ливості зовнішнього розташування об'єкта дослідження на відкритому торці, найбільшого поширення набули датчики на основі коаксіальних чвертьхвильових резонаторів [9 - 12]. Вони застосовуються в ряді приладів для безелектродної СВЧ діагностики матеріалів за критеріями відповідності технологічним вимогам основних електрофізичних параметрів, в новітніх системах бліжнеполевой СВЧ мікроскопії, для вимірювання вологості матеріалів і вмісту вологи в біооб'єктах. Перспективи і широке використання резонаторних методів у вимірювальній техніці призвело до публікації великої кількості друкованих робіт як теоретичного, так і прикладного характеру.
У даному розділі розглядаються питання, пов'язані з впливом електромагнітного поля на середовища, розглянуті конструкції резонаторів, що використовуються в складі датчиків влагометрии, скануючої мікрохвильової мікроскопії, методи математичного супроводу метрологічних застосувань резонаторів.
1.1 Взаємодія електромагнітних полів з матеріалами і середовищами
При проведенні метрологічних досліджень одним з основних є питання про те, наскільки використовуваний метод змінює або «обурює» діагностується фізичний об'єкт або середу [17]. У дисертаційній роботі в якості фізичних об'єктів, інтегральні і диференціальні характеристики яких передбачається вимірювати, фігурують діелектрики, напівпровідники, біологічні об'єкти та сипучі влагосодержащих матеріали (сіль, цукор, зернові та крупи, пісок і т. д.). В якості зондуючого інструменту використовується електромагнітне поле СВЧ діапазону. Обгрунтованим є питання про те, наскільки СВЧ поле змінює властивості перерахованих вище фізичних об'єктів.
Розглянемо і проведемо оцінку впливу електромагнітних полів (ЕМП) спочатку на тверді діелектрики, а потім і на інші передбачувані об'єкти вимірювань. При впливі НВЧ випромінювання на діелектрики можуть мінятися їх інтегральні характеристики, зокрема діелектрична проникність, за рахунок взаємодії електромагнітного поля з вектором поляризації [17]. При проведенні вимірювань потужність генератора, збудливого резонатор, не перевищує 100 мВт, тому щільність потоку потужності в резонаторі не перевищує 100 мВт/см2.
У відповідність з положеннями електродинаміки суцільних середовищ [17], поляризаційний момент в діелектрику пов'язаний з напруженістю електричної компоненти впливає поля співвідношенням:
,
де Ф / м, - діелектрична сприйнятливість. На практиці замість користуються вектором електричної індукції [10 - 17]:
,
де, і - речова і уявна частини комплексної діелектричної проникності, причому однозначно пов'язана з тепловими втратами в діелектрику. Діелектричні проникності як, так і залежать від частоти впливу електромагнітного поля. Експериментальна залежність комплексної діелектричної проникності від частоти для типового діелектрика наведена на рис. 1.1 [10, 17].
У кожному з частотних діапазонів діелектрична проникність, більшою мірою, визначається різними фізичними явищами: іонною провідністю, дипольної релаксацією, атомної поляризацією, електронної поляризацією та ін У СВЧ діапазоні для більшості діелектриків домінуюче вплив робить дипольная релаксація [12].
Рис. 1.1. Залежність діелектричної проникності від частоти для типового діелектрика
Найбільш прийнятними для вимірювання диферен...
