PT2505995E

PT2505995E - Método para determinar a permissividade eléctrica de um objecto dieléctrico

Info

Publication number: PT2505995E
Application number: PT108336454T
Authority: PT
Inventors: Andrey Viktorovich Kuznetsov; Igor Yurievich Gorshkov; Valery Petrovich Averyanov
Original assignee: Apstec Systems Ltd
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2016-01-26
Also published as: KR20120112421A; MX2012006103A; AU2010325268A1; CN102630300B; US8228374B2; NZ599725A; RU2408005C1; EP2505995A1; HK1176404A1; JP2013512430A; EP2505995B1; ZA201203382B; CA2781590A1; ES2557457T3; PL2505995T3; IL219999A0; EP2505995A4; JP5260799B2; KR101332957B1; DK2505995T3

Description

DESCRIÇÃO

MÉTODO PARA DETERMINAR A PERMISSIVIDADE ELECTRICA DE UM

OBJECTO DIELÉCTRICO

CAMPO DA INVENÇÃO A invenção refere-se ao campo da engenharia eléctrica e, mais especificamente, à medição remota da permissividade dieléctrica de dieléctricos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Um dos métodos conhecidos para determinar a permissividade dieléctrica de um material consiste na irradiação de uma amostra com uma onda electromagnética usando um emissor de duplo braço, mudando a diferença entre as fases do sinal nos braços do emissor, medindo a amplitude da onda transmitida num ângulo, e determinando a permissividade dieléctrica. Ao alterar a diferença entre as fases do sinal nos braços do emissor, é eliminada a dependência da amplitude da onda transmitida no comprimento do braço. A permissividade dieléctrica é determinada pela seguinte fórmula:

em que λ0 - comprimento de onda em espaço livre; Àb -comprimento de onda no emissor de duplo braço; Δ - período de amplitude "zero" para a onda transmitida, sendo o ângulo Θ é escolhido de acordo com a

relação, em que dk - tamanho máximo do braço do emissor, consulte URSS patente SU 1800333 AI. A desvantagem deste método é que ele exige um contacto entre o emissor e o objecto, cuja permissividade dieléctrica deverá ser determinada. Além disso, esta amostra necessita de ter uma superfície plana para garantir um contacto com o emissor. Estes requisitos não permitem usar este método para a determinação remota da permissividade dieléctrica de objectos.

Um outro método conhecido para determinar a permissividade dieléctrica de um objecto dieléctrico emprega a irradiação do objecto dieléctrico com radiação de microondas coerente em N frequências. A irradiação é realizada contra o fundo de reflectores, em que limites entre as camadas do objecto, ou um limite entre o objecto dieléctrico e ar, ou um corpo físico, no qual o objecto dieléctrico testado se encontra colocado, servem como os reflectores. 0 sinal reflectido do objecto dieléctrico e do reflector é registado. Os sinais detectados são convertidos no domínio do tempo. São determinados os componentes temporais de pico no espectro temporal e são medidos os tempos dos componentes temporais de pico determinados. Estes dados são utilizados para determinar a permissividade dieléctrica e a espessura das camadas. A sondagem e recepção são realizadas num sector de ângulos. A permissividade dieléctrica e espessura das camadas são então determinadas a partir das fórmulas:

em que i - o número da camada; ε± e ερ - permissividade dieléctrica de camadas i e p; Si - a permissividade dieléctrica do meio no qual é executada a sondagem e a recepção de sinais; Alx - espessura da camada i-;

em que hi e h2 são as alturas entre o limite da primeira e da segunda camadas para os pontos a partir dos quais a sondagem é realizada e os pontos de recepção de sinal, respectivamente; é o ângulo do sinal recebido reflectido do limite entre as camadas i e i+1, c velocidade da luz; t± - frequência de pico do constituinte i do espectro de tempo que corresponde à reflexão do sinal do limite entre as camadas i e i + 1, e d - projecção na superfície da sonda da distância entre o ponto de sondagem e o ponto de recepção de sinal, veja a patente russa RU No. 2039352 Cl. A desvantagem deste método, que é assumido como um protótipo para a presente invenção, é o requisito da disposição paralela das camadas do objecto dieléctrico. Se o objecto for constituído por uma única camada, os seus lados devem ser paralelos. Portanto, este método pode ser usado somente para objectos feitos sob medida com os recursos necessários. Além disso, este método também exige que os ângulos de incidência e reflexão da radiação de microondas em direcção ao objecto dieléctrico sejam bem definidos. O anteriormente mencionado torna impossível usar este método na prática para determinar a permissividade dieléctrica de um objecto em movimento e escondido com camadas ou lados não paralelos, particularmente para a detecção secreta da presença de compostos explosivos dieléctricos escondidos num corpo humano. Sabe-se que a permissividade dieléctrica da grande maioria de tais compostos situa-se entre 2,9 - 3,1. A US6950054 refere-se a um método para a detecção de objectos escondidos numa pessoa utilizando um sistema de varrimento de frequência de radar, portátil, compreendendo o método direccionar um sinal de radar para uma pessoa; detectar uma parte do sinal de radar reflectido pela pessoa; e processar a parte do sinal de radar detectada pelo receptor de radar para determinar se a pessoa está a

transportar um objecto oculto, pela condução de um teste no qual é determinada uma primeira característica de uma primeira constante dieléctrica associada à pessoa, e é determinada uma segunda característica de uma segunda constante dieléctrica associada ao objecto escondido. A operação de varrimento consiste em mover a parte da cabeça da antena do dispositivo portátil sobre a pessoa que está a ser sujeita a varrimento, normalmente mantendo a distância de cerca de 0-3 polegadas (0-7,6 cm) de folga. O teste/medição requer uma quantidade significativa de tempo. DESCRIÇÃO PORMENORIZADA O objectivo da presente invenção é o de proporcionar um método para determinar remotamente a permissividade dieléctrica de um objecto dieléctrico em movimento de forma irregular. A presente invenção proporciona um método para determinar a permissividade dieléctrica de um objecto dieléctrico contra o fundo de um reflector, compreendendo o método: irradiar o objecto dieléctrico com radiação de microondas coerente a frequências N, detectar o sinal reflectido do objecto dieléctrico e do reflector, processar coerentemente o sinal detectado e receber uma imagem de microondas tridimensional do objecto dieléctrico e do reflector, em que a imagem de microondas corresponde a apenas uma superfície tridimensional formada por pontos que correspondem aos valores máximos de intensidade da configuração reconstruída dos difusores do objecto dieléctrico e do reflector; adicionalmente obter uma imagem de vídeo de uma zona, onde o objecto dieléctrico e o reflector se encontram localizados usando duas ou mais câmaras de vídeo, sincronizadas com a fonte de radiação de microondas; converter a imagem de vídeo obtida para a forma digital e construir uma imagem de vídeo tridimensional da referida zona; converter a imagem de vídeo tridimensional e a imagem de microondas num sistema geral de coordenadas; da imagem de microondas no sistema geral de coordenadas determinar a distância Z2 entre a fonte de radiação de microondas e uma secção da imagem de microondas do reflector que está livre do objecto dieléctrico, e a distância Z2 entre a fonte de radiação de microondas e a secção da imagem de microondas do reflector na secção do objecto dieléctrico; com base na imagem de vídeo, determinar no sistema geral de coordenadas a distância Z3 entre a fonte de radiação de microondas e a imagem de vídeo do objecto dieléctrico; em que a permissividade dieléctrica ε do objecto dieléctrico é determinada da relação:

0 requerente não tem conhecimento de quaisquer soluções técnicas que sejam idênticas ao assunto reivindicado. Isto sugere que a invenção cumpre com o requisito de novidade. A implementação das características distintivas da invenção resulta em novas características importantes do objecto reivindicado. Em particular a invenção torna possível determinar remotamente a permissividade dieléctrica de um objecto dieléctrico em movimento, de forma irregular. 0 requerente não tem conhecimento de quaisquer fontes de informação que forneçam qualquer conhecimento sobre a

relação entre as características distintas da presente invenção e o efeito técnico alcançado. Novas características do objecto reivindicado descrito acima demonstram, na opinião da requerente, de que o objecto da invenção está de acordo com a exigência de não-evidência. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A seguir a invenção é explicada por uma descrição pormenorizada de um exemplo sem qualquer referência às figuras.

FORMAS DE REALIZAÇÃO DA INVENÇÃO

De modo a demonstrar o método para determinar a permissividade dieléctrica de um objecto dieléctrico contra o fundo de um reflector, foi utilizado um manequim de teste para imitar o corpo humano que serviu como reflector. 0 manequim tinha um objecto dieléctrico (cera de abelhas) fixado ao corpo. 0 objectivo da experiência foi o de determinar a permissividade dieléctrica da cera de abelhas. 0 manequim de teste com o objecto dieléctrico fixado foi irradiado com radiação de microondas coerente a 14 frequências equidistantes na gama de frequências compreendidas entre 8 a 12 GHz. A irradiação foi realizada utilizando uma matriz de antenas planares comutadas com configuração hexagonal dos elementos emissores, e consistindo em 256 emissores primários. 0 sinal reflectido, sob a forma de dois componentes de quadratura, foi recebido por dois canais de recepção paralelos e detectado por conversores analógicos-digitais de 12 dígitos. Os dados de saída dos canais de recepção correspondentes ao componente eléctrico do campo electromagnético disperso detectado foram transferidos para um computador, onde foi formada uma imagem de microondas usando o método de focagem (processamento coerente). A imagem de microondas corresponde a apenas uma superfície tridimensional formada com pontos que correspondem aos valores máximos de intensidade da configuração reconstruída dos difusores do objecto dieléctrico e do reflector; Simultaneamente com a irradiação por radiação de microondas, foi obtida uma imagem de vídeo do objecto dieléctrico e reflector usando duas câmaras de vídeo digitais espacialmente separadas SDU415. Utilizando estes dados, foi construída a imagem de vídeo tridimensional da secção com o objecto dieléctrico e o reflector. A imagem de microondas e a imagem de vídeo tridimensional foram convertidas num sistema geral de coordenadas. Neste caso particular, o sistema geral de coordenadas foi definido pelo plano da matriz de antenas e um eixo perpendicular a ele e que intersecta a antena no seu centro. A imagem de microondas e a imagem de vídeo tridimensional foram analisadas no sistema geral de coordenadas. 0 valor de Zi - a distância entre a fonte de radiação de microondas e a secção da imagem de microondas do reflector, livre do objecto dieléctrico, foi determinado, e foi determinada a distância Z2 entre a fonte de radiação de microondas e a secção da imagem de microondas do reflector, onde o objecto dieléctrico estava localizado. Usando a imagem de vídeo foi determinada a distância Z3 entre a fonte de radiação de microondas e a imagem de vídeo do objecto dieléctrico. A permissividade dieléctrica do objecto contra o fundo do reflector foi determinada da relação:

No nosso exemplo particular, as distâncias foram as seguintes:

Zi = 122 cm, Zz - 128 cm, Z® = 112 cm, e ε = 2,56.

Com base no valor determinado para ε para o objecto inspeccionado, pode-se concluir que este objecto não pertence a compostos explosivos amplamente difundidos e actualmente utilizados, tais como TNT, hexogénio, tetril ou um explosivo plástico.

Este método pode também ser utilizado para outros fins, por exemplo para determinar as características físicas de dieléctricos utilizados na indústria eléctrica. APLICABILIDADE INDUSTRIAL

Para realizar a invenção são utilizados materiais e equipamentos conhecidos. Por isso, na opinião do requerente, a presente invenção está em conformidade com a exigência da aplicabilidade industrial.

REFERÊNCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO

Esta lista de documentos referidos pelo autor do presente pedido de patente foi elaborada apenas para informação do leitor. Não é parte integrante do documento de patente europeia. Não obstante o cuidado na sua elaboração, o IEP não assume qualquer responsabilidade por eventuais erros ou omissões.

Documentos de patentes citados na descrição • SU 1800333 Ai [0002] • RU 2039352 Cl [0004] • US 6950054 B [0007]

Lisboa, 22 de Dezembro de 2015

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Método para determinar a permissividade dieléctrica de um objecto dieléctrico contra o fundo de um reflector, caracterizado por o método compreender: irradiar o objecto dieléctrico com radiação de microondas coerente a frequências N, detectar o sinal reflectido do objecto dieléctrico e do reflector, em que o método compreende adicionalmente: processar coerentemente o sinal detectado e receber uma imaqem de microondas tridimensional do objecto dieléctrico e do reflector, em que a imaqem de microondas corresponde a apenas uma de três superfícies tridimensionais formadas por pontos que correspondem aos valores máximos de intensidade da configuração reconstruída dos difusores do objecto dieléctrico e do reflector; adicionalmente, obter uma imagem de vídeo de uma zona, onde o objecto dieléctrico e o reflector se encontram localizados usando duas ou mais câmaras de vídeo, sincronizadas com a fonte de radiação de microondas; converter a imagem de vídeo obtida para a forma digital, construindo uma imagem de vídeo tridimensional da referida região; converter a imagem de vídeo tridimensional e a imagem de microondas num sistema geral de coordenadas; da imagem de microondas no sistema geral de coordenadas determinar a distância Zi entre a fonte de radiação de microondas e uma secção da imagem de microondas do reflector que está livre do objecto dieléctrico, e a distância Z2 entre a fonte de radiação de microondas e a secção de a imagem de microondas do reflector na zona do objecto dieléctrico; com base na imagem de vídeo determinar no sistema geral de coordenadas a distância Z3 entre a fonte de radiação de microondas e a imagem de video do objecto dieléctrico; em que a permissividade dieléctrica ε do objecto dieléctrico é determinada da relação:

Lisboa, 22 de Dezembro de 2015