Способ свч-томографического исследования объекта

 

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может использоваться для томографического исследования объектов. Цель изобретения - повышение точности. Способ СВЧ-томографического исследования объекта заключается в том, что осуществляют воздействие электромагнитной волной на исследуемый объект 3, помещенный в резонатор 1 При этом предварительно регистрируют спектр электромагнитных колебаний резонатора 1 без объекта 3, а затем - с помещенным в него объектом 3, т е. измеряют соответствующие резонансные частоты. Затем восстанавливают изображение объекта 3 и его характеристики по формуле e(r)(г где V - объем резонатора; Ј/я - выбранная скалярная функция; г - обобщенная координата; а - коэффициент, определяемый путем решения системы уравнений , в которое входят измеренные резонансные частоты и величина напряженности электрического поля, соответствующая частоте резонатора 1 без объекта 3. 3 ил (С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 0! N 22 00

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4609383/09 (22) 27.10.89 (46) 23.04.91. Бюл. № 15 (71) Институт проблем управления (72) А. В. Иванов и Е. И. Чернов (53) 621.317(088.8) (56) 1ЕЕ Trans. Microwave Theory and

Techn, 1982, 30, N 11, р. 1998 †20.

Electron. Lett, 1987, 23, N 11, р. 564 и 565, (54) СПОСОБ СВЧ-ТОМОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может использоваться для томографического исследования объектов. Цель изобретения — повышение точности. Способ СВЧ-томографического исследования объекта заключается в

„„SU„„-1644006 д 1

2 том, что осуществляют воздействие электромагнитной волной на исследуемый объект

3, помещенный в резонатор 1. При этом предварительно регистрируют спектр электромагнитных колебаний резонатора 1 без объекта 3, а затем — с помощенным в него объектом 3, т. е. измеряют соответствующие резонансные частоты. Затем восстанавливают изображение объекта 3 и его характеристики по формуле е(г)=Ха„1/ (г), где V —; (l — выбранная скалярная функция; r — обобщенная координата; а „вЂ” коэффициент, определяемый путем решения системы уравнений, в которое входят измеренные резонансные частоты и величина напряженности электрического поля, соответствующая частоте резонатора 1 без объекта 3. 3 ил.

1644006

55

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может использоваться для исследования различных объектов, в том числе непрозрачных с малой плотностью, например объектов из полимеров, газодымовых потоков и т. д.

Цель изобретения — повышение точности способа.

На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — схема устройства при автоматизированном проведении томографическо— го исследования; на фиг. 3 — эпюры с детектора до помещения объекта в резонатор и после.

Устройство для реализации способа СВЧтомографического исследования объекта содержит резонатор 1, элементы 2 связи, объект 3, характериограф 4, генератор 5 перестраиваемой частоты, детектор 6, измеритель

7 резонансных частот и вычислительное уст ройство 8.

Способ СВЧ-томографического исследования объекта реализуется следующим образом. Диапазон частот характериографа (или генератора) выбирается таким образом, чтобы в него входили несколько собственных частот резонатора (чем больше число собственных частот, тем выше точность восстановления. объекта) . В зависимости от резонатора это может быть ВЧили СВЧ-диапазон электромагнитных колебаний.

Способ СВЧ-томографического исследования объекта заключается в том, что осуществляют воздействие электромагнитной волной на исследуемый объект, помещенный в резонатор. При этом предварительно снимают спектр частот электромагнитных колебаний резонатора без объекта, а затем снимают спектр частот электромагнитных колебаний резонатора с помещенным в нем исследуемым объектом, и по измеренным спектрам восстанавливают изображение объекта в соответствии с выражением в(г)= и к Ug (г), (1) где И вЂ” скалярная функция;

r — обобщенная координата; ак — коэффициент, определяемый из решения системы уравнений оз,„5в,(r)E,„(r)d Ъ =и Ха 5 Ц (r)E,„(r)d V, (2) где а... ь — частота соответственно резонатора без объекта и резонаторр а с объе кто м;

E„(r) — напряженность электрического поля, соответствующая частоте ю„; в.(r) — проницаемость среды резон атора без объекта; в(г) — проницаемость среды резонатора с объектом;

V — объем резонатора.

Поскольку из неизвестных в формулу (1) входят только коэффициенты ад, то множество уравнений (2) с различными значениями индекса п образуют систему линейных уравнений относительно коэффициентов ак. Ее решение дает значения коэффициентов а, а их последующая подстановка в формулу (1) восстанавливает искомую функцию в(г). Аналогичным образом для ферромагнетика может быть получена функция ц(г). Таким образом, необходимая информация об исследуемом объекте получе1О на н может быть представлена в удобном виде, например по плоским сечениям.

Временная последовательность действий над материальными объектами в данном способе не принципиальная, необходимо

15 лишь их выполнение. Для осуществления способа необходимо снять спектр колебаний пустого резонатора и резонатора с помещенным в него объектом, т. е. измерить соответствующие резонансные частоты co„ и co„(фиг. 3). Для этого снимают сиг20 нал на детектор и отмечают частоты экстремумов сигнала с детектора 6. Величины напряженности полей Е,„(H,„) являются известными или определяются расчетным путем для конкретного резонатора, использу емого при реализации способа (например, по измеренным размерам резонатора с учетом его формы) . После измерения обоих спектров резонатора (пустого и с объектом) решают систему уравнений (2) для выбранного вида функций Up (r) и определяют

30 величины коэффициентов а„. Зная коэффициенты а„, восстанавливают вид объекта и его характеристики по формуле в(г)=

=Ха к Uq(r).

Указанные процессы могут быть автоматизированы, а с учетом производительности

35 современных средств вычислительной техники способ позволяет проводить исследования в реальном масштабе времени, т. е. давать информацию и об изменениях свойств объекта. Вычислительное устройство осуществляет решение системы уравнений (3), однако расчеты можно выполнять вручную.

Пример. Резонатор — коаксиальный с разомкнутыми концами, длина i=30 см, объект — диэлектрическое кольцо, установленное в резонатор по его нижней кромке.

45 Напряженности полей

Eon =A(x,g)c0s Ео2=В(х,у). cos л2 2л2 функции Uw выбраны в виде

10; 0(2(18 см U2(Z)= — Ui Z, 11; 30 см)2)18 см.

В спектрах измеряются по два значения частот. Соответствующие частоты равны во1=1 ГГц; юо =2 ГГц; vi=0 788 ГГц; а2=1,576 ГГц.

Уравнения имеют вид

1,61046=аi 0,610464 + а 0,389535;

1,61044 = а 0,610441 + а 0,389558, откуда ai=2, а =1, т. е. тело высотой

1644006

Формула изобретения

Составитель А.Михайлова

Техред А. Кравчук Корректор М. Самборская

Тираж 387 Подписное

Редактор А. Козориз

Заказ 1235

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент>, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

18 см имеет относительную диэлектрическую проницаемость, равную двум.

Рассмотренный пример имеет тестовый характер, в нем использованы всего две собственные чаСтоты и получены два значения — положение верхней границы кольца и значение диэлектрической проницаемости.

При увеличении числа измеряемых частот и измерения спектра резонатора в большем диапазоне можно определить несколько границ и распределение диэлектрической проницаемости внутри этих границ, а следовательно, определить характеристики объекта.

Способ СВЧ-томографического исследования объекта, заключающийся в воздействии на исследуемый объект электромагнитной волной и восстановлении изображения объекта по расчетным соотношениям, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, воздействие электромагнитной волной на исследуемый объект осуществляют в резонаторе, регистрируют спектр частот электромагнитных колебаний резонатора без объекта, регистрируют спектр частот электромагнитных колебаний резонатора с исследуемым объектом, восстанавливают изображение объекта по соотношению

s(r)=Zap Ug (r), где Ц вЂ” скалярная функция;

r — обобщенная координата; а — коэффициент, определяемый из решения системы уравнений .48(М-(гФ = Яа.Як (r)E„(r)d V, где оз,», а, — частота соответственно резонатора без объекта и резонатора

15 с объектом;

Е,„(г) — напряженность электрического поля, соответствующая частогпо»

a0(r) — проницаемость среды резонатора без объекта;

20 e(r) — проницаемость среды резонатора с объектом;

V — объем резонатора.