НВЧ метод вимірювання вологості об’єктів довільної форми

Abstract

Актуальність дослідження. Сучасні технології виробництва в значній мірі пов'язані з вмістом вологи. Надлишок або нестача вологи в матеріалі впливає на його властивості та якісні показники. Швидке і точне вимірювання вмісту вологи в певному матеріалі є дуже важливим і актуальним завданням.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Методи НВЧ широко використовуються для вимірювання вологості матеріалів. Вільні молекули води розкручуються електромагнітним полем. В результаті швидкість проходження радіохвиль сповільнюється, а їх інтенсивність зменшується. Ці ефекти використовуються для створення пристроїв і систем, які вимірюють вологість за допомогою НВЧ-сигналів. Робота більшості з них заснований на визначенні величини ослаблення сигналу або зміни діелектричної проникності вологою речовиною. Найбільш поширені НВЧ методи: оптичні, резонансні, хвилеводні, зондові.

Виділення не вирішених раніше частин загальної проблеми. До переваг НВЧ методів вимірювання та контролю вологості можна віднести доволі високу точність, процес вимірювання не пов'язаний з руйнуванням досліджуваного зразка, невеликі потужності вимірювальних систем, тощо. Майже у всіх перелічених НВЧ методах необхідно знати геометричні розміри досліджуваного об'єкту, що не завжди є можливим. Ще одна складність в деяких випадках зумовлена необхідністю однозначного розміщення та орієнтації передавальних та приймальних елементів, оскільки будь-які антени мають певну діаграму спрямованості.

Мета дослідження. Розвиток НВЧ методів вимірювання вологості будівельних матеріалів та інженерних споруд для подальшого їх використання в системах неруйнівного моніторингу об'єктів довільної форми.

Виклад основного матеріалу. Хвилеводно-коаксіальний перехід є однією з важливих складових НВЧ техніки. Він широко використовується для взаємних підключень коаксіальних та хвилеводних ліній передач при формуванні НВЧ трактів. Якщо на хвилеводно-коаксіальний перехід направити НВЧ сигнал з частотою трохи меншою за граничну, а потім поступово підвищувати її, то потужність, що потрапляє до коаксіальної лінії, буде зростати, оскільки ми будемо наближатись до частот, на які власне і розрахований цей хвилеводно-коаксіальний перехід.

З іншого боку у деяких речовин спостерігається зростання послаблення НВЧ сигналу зі збільшенням частоти. Таким чином ці два протилежних фактори призводять до наявності на частотній залежності ступеню послаблення НВЧ хвилі чітко спостерігаємого мінімуму. Автори виявили, що частота максимального послаблення залежить від відсотка вологості зразка.

Висновки. Запропоновано новий метод контролю вологості заснований на вимірювання частоти, при якій спостерігається максимальне послаблення НВЧ-сигналу у хвилеводно-коаксіальному переході. Результати експериментальних досліджень показують, що частота максимального послаблення НВЧ сигналу залежить від вологості зразка.