Введение к работе
t
Актуальность темы. На современном этапе научно-технического^
прогресса первостепенное значение приобретает проблема повышения
качества выпускаемой продукции. Ваянув роль в решении этой проб
лемы играет разработка эффективные методов и средств контроля по-
лупрсводящих сред. < ,
В "Основних направлениях экономического и социального развития СССР на 1966-1990 годы и на период до 2000 года" ставится задача сосредоточить усилия на решении следующих важнейших проблем:
ускорить внедрение автоматизированных методов контроля качества и испытания продукции как составной части технологических процессов;
последовательно осуществлять переход к массовому применению высокоэффективных систем, машин и технологических процессов, обеспечивающих механизацию и автоматизацию проиаводетва;
наращивать выпуск приборов контроля и регулирования расхода топливно-энергетических ресурсов и воды.
В настоящее время наблюдениями за снежным покровом на терри-' тории СССР занимается около 3000 гидрометеорологических станций и постов. В их задачу входит определение запаса воды в снежном покрове, накопленном за зимний период. Эти работы необходимы для прогноза притока воды в водохранилища, планирование выработки электроэнергии и распределение водных ресурсов на орошение. В настоящее время в системе Гидромет при проведении снегомерных работ (определение плотности) пользуются стандартными механическими плотномерами ВС-43 и И-70. Эти наблюдения трудоемки и малоэффективны. Такая сеть наблюдений за снежным покровом требует применения наиболее перспективных контрольно-измерительных средств с высокой производительностью (одно измерение не более 10 сек.) и точность измерений (относительная погрешность менее 0,5 %). Среди хорошо известных методов контроля как контактных, так и бескон- тактных, значительное место занимают радиоволновые, позволяющие оперативно определять плотность снежного покрова без разрушения послэдршго. На основе данного метода контроля полупроводящих сред создан целый класс приборов, используемых в различных отраслях, промышленности. Наиболее перспективным методом и средством KOrfT1-роля из этого класса является метод, основанный на измерении диэлектрической проницаемости полупроБОдящвй среды по углу наклона фазового фронта волны, распространяющейся по поверхности снежного
покрови.. Такім образом, задача создания бесконтактных приборов на основе радиоволнового поляризационного метода, позволяющих определить плотность снега без разрушения последнего, является актуальной.
Отмеченные выше обстоятельства и определили цель диссертационной работы: разработка радиоволнового поляризационного.метода и устройства для измерения плотности снежного покрова.
данная диссертационная работа выполнялась в процессе исследований, прозодшшс в период І9Ві-ІШ8гг., в соответствии с координационным планом АН СССР по проблеме 1.3.9 "Неразрушающие физические методы контроля" и по межвузовской целевой комплексной программе "Разработка и применение методов и средств неразрушаю-щего контроля качества промышленных изделий".
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Установлена эмпирическая закономерность для угла поляризации зондирующей волны в зависимости от диэлектрической проницаемости слабопоглоцающих' сред.
-
Сформулирована обобщенная математическая модель СВЧ поляризованного измерителя диэлектрической проницаеиссти сдабопогло-щающих сред, учитывающая собственные шумы прибора и погрешность за счет проводимости среды.
3. Дана оценка погрешности поляризационного метода, обусловленная эллиптичностью зондирующей волны в ближней зоне для сред с малой диэлектрической проницаемостью. Выявлены источники погрешностей и даны способы их уменьшения,- позволяющие создать прецизионные быстродействующие радиоволновые плотномеры.
, 4. Разработан радиоволновый СВЧ поляризационный метод определения плотности слабопоглощающгес сред.
Практическая ценность. Развиваемые в диссертации радиоволно-Ы0 методы контроля полупроводящих сред позволили создать, ряд переносных малогабаритных- радиоволновнх поллриьационпых плотномеров,, используемых для определения плотности снежного покрова при работе в нестационарных-услоБИях.
Предложенная методика измерения плотности снежного покрова может быть использована для создания широкого класса плотномеров полупроводящих сред с малой диэлектрической проницаемостью.
Основные результаты работы: Ї, Показана перспектива использования поляризационного метода при определении диэлектрической проницаемости вещества.
-
Предложена методика измерения угла наклона фронта волны по минимуму сигнала в приемной антенне, позволяющая на порядок повысить производительность наблюдателя.
-
Проведен теоретический анализ погрешностей.' Получены расчетные формулы и графики, дающие возможность определить погрешности измерения диэлектрической проницаемости и плотности снега.
-
Разработан плотномер, позволяющий определить плотность снежного покрова без его разрушения.
-
Проведен анализ влияния внутренних шумов измерительного канала на погрешность определения угла наклона фронта водны.
Реализация работы в народном хозяйстве. Разработанный плотномер внедрен в Западно-Сибирском, Уральском и Ленинградском управлениях гидрометеослужбы СССР. Экономический эффект от внедрения созданных приборов составляет 100 тыс.руб. Радиоволновый плотномер использовался в гляциологической экспедиции Томского Госуниверситета для проведения снегомерных работ на леднике Алтая. В 1930 году радиоволновый плотномер удостоен бронзовой медали ВДОС СССР. Материалы диссертации находят применение в учебном процессе в Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили положительную оценку на трех Всесоюзных конференциях по неразрушающему контролю материалов и изделий в г.г. Киши-неп - 1977г., Фергана - І98ІГ., Томск - 1981г., а также на ивжду-народной выставке "Кнтроскопия-82" г.Москва, на научных семинарах в лаборагс-чи дефектоскопии Сибирского фисико-технического института в 1980-1935гг., а также на научном семинара кафедры информационно-измерительной техники Томского института автоматизированных систем управления и радиоэлектроники.
Публикации. По результатам выполненных исследований автором опубликовало 13 работ и получено одно авторское свидетельство. Непосредственно по тематике диссертации опубликовано 12 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 146 страницах машинописного текста, имеет 20 страниц таблиц к иллюстрации, 24 страницы приложений, списка литературы из 87 наименований.
