РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛОВ В ПРЯМОУГОЛЬНОМ МНОГОМОДОВОМ РЕЗОНАТОРЕ

Реферат
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Теоретическая часть 6
1.1 Методы измерения параметров материалов на сверхвысоких
частотах 6
1.2 Расчёт диэлектрической проницаемости при измерениях в
прямоугольных многомодовых резонаторах 10
1.3 Принципы создания интерфейса аппаратно-программных комплексов 13
1.4 Автоматизация измерений 18
1.5 Рассматриваемый электрофизический параметр, диэлектрическая
проницаемость среды 20
2 Экспериментальная часть 23
2.1 Описание экспериментальной установки 23
2.2 Описание методики измерений 25
2.3 Описание методики расчета 27
2.4 Описание интерфейса программы, и ее возможности 29
3 Тестирование программного продукта 32
3.1 Измерение диэлектрической проницаемости древесины 32
3.2 Измерение диэлектрической проницаемости почвы 35
3.3 Измерение диэлектрической проницаемости поликора 37
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 39
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 40

Купить

В современной радиоэлектронике диапазон используемых частот от 10 -3 Гц до 3-109 Гц. В данной работе будет использоваться диапазон сверхвысоких частот (СВЧ) с частотой от 3 до 13 ГГц.
Знание диэлектрической и магнитной проницаемости среды нужны на разных частотах при создании новых материалов для радиоэлектроники, для исследования распространения электромагнитных волн в различных средах, при мониторинге окружающей среды и создании датчиков приборов, использующих взаимодействие с электромагнитным полем.
Для измерения диэлектрической и магнитной проницаемости применяются различные методы: в свободном пространстве, волноводные, резонаторные. Наиболее точными являются резонаторные, т.к. они основаны на измерении сдвига частоты, а частота из всех величин измеряется с наименьшей погрешностью.
Резонансный метод измерения электрических параметров материалов и характеристик широко применяется в различных диапазонах частот. В настоящее время существует много методов, они основаны на измерение параметров резонаторов частично или полностью заполненных диэлектриком. В данной работе резонатор частично заполняется диэлектриком. Резонансный метод основан на исследовании резонансных кривых (зависимость коэффициента отражения от частоты), до внесения диэлектрика и после. Изучения резонансных кривых позволяет определить мнимую и действительную часть диэлектрической проницаемости среды. Формулы, связывающие измеряемые величины (резонансная кривая, резонансная частота и добротность) и диэлектрическую проницаемость среды, получают из уравнений Максвелла, в зависимости от типа колебаний. Для решения нужных зависимостей применятся метод малых возмущений. Он основан на том, что в полость резонатора вносится небольшой образец диэлектрика относительно объема резонатора. Допущение состоит в том, что при малом объеме диэлектрика его влияние на поле вне его границ отсутствует. Следовательно, поле вне диэлектрика не изменяется при внесении образца.
В данной работе, в области миллиметровых волн метод малых возмещений применяется с использованием прямоугольного многомодового резонатора в качестве измерительной ячейки, с колебанием типа Н01.
В настоящее время метод измерения комплексной электрофизической характеристики материалов в прямоугольном многомодовом резонаторе широко используется в экспериментальной физике для исследования электрофизических характеристик различных материалов [1]. В частности, в Томском государственном университете на радиофизическом факультете, кафедре радиоэлектроники, проводится большое количество измерений комплексной диэлектрической проницаемости различных материалов именно этим методом. Исследуются композиционные материалы на основе гексаферритов и углеродных наноматериалов [2], а также природные материалы, такие как дерево, почвы [3].
Методика расчёта диэлектрической проницаемости по данным измерения в многомодовом резонаторе основана на применении метода малых возмущений. Есть несколько вариантов решения этой сложной электродинамической задачи. В данной работе использован подход, изложенный в [4]. Программы, реализующие данную методику расчёта, существуют на языках Pascal и MathCad. Но при обработке больших массивов данных потребовалось более удобное программное обеспечение, которое поможет минимизировать затраты по времени.
Исходя, из выше сказанного можно сказать, что данная работа по созданию программного обеспечения для удобной и быстрой обработки данных является актуальной.
Целью данной работы является разработка и реализация в среде объектноориентированного программирования программного обеспечения для расчёта комплексной диэлектрической проницаемости материалов и обработки результатов измерения в прямоугольном многомодовом резонаторе. Программное обеспечение предназначено для использования в Центре коллективного пользования «Центр радиофизических измерений, диагностики и исследования параметров природных и искусственных материалов» ТГУ
Для достижения цели предстояло решить следующие задачи:
а) провести аналитический литературный обзор программных продуктов для обработки результатов измерения диэлектрической проницаемости в прямоугольном резонаторе;
б) ознакомиться с принципами разработки интерфейсов;
в) разработать структурную схему программного комплекса для расчета диэлектрической проницаемости среды;
г) освоить методику измерения и расчёта комплексной диэлектрической проницаемости среды, резонаторным методом;
д) составить и отладить основные процедуры расчёта комплексной проницаемости среды;
е) доработать структурную схему программного комплекса;
ж) отладить процедуру обработки серий измерений;
з) протестировать программный комплекс и провести контрольные
измерения.
В ходе работы предложена методика измерения, основанная на записи всего спектра колебаний сразу с последующей программной обработкой, позволяющая сократить время измерения в 5-7 раз без увеличения погрешности. Представлено разработанное на данный момент программное обеспечение.

Купить