Предлагаемый способ значительно ускоряет процесс определения в целом комплексной диэлектрической проницаемости слабо поглощающих жидких диэлектриков.

Технический результат достигается тем, что исследуемую жидкость облучают по нормали плоской электромагнитной волной, в которую опускается металлическая пластина, определяется зависимость интенсивности отраженного поля от толщины слоя исследуемой жидкости, отличающийся тем, что сначала определяется вещественная часть комплексной диэлектрической проницаемости [Патент РФ № 2766059], а за тем подбором мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости исследуемой среды до максимального совпадения положения самого глубокого минимума измеренной интерференционной зависимости с рассчитанной по формуле: , , , , , - длина волны в вакууме, - вычисленная вещественная часть комплексной диэлектрической проницаемости исследуемой жидкости, - искомая мнимая часть, - комплексная диэлектрическая проницаемость металлической пластины определяемой по формуле Друде, - толщина зондируемого слоя, - мнимая единица [Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука. 1973. - 344 с.].

На фиг. 1. представлена реализация способа. Рупорные антенны излучают (1) и принимают (2) линейно поляризованную электромагнитную волну по нормали к поверхности жидкости (3), а поворотом направляющих штырей (4 и 5) обеспечивается положение металлической пластины (6) - толщина зондируемого слоя. Поворот направляющих на угол при шаге резьбы будет соответствовать поднятию или опусканию пластины на .

На фиг. 2 приведен пример измеренной и расчетной зависимости коэффициента отражения от глубины погружения металлической пластины в растительное масло при .

На фиг. 3 и фиг. 4 приведены частотные зависимости значений вещественной и мнимой частей комплексной диэлектрической проницаемости растительного масла, рассчитанные предлагаемым способом, а также данные, полученные нами с помощью метода открытого волновода [https://www.keysight.com/ru/ru/product/85070E/dielectric-probe-kit.html].

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения диэлектрической проницаемости жидкостей. Сущность: исследуемую среду облучают по нормали плоской электромагнитной волной, в которой опускается плоская металлическая пластина. Определяется зависимость интенсивности отраженного поля от ширины слоя исследуемой жидкости. При этом сначала определяется вещественная часть комплексной диэлектрической проницаемости. Затем вычисляется мнимая часть методом подбора до максимального совпадения расчетного и измеренного положения самого глубокого минимума интерференционной зависимости коэффициента отражения от глубины погружения металлической пластины в исследуемое вещество. Технический результат: ускорение в целом процесса определения комплексной диэлектрической проницаемости слабо поглощающих жидких диэлектриков. 4 ил.

Способ измерения диэлектрической проницаемости жидких диэлектриков, заключающийся в том, что исследуемую среду облучают по нормали плоской электромагнитной волной, в которой опускается плоская металлическая пластина, определяется зависимость интенсивности отраженного поля от ширины слоя исследуемой жидкости, отличающийся тем, что сначала определяется вещественная часть комплексной диэлектрической проницаемости, а затем подбором мнимой части комплексной диэлектрической проницаемости исследуемой среды до максимального совпадения положения самого глубокого минимума измеренной интерференционной зависимости с рассчитанной по формуле: , где , , , , - длина волны в вакууме, - вычисленная вещественная часть комплексной диэлектрической проницаемости исследуемой жидкости, - искомая мнимая часть, - комплексная диэлектрическая проницаемость металлической пластины, определяемая по формуле Друде, - толщина зондируемого слоя, - мнимая единица.