CC BY
1Физика Водных Растворов
Постерный доклад
АНАЛИЗ ПРИМЕНИМОСТИ МЕТОДА ИНТРОСКОПИИ РАДИОВОЛНАМИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДНЫХ РАСТВОВРОВ В ЕМКОСТЯХ КОНЕЧНОГО
Овчинников Д.А.,1 Красных С.Ю.,1 Баранов С.А.,1 Барбин Н.М.,123 Куанышев В.Т.1
1Уральский технический институт связи и информатики (филиал) Сибирского государственного университета связи и информатики (УрТИСИ СибГУТИ), ул. Репина, 15, Екатеринбург, Россия 2Уральский институт Государственной противопожарной службы МЧС России (УрИГПС), ул. Мира, 22, Екатеринбург, Россия 3Уральский государственный аграрный университет (ФГБОУ ВО Уральский ГАУ), ул. Карла Либкнехта, 42 Екатеринбург, Россия е-mail: [email protected]
При исследовании водных растворов в емкостях конечного размера методом интроскопии электромагнитными волнами радиодиапазона крайне важно подобрать частотный диапазон исследования и оценить влияние непосредственно ячейки (емкости), ее материала и геометрических размеров на конечный результат.
Суть метода заключается в облучении ячейки с водным раствором радиоволнами и детектирования отраженного сигнала. По величине уровня отраженного сигнала можно судить о диэлектрической проницаемости водного раствора и, как следствие, о количестве примесей, содержащихся в нем [1].
Для повышения точности исследования и, по возможности, уменьшения влияния случайных факторов, например, резонансных размеров самой емкости, измерение необходимо выполнять в широкой полосе частот. Наиболее предпочтителен СВЧ диапазон в виду малого размера антенн и высокой разрешающей способности исследования. В работе рассматривался диапазон от 100 МГц до 4 ГГц.
Для повышения универсальности рассматриваемого метода и расширения области применения выполнена оценка влияния толщины стенок емкости и ее поперечного размера [1-3]. Материал для стенок емкости с водным раствором принят за пластик ПЭТ[4].
Согласно полученным результатам математического моделирования сделаны следующие выводы:
- толщина стенки измерительной ячейки в случае использования ПЭТ пластика не влияет на полученный результат (рассматривались толщины стенок 1 см и 20 см);
- в случае среды с малыми потерями (вода без примесей), на частотах до 2.5 ГГц наблюдается различие в коэффициентах отражения при рассматриваемых размерах контейнера 5 см, 25 см и 100 см. Так на частоте 1 ГГц коэффициенты отражения составляют 0.938, 0.886, 0.877; на частоте 2 ГГц коэффициенты отражения составляют 0.891, 0.877, 0.877; на частоте 2.5 ГГц коэффициенты отражения составляют 0.876, 0.876, 0.876 для толщин 5 см, 25 см и 100 см соответственно;
- при увеличении концентрации соли, то есть при возрастании потерь в среде, коэффициент отражения менее зависим от размеров контейнера, так, при концентрации соли №С1 1% уже начиная с частоты 0.8 ГГц коэффициент отражения для всех контейнеров является одинаковым.
Полученные результаты были подтверждены натурным экспериментом, использовались контейнеры с поперечным размером 5 см и 25 см, частотная область исследования составляла от 2.5 ГГц до 3 ГГц. Полученные коэффициенты отражения укладываются в погрешность измерений, не зависят от размера измерительной ячейки и подтверждают результаты математического моделирования.
Литература:
[1] М.И. Финкельштейн, В.Л. Мендельсон, В.А. Кутев, Радиолокация слоистых земных покровов. (Москва: Издательство «Советское радио», 1977) с. 9-46.
[2] Л.М. Бреховских, Волны в слоистых средах. (2-е изд. Москва, Российская Федерация: Наука, 1973), с. 52-93.
[3] Рекомендация МСЭ^ Р. 527-4 Электрические характеристики распространения радиоволн серии Р на поверхности Земли. (06/2017). [Онлайн]. Доступно: https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-R527-4-201706-I!!PDF-E.pdf (дата обращения: 29 января 2024 г.)
[4] Ю.В. Корицкий, В.В. Пасынков, Б.М. Тареев. Справочник по электротехническим материалам в трех томах. Третье, переработанное издание том 1. (Москва Энереоатомиздат 1986).
РАЗМЕРА
