Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор и постановка задачи исследования 11
1.1. Общие сведения о влагомерах СВЧ 11
1.2. Постановка задачи исследования 21
2. Теоретические основы микроволнового метода контроля влажности 27
2.1. Электрофизические параметры реальных влажных сред 27
2.1.1. Электрофизические характеристики свободной воды 29
2.1.2. Взаимодействие микроволновых полей с влагой в капиллярно-пористых материалах 35
2.1.3. Расчёт характеристик влажных капиллярно-пористых материалов на основе моделей "смесевых характеристик" 51
2.1.4. Определение границ применимости метода по минимуму необходимой толщины капиллярно-пористых материалов 53
2.2. Аналитическая зависимость коэффициента отражения наклонно-падающей ЭМВ 55
2.3. Приближенный расчёт диаграммы направленности на поверхности материала в ДЗ 68
2.4. Расчёт зоны, существенной для отражения. Выбор числа щелей излучающего элемента 80
2.5. Расчёт угла отклонения максимума ДН противофазной щелевой антенны на стандартных волноводах прямоугольного сечения 83
2.6. Вывод формулы интегрального критерия мощности отражённой волны. Расчёт поверхностной и среднеинтегральной влажности твёрдых капиллярно-пористых материалов 85
2.7. Учёт шероховатости и неоднородностей поверхности твёрдых материалов 106
Выводы по главе 2 109
3. Методы и алгоритмы определения электрофизических параметров диэлектрических материалов 111
3.1. Метод определения влажности твёрдых материалов 111
3.2. Определение влажности твёрдых материалов с учётом шероховатости и неоднородностей поверхности 115
3.3. Разработка специальной приёмно-излучающей апертуры 124
3.4. Выбор диодного генератора с электронной перестройкой частоты. 141
3.5. Устройство реализации метода контроля влажности твёрдых капиллярно-пористых материалов 147
Выводы по главе 3 154
4. Экспериментальная оценка метода контроля влажности твёрдых материалов 155
4.1. Методика экспериментального определения влажности твёрдых материалов 155
4.2. Метрологический анализ метода контроля влажности твёрдых материалов 157
4.3. Техника безопасности при микроволновых измерениях 162
Выводы по главе 4 163
Заключение 163
Список используемых источников 165
Приложение 177
- Взаимодействие микроволновых полей с влагой в капиллярно-пористых материалах
- Приближенный расчёт диаграммы направленности на поверхности материала в ДЗ
- Определение влажности твёрдых материалов с учётом шероховатости и неоднородностей поверхности
- Метрологический анализ метода контроля влажности твёрдых материалов
Введение к работе
Актуальность темы. В производстве твёрдых материалов и их эксплуатации широко применяется неразрушающии контроль, позволяющий проверить качество материалов без нарушения их целостности и использования по назначению. Особое внимание уделяется автоматическим средствам измерения, позволяющим повысить эффективность производства и качество выпускаемой продукции. Контроль качества материалов направлен на проверку соответствия их параметров и характеристик установленным требованиям.
От влажности зависят основные свойства капиллярно-пористых материалов: тепло физические и прочностные характеристики различных сооружений и конструкций, их долговечность, надежность и эксплуатационные качества.
В измерении влажности широкое распространение получили радиоволновые СВЧ методы и устройства, теория которых достаточно хорошо разработана из-за очевидных преимуществ: простоты реализации неразрушающе-го контроля, приемлемой точности измерений, безопасности измерений вследствии информативного взаимодействия маломощных микроволновых полей бегущих и стоячих волн с материалом, практически не сопровождающегося нагревом материала.
Однако практически все микроволновые методы и устройства обладают рядом недостатков, такими как:
необходимость индивидуальной тарировки по месту и объекту контроля;
при измерении влажности крупных объектов не применимы двух-апертурные методы свободного пространства "на прохождение", резонатор-ные, волноводные и зондовые, позволяющие определять, в частности, только интегральную и среднюю влажности по зоне взаимодействия, кроме того, такие методы в реализации стационарны, громоздки и дорогостоящи;
методы "на отражение" пригодны не всегда, к тому же основной метод угла Брюстера позволяет определять только поверхностную влажность и не всегда имеется обоснование границ применимости этого метода по толщине материала;
отсутствует учёт шероховатости поверхности и неоднородностей материала, а также существует необходимость оптимизации выбора полосы рабочих частот;
не учитывается ширина диаграммы направленности излучателя и площадь зоны существенной при отражении;
в некоторых радиоволновых методах "на отражение" существует СВЧ нагрев материала и при определении поверхностной влажности не учитывается мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости.
Все приведенное выше определяет актуальность проведения исследований и разработок радиоволновых методов и устройств контроля влажности твёрдых материалов.
Разрешение недостатков, указанных выше, позволило разработать метод и реализующую его измерительно-вычислительную систему определения поверхностной влажности и среднеинтегральной влажности твёрдых капиллярно-пористых материалов.
Цель работы. Разработка бесконтактного неразрушающего микроволнового метода контроля поверхностной влажности и среднеинтегральной влажности твёрдых материалов и реализующего его устройства на основе математического описания взаимодействия электромагнитного поля СВЧ диапазона с влажным материалом, обеспечивающих повышение оперативности и точности измерений.
Для достижения поставленной цели диссертационной работы необходимо решение следующих задач:
- провести сравнительный анализ существующих радиоволновых мето
дов и устройств контроля влажности широкого класса материалов, опреде-
8 лить их достоинства и недостатки, тенденции и направления их дальнейшего развития;
разработать микроволновый бесконтактный неразрушающий метод контроля влажности твёрдых материалов, позволяющий с учётом шероховатости поверхности ОК и минимуме СВЧ нагрева при одностороннем доступе к поверхности определять влажность с высокой оперативностью и достаточной для технологических измерений точностью;
разработать алгоритм контроля поверхностной влажности и средне-интегральной влажности твёрдых материалов, реализующий разработанный метод;
разработать измерительно-вычислительную систему контроля влажности твёрдых материалов, реализующую предложенный метод, осуществить экспериментальную проверку результатов работы и провести метрологический анализ.
Методы исследований базируются на применении теории электродинамики, математического и машинного моделирования, теории антенно-фидерных устройств, измерений и метрологии.
Научная новизна.
На основе теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия поля наклонно падающей ЭМВ СВЧ диапазона с влажными твёрдыми материалами получены следующие результаты:
разработан микроволновый бесконтактный неразрушающий метод контроля влажности твёрдых материалов по оценке минимума мощности отражённой ЭМВ, наклонно падающей на поверхность влажного материала, учитывающий вид и ширину ДН при изменении угла падения, позволяющий определить поверхностную влажность и среднеинтегральную влажность материала с высокой оперативностью и достаточной для технологических измерений точностью;
предложена методика учёта влияния шероховатости и неоднородно-стей поверхностного слоя материала, основанная на сравнении коэффициен-
9 та ослабления электромагнитного поля поверхностной медленной волны с
дискретным набором его пороговых значений, обеспечивающая повышение точности определения комплексной диэлектрической проницаемости и влажности материала;
- разработана специальная приёмно-передающая апертурная антенна, позволяющая реализовать разработанный метод, обеспечивающая высокую локальность измерений, согласование ЭМВ с ОК с полной безопасностью персонала от СВЧ излучения.
Практическая ценность. На основе разработанного неразрушающего микроволнового метода контроля влажности твёрдых капиллярно-пористых материалов разработана измерительно-вычислительная система с математическим, программно-алгоритмическим и метрологическим обеспечением для определения поверхностной влажности и среднеинтегральной влажности объекта контроля по объёму взаимодействия с необходимой для технологических измерений точностью.
Реализация результатов. Результаты теоретических и экспериментальных исследований диссертационной работы апробированы и рекомендованы к внедрению в практику аналитического контроля ТЦ «Хамелеон», ООО «Строй-сервис», ООО «Астико ОТК», при выполнении заданных НИР по контролю влажности строительных материалов и антенных обтекателей. Результаты диссертационной работы используются в научно-исследовательской практике Тамбовского ВВАИУРЭ.
Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались на IX Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и проблемы измерений» (Москва, 2004 г.); XIV Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы повышения боевой готовности, боевого применения, технической эксплуатации и обеспечения безопасности полетов ЛА» (Иркутск, 2005 г.); 18 Международной научно-технической конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Казань, 2005); Международной научно-практической конференции «Ка-
10 чество науки - качество жизни» (Тамбов, 2006 г.); 8 Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического моделирования» (Тамбов, 2006 г.); 6 Международной теплофизической школе «Теплофизические измерения при контроле и управлении качеством» (Тамбов, 2007 г.); VIII Всероссийской НТК «Актуальные вопросы разработки и внедрения информационных технологий двойного назначения» (Ярославль, 2007 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе имеется 2 патента РФ на изобретение, 3 работы опубликованы в изданиях рекомендованном ВАК министерства образования России для опубликования результатов научных исследований по кандидатским диссертациям.
Автор глубоко благодарен рано ушедшему из жизни профессору Дмитриеву Дмитрию Александровичу за совместную работу.
Структура и объём работы. Диссертационная работа содержит введение, 4 главы и заключение. Работа изложена на 176 страницах машинописного текста. Список использованных источников включает 111 наименований. Работа содержит 63 рисунка, 4 таблицы, приложения (акты внедрения и промышленных испытаний, таблицы, схемы и другие материалы) на 19 страницах.
Взаимодействие микроволновых полей с влагой в капиллярно-пористых материалах
Содержащие влагу материалы представляют собой многокомпонентные гетерогенные системы, в которых один из компонентов (вода) может находиться в различных фазовых состояниях. При измерениях влажности необходимо принимать во внимание физико-химические свойства системы, которые определяются свойствами твёрдого скелета материала, количеством и свойствами влаги [28].
Для измерений влажности большое значение имеют виды и формы связи влаги с веществом, влияющие на свойства влагосодержащего материала.
Из известных классификаций видов и форм связи влаги чаще всего используется предложенная П.А.Ребиндером, основанная на величине энергии связи Е. По этой классификации (с некоторыми дополнениями М.Ф.Казанского [36]) всю влагу коллоидного капиллярно-пористого тела можно разделить на следующие виды и формы (в порядке нарастания величины Е): I. Свободная вода. П. Влага капиллярно-связанная (физико-механической связи): 1) Влага капиллярного состояния в макропорах; 2) стыковая влага мак-ропор; 3) капиллярная влага микропор. III. Влага адсорбционно-связанная (физико-химической связи): 1) влага полимолекулярной адсорбции; 2) влага мономолекулярной адсорбции. IV. Вода химически связанная (химической связи).
Наиболее прочно удерживается химически связанная вода (гидратная или кристаллогидратная) Её молекулы входят в состав основного вещества и освобождаются лишь химическим взаимодействием или прокаливанием.
Адсорбционно-связанная вода образуется в результате действия молекулярно силового поля. На начальном этапе сорбции на внешних и внутренних поверхностях тела создаётся мономолекулярный слой, наиболее прочно связанный с поверхностью адсорбента; затем он собирает второй слой, третий и т.д.; последующие слои связаны менее прочно.
К физико-химической относится и осмотическая связь - слабая обратная связь, имеющая место у растительных клеток с концентрированным раствором, в который через полупроницаемую перегородку проникает вода из окружающей среды с менее концентрированным раствором.
Капиллярно-связанная вода образуется в микрокапиллярах поглощением воды из влажного воздуха или непосредственным соприкосновением, в сквозных макрокапиллярах - непосредственным соприкосновением. Причиной возникновения данной формы связи является капиллярное давление, обусловленное кривизной поверхности жидкости в капиллярах. К этой же категории относится связь смачиванием при непосредственном соприкосновении с поверхностью тела вследствие действия поверхностного натяжения. Считается, что в отличие от адсорбционно-связанной вода физико-механической связи удерживается в неопределённых соотношениях и в основной массе сохраняет свои исходные свойства.
Известные методы измерения влажности по-разному реагируют на формы связи влаги. Метод высушивания (и ряд других аналитических методов) не учитывает химически связанной воды. Для диэлькометрического ме тода существенно то обстоятельство, что химически связанная вода имеет значительно меньшую диэлектрическую проницаемость (по данным некоторых исследователей єсв = 4.5 ... 5.8), чем свободная [33, табл.6.10.2], єсв не зависит от частоты электрического поля и температуры материала.
Большинство нормативных документов, применяемых на практике (стандарты, технологические инструкции и т.п.), основано на учёте только свободной влаги. Однако во многих случаях возникает необходимость получения информации о влаге различных видов связи. Это относится не только к экспериментальным исследованиям в ряде областей науки, но и к многочисленным физическим и технологическим процессам, как, например, твердение цемента и бетона, связывание влаги целлюлозой, искусственными волокнами, глиной и т.д.
Задача количественного анализа влаги различных форм связи достаточно сложна; дополнительные затруднения вызывает и то, что в ряде процессов одна форма связи постепенно переходит в другую.
Механизм переноса влаги в капиллярно-пористых телах весьма сложен. Влага перемещается в виде пара и жидкости, причём следует различать вла-гоперенос внутренней и внешней - с поверхности тела в окружающую среду. Теория процессов массо- теплопереноса разработана А.В.Лыковым и другими исследователями.
У многих капиллярно-пористых материалов область дисперсии значительно шире, чем по Дебаю, и критическая частота материала в целом отличается от критической частоты воды, являющейся включением в непроводящую и нерелаксирующую среду (сухое вещество). Иногда наблюдается больше одной области дисперсии и больше одного максимума є". В гетерогенных системах, содержащих воду, необходимо дополнительно принять во внимание следующие факторы: а) наличие двойного поляризованного слоя частиц, следствием которо го могут являться значения є более высокие, чем у воды; б) высокая поверхностная проводимость частиц или включений.
Приближенный расчёт диаграммы направленности на поверхности материала в ДЗ
Построение "интегральной" ДН произведён для простейшего случая 2-х рупорной апертуры (рис.2.24 [23]) с механическим качанием или, что тоже самое, двух наклонных линеек ВВ щелевых антенн, расположенных про-тивофазно под углом образующей интегрирующего их конуса (т.е. ДН "интегральной" апертуры в ДЗ, которой (т.е. ДЗ) для "интегральной " апертуры будет поверхность.). Очевидно результаты можно распространить на любое четное количество вертикальных ВВ щелевых антенн, вплоть до полного ими "выстилания" конуса (цилиндра) (рис. 2.38 - 2.42 [23]), а также для кольцевой (круговой щелевой противофазной апертуры (N = 2) (рис. 5.1, 5.2 [23]). Азимутальная ДН приближенно может считаться круговой. а). Расчёт ДН на поверхности в ДЗ и величины R-эфф. Расчёт величин векторов Пойтинга Пв ДЗ при номинальной величине Хг, когда А0=0 (рис.2.10). Поток мощности П в ДЗ пропорционален величине постоянного по срезу 1 раскрыва волноводно-щелевой круговой апертуры (ВВЩА при г=а=0.016 м) значения П0 и обратно-пропорционален г , где г расстояние от апертуры до поверхности: П = - -. направленности «1/2 ДН» (достаточную, вместо ДН в силу осевой симметрии) для рассмотренного выше случая А9 = 03 т.е. начальную «1/2 ДН» (см. рис.2.13а). Для полосы рабочих длин волн Я,гє(0.005...0.006)м, угол качания А0, меняется от минус пяти до минус двадцати трёх градусов от нормали к плоскости ВВЩА, т.е. максимальная величина А6тах« -23.
Таким образом, величина R выбирается так, чтобы при данном значении А0тах при максимальном «качании» "карандашной" ДН радиус - вектор принял положение rmax — ? " ( точка Ш сместилась в точку 0), на самом деле точка 0 сместится чуть ближе к центру, но погрешность пренебрежимо мала, так как R»A,r ; r0- r ( точка 0 —» точка 1Л), rmJn—»г" (точка 1Л - точка 2Л). Заметим, что координате точки 2Л соответствует максимальное значение Такое «качание» луча в выбранные точки определяется тем, что если Vю (рис.2.10) будет левее точки 0, на поверхности образуется круговая зона тени (отсутствие поля на поверхности), т.е. поле на поверхности образует кольцо, чего не должно быть.
Обратим внимание на следующее противоречие использующееся для оптимизации числа N щелей: с увеличением величины 1, т.е. числа щелей N, уменьшается величина 2А0О 5 реальной ДН и, соответственно, R3AA, НО даже для «карандашной» ДН, это в свою очередь приводит к увеличению ЯЭфф за счёт увеличения 1. Рассчитаем «1/2 ДН» для этого случая (AG = АЭтах), т.е. конечную «1/2 ДН» (рис.2.13 в). На рис. 2.13в показана конечная «1/2ДН», полученная подстановкой в (2.66), (2.67), (2.69) значения А1 є[0, -] (при соответствующей величине А0тах)- Выражение для текущей между «начальной» и конечной «1/2ДН» (рис.2Л36) может быть получено из этих же выражений при аналогичном варьировании А1 и изменении А9тє[А0тіП + А0тах] в выражениях (2.68) и (2.70). (Индекс «Т» - текущее значение). Текущая «1/2ДН» при А9тах А9т 0 показана на рисунке 2.136. Нижняя «1/2ДН» (преломленная) построена с учётом того, что тангенциальные составляющие вектора П , в силу осевой симметрии апертуры одинаковы слева и справа и противофазны, следовательно, компенсируются, т.е. суммарный поток их векторов П равен нулю. Так как диапазон X г известен, ширину ДН можно варьировать только меняя число N и, соответственно, 1. Величина А0о.5 должна быть такой, чтобы луч rmax на поверхности не пересекал rmjn. В этом случае суммарный вектор П1 не будет содержать тангенциальной составляющей, направленной вне зоны определённой величиной R-эфф. Все расчёты ДН ведутся аналогично «карандашной» ДН с учётом вида ДН, (например, величины rmax и гт;п соответст-1 Основная величина ЯЭфф рассчитывается с учётом того, что величина А60.5 0 и определяется из вышеуказанных соображений и с учетом того, что увеличивается величина
Определение влажности твёрдых материалов с учётом шероховатости и неоднородностей поверхности
Твёрдые капиллярно-пористые материала, различного рода диэлектрические покрытия имеют сложную структуру поверхности, не всегда являющуюся для данного частотного диапазона "зеркальной", шероховатость по верхности рассеивает падающую волну, превращая её в поверхностную, увеличивая тем самым потери ЭМВ и снижая, следовательно, точность измерений [79].
Для повышения точности измерения влажности твёрдых капиллярно-пористых материалов нами разработан неразрушающий микроволновой метод определения влажности с возможностью учёта шероховатости и неоднородности поверхности ОК [80, 65].
Разработанный нами метод определения влажности [80] твёрдых капиллярно-пористых материалов, изделий и покрытий состоит из двух частей: первая часть - сканирование поверхности ОК, определение и оценка электрофизических и геометрических неоднородностей поверхности исследуемого диэлектрического материала, определение коэффициента "незеркальности" Кнз его поверхности по алгоритму описанному в [51], [81] и [82], и выбор адекватной области определения влажности (где отсутствуют электрофизические и топологические неоднородности: пустоты, твёрдые включения и др.), а вторая - измерение комплексной диэлектрической проницаемости поверхностного слоя ОК, вычисление поверхностной влажности материала с учётом коэффициента "незеркальности" и определение среднеинтегральной влажности материала [49].
Для реализации первой части метода необходимо возбудить медленную поверхностную Е-волну с длиной волны Хг = 0,55 см вдоль поверхности исследуемого материала с неизвестными электрофизическими параметрами [73].
С помощью системы приёмных вибраторов в начальной точке сканирования поверхности ОК, находящейся в дальней зоне от излучателя измеряют напряжённость поля Е поверхностной волны в нормальной плоскости относительно направления её распространения (в точке у). Делают первоначальный шаг Ay = d и измеряют напряженность поля поверхностной волны в точке y + d. Рассчитывают коэффициент нормального ослабления а! из выражения: где Е(у) и Е(у + d) - напряжённости поля поверхностной волны в нормальной плоскости относительно направления распространения в разнесённых точках измерений у и у + d; d - расстояние (шаг) между точками измерений. Мерой параметров неоднородностей покрытия является отклонение распределения напряжённости поля в зоне дифракции от экспоненциального Е(у) = Е0 ехр[-а(у)у], характерного для зоны покрытия без неоднородностей или, что то же самое, непостоянство ос(у) т.е. его зависимость от у в точке измерения. Отклонение напряжённости поля от экспоненциального есть результат интерференции полей поверхностной медленной волны с рассеянно отраженной от неоднородности быстрой волны (являющейся результатом дифракции медленной поверхностной волны на неоднородности) вне исследуемого материала для геометрической неоднородности любого типа, т.к. она может быть аппроксимирована суммой клиновидных неоднородностей при малом шаге Az или внутри материала, причём любая электрофизическая неоднородность может быть сведена к геометрической неоднородности [79].
Далее переводят систему приёмных вибраторов в следующую точку, делая постоянный, либо адаптивно изменяющийся относительно величины изменения коэффициента ослабления шаг Ау и повторяют измерения. Определяют в каждой точке измерений совокупность значений коэффициента нормального ослабления поля [81, 82] ctj, где je[l,...n-l] - количество точек измерений по нормали к поверхности (по оси Y) [82]. Производят подобный цикл измерений в пределах заданной площади сканирования [82]. В МПУ запоминаются координаты точек сканирования и соответствующие им значения ос: в каждой точке. По полученным значениям otj в каждой дискретной точке поверхности определяют математическое ожидание ma.: и дисперсию коэффициента ослабления Da. как функцию геометрических и электрофизических параметров неоднородностей: Вычисляют среднеквадратическое отклонение коэффициента ослабления поля aa. и определяется его среднее значение aacp по всей площади сканирования. Сравнивают полученное значение aacp с пороговыми значениями отклонения коэффициента ослабления поля Aanopi, где ie[l,...,N]— количество предварительно заданных дискретных значений Асспор (Да є е,... 2]): Тангенс угла наклона зависимости Aacpi от пороговых значений отклонения коэффициента ослабления поля Aanopi Aacpi = f (Aanopi j полученного в виде линейной функции у = к х + b методом наименьших квадратов есть фрактальная размерность (Df ): Df = tga. Коэффициент "незеркальности" сканируемой поверхности [53], характеризующий стохастическую шероховатость поверхности: где Н - показатель Гельдера (Хёрста) - универсальная характеристика самоаффинной функций, для определения которой не требуется априорного знания о том, к какому классу функций относится исследуемый сигнал; размерность пространства вложения равна 3 [71].
Метрологический анализ метода контроля влажности твёрдых материалов
Во всех случаях работа с микроволновым измерительным комплексом должна соответствовать санитарным нормам при работе с источниками электромагнитных излучений СВЧ диапазона [95, 106], согласно которым допустимое время облучения Тр =6800/х2, где ТР - допустимый период облучения (мин) в течение любого часа; х - плотность потока мощности на рабочем месте, но не более 100 мВт/см .
Так, например, Американский национальный институт стандартов предлагает основываться при нормировании облучений на величине мВт/см2 ч. В процессе исследований практическая доза за время экспериментальной работы, не превышающей трех часов, была на два порядка меньше. 1 Разработана методика определения влажности твёрдых капиллярно-пористых материалов, проведены экспериментальные испытания установки, разработанный метод позволяет повысить точность определения влажности за счёт учёта шероховатости и неоднородности поверхности ОК. Экспериментальная измерительно-вычислительная система позволяет без тарировки по месту измерять влажность болыыеразмерньгх, в том числе, строительных материалов. 2 Проведена проверка адекватности математической модели, положенной в основу метода, метрологический анализ показывает, что погрешность измерений влажности в диапазоне We[0.05...0.3] уменьшена по сравнению с известными методами в 1,5...1,7 раза и составляет AWn 2,5, AW 0,8 при tє[0...40]С. Результаты теоретических и экспериментальных исследований прошли испытания и приняты к использованию в практику контроля влажности и в научно-исследовательский процесс. 1 Проведен сравнительный анализ существующих микроволновых методов и устройств неразрушающего контроля влажности капиллярно-пористых материалов, определены их достоинства и недостатки, тенденции их дальнейшего развития и обоснована необходимость разработки неразрушающего бесконтактного СВЧ метода измерения влажностных характеристик твёрдых капиллярно-пористых материалов. 2 На основе математического описания взаимодействия ЭМП линейной наклонно-падающей ЭМВ с материалом разработан микроволновый бесконтактный неразрушающий метод контроля влажности твёрдых капиллярно-пористых материалов по оценке минимума мощности отражённой ЭМВ, наклонно падающей на поверхность влажного материала, учитывающий вид и ширину ДН при изменении угла падения, позволяющий определить поверхностную влажность и среднеинтегральную влажность материала с высокой оперативностью и достаточной для технологических измерений точностью. 3 Разработана методика учёта влияния шероховатости и неоднородно-стей поверхностного слоя материала, основанная на сравнении коэффициента ослабления ЭМП поверхностной медленной волны с дискретным набором его пороговых значений, обеспечивающая повышение точности определения комплексной диэлектрической проницаемости и влажности материала. 4 Разработан алгоритм контроля поверхностной влажности и среднеин-тегральной влажности твёрдых капиллярно-пористых материалов, реализующий разработанный метод, позволяющий минимизировать массогабарит-ные размеры реализуемого устройства и обеспечивающий высокую оперативность и точность измерений. 5 Разработана специальная приёмно-передающая апертурная антенна, позволяющая реализовать разработанный метод, обеспечивающая высокую локальность измерений, согласование ЭМВ с ОК с полной безопасностью персонала от СВЧ излучения. 6 Разработана измерительно-вычислительная система контроля поверхностной влажности и среднеинтегральной влажности по объёму взаимодействия твёрдых капиллярно-пористых материалов, реализующая разработанный метод, основным элементом которой является специальная приёмно-передающая апертурная антенна. Проведены испытания в промышленных условиях разработанной ИВС. Проведённый метрологический анализ, показал, что погрешность измерений влажности в диапазоне We[0.05...0.3] уменьшена по сравнению с известными методами в 1,5... 1,7 раза.
