CC BY
7
УДК. 521. 317
Федюшко Ю. М., к. т. н., доцент © Тавртський державный агротехнолог1чний утверситет, Хандола Ю.М., к. т. н., доцент Харк1вський нацюнальний техтчний утверситет Iм.. ПВасиленка
©
ВИКОРИСТАННЯ 1МПУЛЬСНО1 СПЕКТРОСКОПП ДЛЯ ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВЛАСТИВОСТЕЙ Р1ДКИХ Д1ЕЛЕКТРИК1В
За допомогою гмпульсного рефлектометра дослгдженг дгелектричнг властивостг нативног сперми бика, використання яких дозволить створити бази даних д1електричних характеристик бюлог1чних об 'ектгв.
Ключо^^ слова: гмпульсний рефлектометр, дгелектрична проникнгсть, нативна сперма.
Вступ. Використання електромагштно! енерги в технолопчних процесах сшьськогосподарського виробництва для сушки насшня i плодiв, передпоавно! обробки i знезараження насшня зернових культур, пастеризацп сокiв i молока неможливо без знань дiелектричних властивостей бiологiчних речовин.
У деяких роботах [1-3] розглянут дiелектричнi параметри матерiалiв та технiчних рiдин i майже зовсiм не розглянутi параметри рщких бiологiчних
Матер1ал 1 методи. Для дослiдження дiелектричних властивостей рщких дiелектрикiв був використаний контейнер юнцевого типу [4] (рис.1).
В основi вимiрювань покладений метод «зосереджено! емкостЬ), в якому вимiрювальний осередок iз зразком е шунтуючим конденсатором, пщключеним до вiдрiзка коакаально! лши (рис.1).
Якщо нехтувати граничними умовами, то е^валентну схему вимiрювального осередку можна представити так, як зображено на рис. 2.
речовин.
А
У/1П/и/1///1/Ш1\/ШП 11
А
Рис. 1. Схема вим1рювального осередку
© Федюшко Ю. М., Хандола Ю.М., 2010
84
Z0
Zi
Рис. 2. Екв1валентна схема вимiрювального осередку
Конструктивна eMKÍCTb конденсатора, утвореного торцевими поверхнями коаксiальних провiдникiв С0, при вмиканш дiелектричного зразка, збiльшуeться i стае рiвною C = s(ja)C0 . Величина s(ja) визначаеться виразом:
1 1 - Г (ja)
s(ja) = -
jaC0 Z0 1 + Г (ja)
(1)
Якщо представити коефiцiент вiдображення Г(ja) = \Г(ja)\e~ j, то отримаемо:
2 Г (ja )sin#
виглядi
s =
aC 0 Z 0
ffiQ Z0
1 + 2| Г O)|cos0 + |Г (ja )| 1-| ГС/a)!2
1+2 Г(/«>)|^+| Л2
(2)
Вимiрювальний осередок виконаний на 6hsí коакаально1 лши з хвильовим опором 50 Ом, обмеженою короткозамкнутим поршнем, хщ якого контролюеться мiкрометром. Робочий об'ем осередку обмежений фторопластовою шайбою. Смюсть порожнього осередку С0 вибиралася залежно вiд дiелектричних властивостей дослщжуваних речовин та перехiдних параметрiв вимiрювальноl системи i змiнювалися в межах 0,03.. .1 пФ.
Процес вимiрювання полягае в реестраци сигналiв, вiдображених вщ короткозамкнуто! лшп по площинi А-А (рис.1) вщ розiмкненоl лшп i лши iз зразком. Реестрацiя перших двох сигнув (рис. 3 1, 2) необхiдна для
тимчасово1 i масштабно1 прив'язки отримуваного сигналу вщ зразка.
Комплексний коефiцiент вщображення Г(ja), розраховувався через вщношення двох дискретних перетворень Фур'е вщображеного i падаючого сигналiв, якi виражаються через U2(t) i U1(t) (рис. 3) таким чином:
Г (ia) =
F[Uтдобр (t)J F [U пад (t)J
(3)
у
85
1
Методика вимiрювань дiелектричних властивостей рщких дiелектрикiв у вимiрювальному осередку кiнцевого типу полягае в наступному.
Вимiрювальний контейнер тдключаеться до рефлектометра по схемi зображеною на рис. 4.
Рис .4. Структурна схема шдключення контейнера кшцевого типу
Змiною величини Х i 7 на екранi рефлектометра добиваються зб^ом фронтiв сигналу. Пiсля цього обчислюемо значення е' i е".
Для перевiрки застосовностi установки по дослщженню деяких чистих рiдин були змiрянi дiелектричнi параметри бiооб'ектiв , яю ранiше вивчалися частотними методами. Отримаш результати е'(70) i е"(70) для глiцерину, (табл. 1), похибки вимiрювань дiелектричних параметрiв склали 1...2% е' i 2...3% для е".
86
Таблиця
Д1електрична проникшсть С3Н8О3 (глщерину) _залежно вщ частоти при Ь = 280_
/ МГц е' е" / МГц е' е"
15 41,31 2,11 1300 10,96 8,14
30 4118 4,13 1400 10,57 7,79
300 22,88 14,60 1500 10,29 7,52
400 18,93 13,20 1600 9,95 7,10
450 17,85 12,01 1700 9,78 7,00
500 15,92 11,2 1800 9,58 6,82
900 12,79 9,69 2000 9,17 6,40
1000 11,98 9,02 6900 6,42 3,10
1100 11,74 8,80 9200 5,90 2,54
1200 11,30 8,46 13800 4,70 1,35
Результати досл1джень.
По розробленш нами методицi була дослiджена нативна сперма бика. Результати вимiрювань дисперси дiелектричноl проникностi еякуляту представленi на рис. 5.
Рис. 5. Дисперсй' д1електрично1 проникност нативноУ спермии бика
У експеримент використовувався еякулят, стабшзований криопротек-тором харювсько! технологи. Вимiрювання були проведенi при Т = 250С. Експерименти проведенi тiльки з нативною спермою в умовах, що виключають И руйнування в процес вимiрювань.
87
Висновки.
В результат проведених дослщжень показано, що метод iмпульсноï рефлектометрiï дозволяе аналiзувати структурно-функщональний стан не тiльки мембран, а i Bcieï клiтини, як в процес так i пiсля криоконсервування, а також стан ïï водного компоненту та гщратного оточення, що над^ дозволить пiдвищити продуктивнiсть тварин i виршити ряд завдань нерозривно пов'язаних iз створенням бази даних дiелектричних характеристик бiологiчних систем.
Для проведення дiелектричноï спектроскопiï бiологiчних об'ектсв слiд використовувати iмпульснi рефлектометричнi системи з наступними параметрами:
- вхщний опiр 50±1,5 Ом;
- похибка вимiрювання напруги ±0,3%;
- похибка вимiрювання часових iнтервалiв ±0,2%;
- коефщент розгортки 10 пс/дiл;
- параметри iмпульсiв формувача на навантаженш 50±1 Ом.
Л1тература
1. Шкабыдова Р. А. Исследование электрофизических свойств молока в электромагнитном поле СВЧ: автореф. дис.на здобуття наук. ступеня канд. тех. наук: спец. 05.20.02 / Р. А. Шкабыдова. - ВНИИМП, 1972. - 20 с.
2. Радиоизмерительные приборы. - М.: НИИ ЭКОС, 1992. - 159 с.
3. Смердов А. А. Вплив УВЧ опромшення на штенсившсть обмшних процеЫв у насшш / А. А. Смердов, С.1. Волков, А. А. Ландар // Вшник ПДАА. -№2. - 2008. - С.172-174.
4. Федюшко Ю.М. Технiчнi параметри i конструктивнi особливост iмпульсного рефлектометра для дiелектричноï спектроскопа бюлопчних об'ектiв / Ю.М. Федюшко, 1.В.Борохов // Працi Таврiйського державного агротехшчного унiверситету. - Мелiтополь: ТДАТУ, 2009. - Вип. 9, Т. 2. - С. 126-131.
Summary Y. Fediushko, Y. Khandola
THE USE OF IMPULSIVE SPECTROSCOPY IS FOR RESEARCH OF PROPERTIES OF LIQUID DIELECTRICS
By impulsive reflektometra dielectric properties of native sperm of bull, the use of which will allow to create the bases of these dielectric descriptions of biological objects are probed.
Key words: impulsive reflektometr, dielectric permeability, native sperm.
Стаття надшшла до редакци 10.09.2010
88
