Определение электрофизических свойств материалов актуально для многих областей жизнедеятельности человека. Совершенствуются методы, подходы и устройства, использование которых позволяет оценить электрофизические свойства жидкостей в зависимости от разных параметров. В работе представлен анализ электрических параметров жидкостей с различным химическим составом в коаксиальной камере в широком диапазоне частот при изменении температуры. Анализ выполнен на основе измеренных векторным анализатором цепей S-параметров жидкостей в диапазоне частот до 12 ГГц, размещенных внутри коаксиальной камеры, температура которых задавалась камерой «тепло-холод» в диапазоне от 0 до 50 °C. Выявление изменения частотных зависимостей S-параметров жидкостей с разным химическим составом в зависимости от температуры с использованием коаксиальной камеры позволило выявить их характерные особенности, возникающие на определенных частотах. Применен метод главных компонент для исследования влияния температуры жидкостей на изменение их электрофизических параметров, позволивший выявить связь между химическим составом жидкостей и представлением их в пространстве главных компонент.
Идентификаторы и классификаторы
В настоящее время повышенный интерес вызывает использование СВЧ-устройств для изучения различных свойств жидкостей. Учитывая изменения частотных зависимостей S-параметров СВЧ-устройств с объектом исследования в виде жидкости, можно определить наличие и концентрацию химических и биологических объектов (БО) в ее составе, не прибегая к использованию сложных и дорогостоящих установок. В основном в качестве СВЧ-устройств используют микрополосковые и волноводные резонаторы, а также линии передачи. Преимуществами их использования являются удобство и простота конструкции.
Список литературы
1. Guliy O. I., Zaitsev B. D., Smirnovc A. V. et al. Sensor for ampicillin based on a microwave electrodynamic resonator. Biosensors and Bioelectronics. 2019;130: 95-102. DOI: 10.1016/j.bios.2019.01.030 EDN: FSRCGZ
2. Narang R., Mohammadi S., Ashani M. M. et al. Sensitive, real-time and non-intrusive detection of concentration and growth of pathogenic bacteria using microfluidic-microwave ring resonator biosensor. Scientific reports. 2018;8(1):1-10. DOI: 10.1038/s41598-018-34001-w EDN: UAMQPS
3. Asghar Qureshi S., Zainal Abidin Z., Majid H. A. et al. Double-Layered metamaterial resonator operating at millimetre wave for detection of dengue virus. International Journal of Electronics and Communications.2022;146:1-9. DOI: 10.1016/j.aeue.2022.154134 EDN: SNANPC
4. Abduljabar A. A., Hamzah H., Porch A. Multi-resonators, microwave microfluidic sensor for liquid characterization. Microwave and optical technology letters. 2021; 63(4):1042-1047. DOI: 10.1002/mop.32675 EDN: UTTQWL
5. Mason A., Korostynska O., Ortoneda-Pedrola M. A resonant co-planar sensor at microwave frequencies for biomedical applications. Sensors and Actuators A: Physical. 2013;202:170-175. DOI: 10.1016/j.sna.2013.04.015
6. Soprani M., Korostynska O., Amirthalingam A., et al. Real-Time Microwave, Dielectric, and Optical Sensing of Lincomycin and Tylosin Antibiotics in Water: Sensor Fusion for Environmental Safety. Journal of Sensors. 2018; Vol.2018:1-11. DOI: 10.1155/2018/7976105
7. Nakouti I., Korostynska O., Mason A. et al. Detection of Pathogenic Bacteria in Aqueous Media: Assessing the Potential of Real-Time Electromagnetic Wave Sensing. International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems. 2014;5: 1-6. DOI: 10.21307/ijssis-2019-132
8. Frau I., Korostynska O., Mason A. et al. Comparison of Electromagnetic Wave Sensors with Optical and Low frequency Spectroscopy Methods for Real-time Monitoring of Lead Concentrations in Mine Water. Mine Water and the Environment. 2018;37:617-624. DOI: 10.1007/s10230-018-0511-7 EDN: YEUVAD
9. Korostynska O., Mason A., Ortoneda-Pedrola M. et al. Electromagnetic wave sensing of NO3 and COD concentrations for real-time environmental and industrial monitoring. Sensors and Actuators B: Chemical. 2014;198:49-54. DOI: 10.1016/j.snb.2014.03.030
10. Abdulkarim Y. I., Deng L., Karaaslan M. et al. Novel Metamaterials-Based Hypersensitized Liquid Sensor Integrating Omega-Shaped Resonator with Microstrip Transmission Line. Sensors. 2020;20(943):1-18. DOI: 10.3390/s20030943 EDN: KWYRRZ
11. Seungwan K., Harutyun M., Jongchel K. et al. Noninvasive in vitro measurement of pig-blood d-glucose by using a microwave cavity sensor. Diabetes research and clinical practice. 2012;96(3):379-384. DOI: 10.1016/j.diabres.2012.01.018
12. Kandwal A., Igbe T., Li J. et al. Highly Sensitive Closed Loop Enclosed Split Ring Biosensor With High Field Confinement for Aqueous and Blood-Glucose Measurements. Scientific Reports. 2020;10(4081):1-9. DOI: 10.1038/s41598-020-60806-9 EDN: NUKXRN
13. Cataldo A., Piuzzi E., Cannazza G. et al. Quality and anti-adulteration control of vegetable oils through microwave dielectric spectroscopy. Measurement. 2010;43(8):1031-1039. DOI: 10.1016/j.measurement.2010.02.008
14. Praveen Kumar A. V., Goel A., Ritish Kumar, et al. Dielectric characterization of common edible oils in the higher microwave frequencies using cavity perturbation. Journal of Microwave Power and Electromagnetic Energy. 2019;53:48-56. DOI: 10.1080/08327823.2019.1569899
15. Nevezhin V., Busygina A., Komnatnov M. Analysis of Electrical Parameters of Various Liquids in a Coaxial Cell. 2022 Ural-Siberian Conference on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT), 19-21 Sept., 2022, Yekaterinburg (Russia). 2022. P. 1-4. DOI: 10.1109/USBEREIT56278.2022.9923387
16. He R., Hu B. G., Zheng W. S. et al. Robust Principal Component Analysis Based on Maximum Correntropy Criterion. IEEE Transactions on Image Processing. 2011;20(6):1485-1494. DOI: 10.1109/TIP.2010.2103949
Выпуск
Другие статьи выпуска
Рассматриваются особенности адаптивной компенсации активных помех в условиях их многопутевого распространения, вызванного переотражениями от местных предметов и подстилающей поверхности. Выполняется обоснование возможности применения метода адаптивной компенсации активных помех. Проводится анализ эффективности рассматриваемого метода при наличии переотражений в основном и компенсационном приемных каналах.
В статье представлен методический подход к анализу широкополосных радиолокационных сигнатур, основанный на применении теории биспектрального оценивания. Данный подход предусматривает анализ фазовых связей центров рассеяния цели, обеспечивая тем самым более полный учет информации, содержащийся в частотной характеристике цели в сравнении с дальностным портретом, традиционно получаемым с использованием преобразования Фурье. Анализ фазовых связей позволяет идентифицировать центры рассеяния, образованные в результате множественных переотражений электромагнитных волн конструктивными элементами объекта сложной формы или отдельными близкорасположенными объектами в составе наблюдаемой сцены. Используемое для анализа геометрическое изображение биспектра радиолокационной широкополосной сигнатуры объекта локации представляет собой шестиугольник в координатах «продольная дальность - продольная дальность», позволяющий выявлять взаимные связи центров рассеяния, разнесенных вдоль направления локации. Произведена апробация предложенного методического подхода с использованием синтезированной частотной характеристики абстрактной многоточечной цели, а также на основе данных электродинамического моделирования комплексных полей обратного рассеяния тестовых объектов. Сопоставление результатов идентификации центров рассеяния, полученных с использованием биспектрального изображения, дальностного портрета и априорной информации об объекте локации свидетельствует о корректности предложенного методического подхода.
В работе представлены алгоритмы идентификации сигналов и определения порога ложной идентификации на основе формирования интегрального биспектра и вычисления евклидового расстояния. Проведен аналитический расчет статистических характеристик в виде средней вероятности ошибки идентификации, ошибки идентификации известного сигнала и нового сигнала. Показаны преимущества биспектрального преобразования сигнала перед спектральной плотностью мощности в идентификации сигналов при их сильной взаимной корреляции (от 0,5 до 0,9). Выполнено математическое и компьютерное моделирование процедуры идентификации сигналов и формирования оптимального порога, позволяющего определить новый сигнал. Результаты моделирования подтвердили совпадение с теоретическими значениями вероятности ошибки идентификации сигнала.
В статье приведены результаты разработки и конструкция высокочастотной контактной системы электромеханического СВЧ-переключателя, работающего в диапазоне частот до 18 ГГц. Результаты измерения S-параметров разработанной контактной системы свидетельствуют о достигнутых характеристиках, соответствующих лучшим мировым аналогам. Описан опыт применения опорных шайб с разрезом, которые позволяют упростить конструкцию соединителей СВЧ-переключателя и снизить их себестоимость. Исследована зависимость эффективной диэлектрической проницаемости шайб от величины угла и формы разреза. Для контроля диэлектрических параметров шайб был использован метод четвертьволнового коаксиального резонатора. Приведена конструкция резонатора и результаты измерения параметров шайб. Метод четвертьволнового резонатора использован в производственном процессе для контроля параметров шайб и их отбраковки на ранних стадиях технологического цикла.
В настоящей статье описывается поэтапное создание аналитической и полной волновой модели канала, которая может быть включена в работу алгоритма обнаружения металлических конструкций в бетонной среде для радиолокационного устройства. Аналитическая модель основывается на геометрической формулировке, в основе которой лежит решение обратной задачи для поиска требуемого угла преломления для точного определения координаты точечного объекта. В полной волновой модели, которая была разработана в САПР Altair Feko, возможно учитывать как реальную антенну или антенную решетку, которая применяется в устройстве, так и реальный объект отражения сигнала, которой располагается в бетонной среде. Важно отметить, что в аналитической модели учитывается эффект дисперсии электромагнитных волн, распространяющихся в среде. Этот факт оказывается особенно актуальным, при формировании радиолокационного комплекса на основе ЛЧМ-сигналов в некотором диапазоне частот. В данной работе разрабатывается алгоритм для частотного диапазона 0,8-5 ГГц, однако при необходимости границы полосы могут быть изменены как в одну, так и в другую сторону. Алгоритм разрабатывается для его использования в радиолокационных устройствах обнаружения металлических конструкций в бетонной среде. Для апостериорного учета электрофизических параметров среды в состав радиолокационного устройства может быть включен измерительный модуль по восстановлению действительных электрофизических параметров бетона.
Статистика статьи
Статистика просмотров за 2025 год.
Издательство
- Издательство
- УрФУ
- Регион
- Россия, Екатеринбург
- Почтовый адрес
- 620002, Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19
- Юр. адрес
- 620002, Свердловская область, г. Екатеринбург, ул. Мира, д. 19
- ФИО
- Кокшаров Виктор Анатольевич (Ректор)
- E-mail адрес
- rector@urfu.ru
- Контактный телефон
- +7 (343) 3754507
- Сайт
- https://urfu.ru/ru