Способ определения комплексной диэлектрической проницаемости подстилающего грунта Российский патент 2024 года по МПК G01N3/08 G01N22/00 G01N27/26 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике антенных измерений, и может быть использовано для измерения параметров подстилающего грунта при выборе мест размещения приёмопередающих радиоэлектронных средств (РЭС).

Известен «Способ определения комплексной диэлектрической проницаемости среды» (Патент РФ №2031410, G01 R 27/26, G01 N 22/00 от 20.03.1995), включающий размещение передающей антенны в исследуемой среде в горизонтальной плоскости, размещение приемной антенны под углом 90° к линии, соединяющей центры передающей и приёмной антенн, облучение исследуемой среды передающей антенной и измерение уровня принятого сигнала при предварительно размещают приёмную антенну в исследуемой среде в горизонтальной плоскости, передающую антенну размещают под углом 45° к линии, соединяющей центры приёмной и передающей антенн выполненных в виде электрических симметричных вибраторов, изменяют уровень принятого сигнала В, размещают приёмную антенну вдоль линии, соединяющей центры приёмной и передающей антенн, измеряют уровень принятого сигнала А, размещают приёмную антенну под углом 45° к линии, соединяющей центры приёмной и передающей антенн, измеряют уровень принятого сигнала С, определяют диэлектрическую проницаемость среды ε и удельную проводимость σ среды по формулам

Недостаток способа состоит в том, что определение комплексной диэлектрической проницаемости среды осуществляется с помощью размещения в среде передающей и приёмной антенн, последовательной 3-этапной ориентации приёмной антенны под различными углами по отношению к передающей антенне, а также требуется размещение приёмной антенны в дальней зоне передающей антенны, что не позволяет измерять параметры подстилающего грунта в непосредственной близости от работающих приёмопередающих РЭС, а также требует значительного времени на эти измерения.

Наиболее близким к заявляемому способу является «Способ измерения параметров подстилающей среды и устройство для его осуществления» (Патент РФ №2671299, G01 V 3/08 от 30.10.2018), заключающийся в использовании генератора и антенны, помещённой в подстилающую среду для измерения её параметров, математической обработке результатов измерения, определении параметров подстилающей среды, при этом проводят измерения параметров подстилающей среды при помощи зондов, используемых в качестве антенны, включённых в цепь обратной связи генератора с подключённой к зондам последовательной цепью из эталонной ёмкости и контактного устройства, управляют которым при помощи цифрового вычислительного устройства, измеряют частоту генератора, которая не зависит от конструктивных параметров зондов и определяется по формуле где f– частота генератора, Гц; σ– удельная электропроводность подстилающей среды, См/м; ε_а=ε⋅ε₀– абсолютная диэлектрическая проницаемость, Ф/м; ε – относительная диэлектрическая проницаемость, при этом измерение абсолютной диэлектрической проницаемости ε_а производят в следующей последовательности:

- измеряют частоту генератора f₁ при разомкнутом контактном устройстве,

- измеряют частоту генератора f₂ при замкнутом контактном устройстве с подключением эталонной ёмкости С_э,

- ε_а определяют вычислением по формуле ε_а=ε⋅ε₀=С/А, где

А- конструктивный параметр, а по результатам измерения определяют удельную электропроводность σ подстилающей среды, вычисляя по формуле σ=f₁⋅ ε_а/π.

Недостаток прототипа состоит в том, что измеряются параметры подстилающей среды на различных частотах генератора, лежащего в диапазоне частот от сотни кГц до начала дециметрового диапазона (порядка 350МГц). Поэтому этот способ не позволяет замерить характеристики подстилающего грунта на заданной требуемой частоте работы.

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего определить комплексную диэлектрическую проницаемость подстилающего грунта на заданной требуемой частоте работы приёмопередающих РЭС при их расположении в месте определения характеристик подстилающего грунта.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявляемого способа, является определение значения комплексной диэлектрической проницаемости подстилающего грунта на требуемой частоте работы радиостанции для определения места расположения приёмопередающих РЭС.

Технический результат достигается тем, что в способе определения комплексной диэлектрической проницаемости подстилающего грунта заключающийся в использовании генератора высокой частоты, математической обработке результатов измерения, определении параметров подстилающего грунта, причем изготавливают образец подстилающего грунта без нарушения его внутренней структуры, металлизируют немагнитным металлом верхнюю и нижнюю поверхность образца подстилающего грунта, измеряют сопротивление постоянному току образца подстилающего грунта, определяют значение относительной магнитной проницаемости образца подстилающего грунта, рассчитывают удельную проводимость образца подстилающего грунта на заданной частоте, генерируют частоту сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура с размерами, равными размерам образца подстилающего грунта, заполненного воздухом, настраивают частоту сигнала генератора высокой частоты на заданную частоту, измеряют частоту сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура с размерами, равными размерам образца подстилающего грунта, заполненного воздухом, заполняют конденсатор частотозадающего колебательного контура генератора высокой частоты образцом подстилающего грунта с металлизированными верхней и нижней поверхностями, генерируют частоту сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура, заполненного образцом подстилающего грунта с металлизированными верхней и нижней поверхностями, рассчитывают значение относительной диэлектрической проницаемости подстилающего грунта, определяют значение комплексной диэлектрической проницаемости подстилающего грунта.

Технический результат достигается тем, что в способе используется генератор высокой частоты, производится математическая обработка результатов измерения, определяются параметры подстилающего грунта, изготавливается образец подстилающего грунта без нарушения его внутренней структуры, производится металлизация немагнитным металлом верхней и нижней поверхности образца подстилающего грунта, измерение сопротивления постоянному току образца подстилающего грунта, определение значения относительной магнитной проницаемости образца подстилающего грунта, рассчитывается удельная проводимость образца подстилающего грунта на заданной частоте, генерируется частота сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура с размерами, равными размерам образца подстилающего грунта, заполненного воздухом, измеряется частота сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура с размерами, равными размерам образца подстилающего грунта, заполненного воздухом, заполняется конденсатор частотозадающего колебательного контура генератора высокой частоты образцом подстилающего грунта с металлизированными верхней и нижней поверхностями, генерируется частота сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура, заполненного образом подстилающего грунта с металлизированными верхней и нижней поверхностями, измеряется частота сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура, заполненного образцом подстилающего грунта с металлизированными верхней и нижней поверхностями, рассчитывается значение относительной диэлектрической проницаемости подстилающего грунта, определяется значение комплексной диэлектрической проницаемости подстилающего грунта.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена схема последовательности операций, реализуемых заявляемым способом.

Способ определения комплексной диэлектрической проницаемости подстилающего грунта осуществляется следующим образом. Изготавливается образец подстилающего грунта без нарушения его внутренней структуры, металлизируется немагнитным металлом верхняя и нижняя поверхность образца подстилающего грунта, измеряется сопротивление постоянному току образца подстилающего грунта между металлизированными его верхней и нижней поверхностями R_гр, определяется значение относительной магнитной проницаемости образца подстилающего грунта μ_г, рассчитывается удельная проводимость образца подстилающего грунта на заданной частоте f по формуле [1]:

где μ₀=4π⋅10^-7Гн/м - магнитная постоянная, l - длина образца подстилающего грунта, d - диаметр образца подстилающего грунта, генерируется частота сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура с размерами, равными размерам образца подстилающего грунта, заполненного воздухом, настраивается частота сигнала генератора высокой частоты на заданную частоту, измеряется частота сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура с размерами, равными размерам образца подстилающего грунта, заполненного воздухом, заполняется конденсатор частотозадающего колебательного контура генератора высокой частоты образцом подстилающего грунта с металлизированными верхней и нижней поверхностями, генерируется частота сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура, заполненного образцом подстилающего грунта с металлизированными верхней и нижней поверхностями, измеряется частота сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура, заполненного образцом подстилающего грунта с металлизированными немагнитным металлом верхней и нижней поверхностями рассчитывается значение относительной диэлектрической проницаемости подстилающего грунта ε_гр по формуле 2:

где f₁ - измеренная частота сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура с размерами, равными размерам образца подстилающего грунта, заполненного воздухом,

f ₂ - измеренная частота сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура, заполненного образцом подстилающего грунта с металлизированными верхней и нижней поверхностями, L - индуктивность частотозадающего колебательного контура, С_м - монтажная ёмкость вместе с входной ёмкостью транзистора генератора высокой частоты.

В качестве примера приведём значения частот f₁=30,0058МГц и f₂=29,9795МГц при ёмкости С_м=5пФ и индуктивности L=5,63⋅10^-6Гн при относительной диэлектрической проницаемости ε_гр=5 (кварцевый грунт) и размерами образца подстилающего грунта l=0,1м и d=0,005м. Генератор высокой частоты - транзисторный генератор, собранный по схеме индуктивной трёхточки [2].

Далее определяется значение комплексной диэлектрической проницаемости подстилающего грунта [3] по формуле:

где С=3⋅10⁸м/с - скорость электромагнитных волн в свободном пространстве, f - заданная частота генератора высокой частоты.

Источники информации принятые во внимание:

1. Зернов, Н.В. Теория радиотехнических цепей/ Н.В. Зернов, В.Г. Карпов. Л.: Энергия, 1972. 816 с.

2. Коганов В.И. Транзисторные радиопередатчики/В.Н. Каганов. М.: Энергия, 1970.

3. Патент РФ №2031410, G01 R 27/26, G01 N 22/00 от 20.03.1995.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к технике антенных измерений, и может быть использовано для измерения параметров подстилающего грунта при выборе мест размещения приёмопередающих радиоэлектронных средств (РЭС). Задачей изобретения является создание способа, позволяющего определить комплексную диэлектрическую проницаемость подстилающего грунта на заданной требуемой частоте работы приёмопередающих РЭС при их расположении в месте определения характеристик подстилающего грунта. Техническим результатом при реализации заявленного решения является определение значения комплексной диэлектрической проницаемости подстилающего грунта на требуемой частоте работы радиостанции для определения места расположения приёмопередающих РЭС. 1 ил.

Способ определения комплексной диэлектрической проницаемости подстилающего грунта, заключающийся в использовании генератора высокой частоты, математической обработке результатов измерения, определении параметров подстилающего грунта, отличающийся тем, что изготавливают образец подстилающего грунта без нарушения его внутренней структуры, металлизируют немагнитным металлом верхнюю и нижнюю поверхность образца подстилающего грунта, измеряют сопротивление постоянному току образца подстилающего грунта, определяют значение относительной магнитной проницаемости образца подстилающего грунта, рассчитывают удельную проводимость образца подстилающего грунта на заданной частоте, генерируют частоту сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура с размерами, равными размерам образца подстилающего грунта, заполненного воздухом, настраивают частоту сигнала генератора высокой частоты на заданную частоту, измеряют частоту сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура с размерами, равными размерам образца подстилающего грунта, заполненного воздухом, заполняют конденсатор частотозадающего колебательного контура генератора высокой частоты образцом подстилающего грунта с металлизированными верхней и нижней поверхностями, генерируют частоту сигнала генератора высокой частоты с конденсатором частотозадающего колебательного контура, заполненного образцом подстилающего грунта с металлизированными верхней и нижней поверхностями, рассчитывают значение относительной диэлектрической проницаемости подстилающего грунта, определяют значение комплексной диэлектрической проницаемости подстилающего грунта.