Тризондова мікрохвильова інтерферометрія для вимірювання переміщення механічних об’єктів з урахуванням коефіцієнта відбиття антени

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347022040021

Ключові слова:

комплексний коефіцієнт відбиття, переміщення, електричний зонд, мікрохвильова інтерферометрія, напівпровідниковий детектор, хвилевiдна секція

Анотація

У статті розглядається задача вимірювання переміщення за допомогою тризондової реалізації мікрохвильової інтерферометрії у випадках, коли коефіцієнти відбиття об’єкта й антени є порівнянними. Представлено тризондовий метод вимірювання переміщення з урахуванням коефіцієнта відбиття антени. У цьому методі переміщення об’єкта визначається з двох квадратурних сигналів за допомогою методу розгортання фази. Вирази для квадратурних сигналів включають невідомий модуль коефіцієнта відбиття об’єкта. Для визначення цього модуля отримано рівняння, яке пов’язує його зі струмами детекторів та коефіцієнтом відбиття антени. Показано, що модуль коефіцієнта відбиття об’єкта визначається як менший додатний корінь цього рівняння за умови, що сума модулів коефіцієнтів відбиття об’єкта й антени не перевищує одиниці. Через малість коефіцієнта відбиття антени ця умова виконується майже завжди при вимірюваннях у вільному просторі. Для перевірки запропонованого методу проведено моделювання визначення переміщення об’єкта, що здійснює синусоїдальні коливання. Моделювання показало, що за порівнянності коефіцієнтів відбиття об’єкта й антени метод дозволяє зменшити похибку визначення переміщення у декілька разів у порівнянні з нехтуванням відбиттям від антени, навіть за наявності помітної шумової складової в струмах детекторів. Запропонований метод може бути використаний при розробці мікрохвильових датчиків переміщення.

Посилання

N. Toujani, A. B. S. Alquaity, A. Farooq, “Electron density measurements in shock tube using microwave interferometry,” Rev. Sci. Instruments, vol. 90, no. 554706, 2019, doi: https://doi.org/10.1063/1.5086854.

E. N. Ivanov, M. E. Tobar, R. A. Woode, “Microwave interferometry: application to precision measurements and noise reduction techniques,” IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, vol. 45, no. 6, pp. 1526–1536, 1998, doi: https://doi.org/10.1109/58.738292.

Г. А. Лукьянчук, “Анализ интерференционного измерителя направленности ответвителей,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 48, no. 8, pp. 62–69, 2005, doi: https://doi.org/10.20535/S002134700508008X.

A. Cunha, E. Caetano, “Dynamic measurements on stay cables of cable-stayed bridges using an interferometry laser system,” Exp. Tech., vol. 23, no. 3, pp. 38–43, 1999, doi: https://doi.org/10.1111/j.1747-1567.1999.tb01570.x.

K. Kaito, M. Abe, Y. Fujino, “Development of non-contact scanning vibration measurement system for real-scale structures,” Struct. Infrastruct. Eng., vol. 1, no. 3, pp. 189–205, 2005, doi: https://doi.org/10.1080/15732470500030661.

A. B. Mehrabi, “In-service evaluation of cable-stayed bridges, overview of available methods and findings,” J. Bridg. Eng., vol. 11, no. 6, pp. 716–724, 2006, doi: https://doi.org/10.1061/(ASCE)1084-0702(2006)11:6(716).

J. J. Lee, M. Shinozuka, “A vision-based system for remote sensing of bridge displacement,” NDT E Int., vol. 39, no. 5, pp. 425–431, 2006, doi: https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2005.12.003.

O. O. Drobakhin, “Realization of a method for synthesizing the envelope of a radio-frequency pulse based on amplitude measurements made with a horn antenna,” Russ. J. Nondestruct. Test., vol. 35, no. 7, pp. 545–551, 1999.

O. V. Pylypenko, A. V. Doronin, N. B. Gorev, I. F. Kodzhespirova, “Experimental verification of a two-probe implemetration of microwave interferometry for displacement measurement,” Tech. Mech., vol. 2018, no. 1, pp. 5–12, 2018, doi: https://doi.org/10.15407/itm2018.01.005.

S. Kim, C. Nguyen, “A displacement measurement technique using millimeter-wave interferometry,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 51, no. 6, pp. 1724–1728, 2003, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2003.812575.

S. Kim, C. Nguyen, “On the development of a multifunction millimeter-wave sensor for displacement sensing and low-velocity measurement,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 52, no. 11, pp. 2503–2512, 2004, doi: https://doi.org/10.1109/TMTT.2004.837153.

M. V. Andreev, O. O. Drobakhin, D. Y. Saltykov, “Complex reflection coefficient determination via digital spectral analysis of multiprobe reflectometer output signals,” in 2017 IEEE First Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), 2017, pp. 170–175, doi: https://doi.org/10.1109/UKRCON.2017.8100468.

S. C. Cripps, “Microwave bytes - VNA tales,” IEEE Microw. Mag., vol. 8, no. 5, pp. 28–44, 2007, doi: https://doi.org/10.1109/MMM.2007.904719.

M. V. Andreev, O. O. Drobakhin, D. Y. Saltykov, “Techniques of measuring reflectance in free space in the microwave range,” in 2016 9th International Kharkiv Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter and Submillimeter Waves (MSMW), 2016, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/MSMW.2016.7538213.

A. Maslovskiy, M. Legenkiy, “Experimental measuring of bright spots on complex shape object surface with decomposition method,” in 2018 9th International Conference on Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals (UWBUSIS), 2018, pp. 181–184, doi: https://doi.org/10.1109/UWBUSIS.2018.8520217.

A. V. Doronin, N. B. Gorev, I. F. Kodzhespirova, E. N. Privalov, “Displacement measurement using a two-probe implementation of microwave interferometry,” Prog. Electromagn. Res. C, vol. 32, pp. 245–258, 2012, doi: https://doi.org/10.2528/PIERC12071805.

M. T. Silvia, E. A. Robinson, Deconvolution of Geophysical Time Series in the Exploration for Oil and Natural Gas. Amsterdam–Oxford–New York: Elsevier Scientific Publishing Company, 1979, uri: https://www.elsevier.com/books/deconvolution-of-geophysical-time-series-in-the-exploration-for-oil-and-natural-gas/silvia/978-0-444-41679-7.

Схема тризондового вимірювання

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-04-29 — Оновлено 2022-04-29

Як цитувати

Андрєєв, М., Дробахін, О., Салтиков, Д., Горєв, М., & Коджеспірова I. (2022). Тризондова мікрохвильова інтерферометрія для вимірювання переміщення механічних об’єктів з урахуванням коефіцієнта відбиття антени. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 65(4), 211–221. https://doi.org/10.20535/S0021347022040021

Номер

Том 65 № 4 (2022)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.