Метод калибровки полоскового резонатора при измерениях комплексной диэлектрической проницаемости влажных почв и грунтов

Для получения оперативной информации о состоянии земной поверхности широко применяются радиофизические методы дистанционного зондирования, использующие дециметровый, сантиметровый и миллиметровый диапазоны [1]. В частности, микроволновое зондирование параметров влажных почв предполагает использование модели комплексной диэлектрической проницаемости (КДП) влажных почв и грунтов, которые, как правило, создаются при использовании, волноводных и резонаторных методов измерений. В последнее время были предложены методы измерений КДП с использованием полосковых резонаторов. Восстановление КДП из измерений с помощью полосковых резонаторов осуществляется с использованием численных алгоритмов для расчета их амплитудно-частотных. В последующем погрешность определения КДП оценивается путем сравнения данных измерений для веществ с известными значениями КДП. В настоящей работе предложен метод калибровки полоскового резонатора, который позволяет исключить разработку численных алгоритмов анализа АЧХ и проводить калибровку этого измерительного устройства с применением веществ с известными значениями КДП. В качестве резонатора использовалось устройство, созданное на основе патента [2]. Конструирование резонатора проводилось с помощью программного пакета Microwave Office, а в качестве эталонов с известными значениями КДП использовались образцы песчаного грунта, смачиваемого растворами поваренной соли с переменной концентрацией. Значения КДП эталонных образцов определялись с помощью обобщенной рефракционной модели [3] и данных для КДП солевого раствора [4].
На основе совокупности значений смещений резонансной частоты и добротностей резонатора, измеренных при различных влажностях образца и концентрациях смачивающего образец солевого раствора, была построена система алгебраических уравнений. Решение данной системы дает возможность восстановить значения объемной влажности и концентрации водного раствора в образце влажного песчаного грунта по измеренным величинам сдвига резонансной частоты и добротности. Переход от величин объемной влажности и концентрации к значениям действительной и мнимой частей КДП образца осуществляется с помощью обобщенной рефракционной модели КДП [3]. Исследована погрешность определения КДП за счет неточностей при получении системы алгебраических уравнений и при численном решении последней. Кроме того, с целью независимой оценки погрешностей калибровки полоскового резонатора, с помощью этого устройства были проведены измерения КДП диэтиленгликоля и его смесей с песком в различных пропорциях. Измеренные значения сравнены с известными КДП для этиленгликоля и КДП, рассчитанными для его смесей с песком с помощью обобщенной рефракционной модели [3]. На основании проведенного сравнения сделаны выводы о погрешностях предложенного метода калибровки.


ЛИТЕРАТУРА
1. Комаров С.А., Миронов В.Л. // Микроволновое зондирование почв. Новосибирск: Научно-издательский центр СО РАН. 2000. С. 259.
2. Беляев Б.А., Лексиков А.А., Александровский А.А. Трубчатый датчик для измерения диэлектрических характеристик жидкости: Патент №2222024 РФ// Б.И. 2004. № 2.
3. В.Л. Миронов, С.А. Комаров, В.Н. Клещенко, Модельное описание диэлектрической проницаемости засолённых влажных грунтов в микроволновом диапазоне, // Физика радиоволн: Труды Всерос. научн. конф. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. С. III17-20
4. A. Stogryn “Equations for calculating the dielectric constant of saline water”, IEEE Trans. Microwave Theory Thech., vol. MTT-19, pp.733-736, 1971.