RU2202779C2 - Пассивный дистанционный способ определения действительной части диэлектрической проницаемости пленки нефти, разлитой на водной поверхности - Google Patents
Пассивный дистанционный способ определения действительной части диэлектрической проницаемости пленки нефти, разлитой на водной поверхности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2202779C2 RU2202779C2 RU2001105038A RU2001105038A RU2202779C2 RU 2202779 C2 RU2202779 C2 RU 2202779C2 RU 2001105038 A RU2001105038 A RU 2001105038A RU 2001105038 A RU2001105038 A RU 2001105038A RU 2202779 C2 RU2202779 C2 RU 2202779C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electric field
- oil
- oil film
- dielectric constant
- amplitude
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к дистанционным способам определения действительной части диэлектрической проницаемости объекта исследования и может быть использовано для определения действительной части диэлектрической проницаемости пленки нефти, разлитой на водной поверхности. Техническим результатом изобретения является создание способа для измерения в естественных условиях действительной части диэлектрической проницаемости пленки нефти, разлитой на водной поверхности. Этот результат достигается тем, что в качестве источника излучения плоской электромагнитной волны используют шумовое неполяризованное излучение неба в миллиметровом диапазоне волн, при этом принимают вертикально поляризованную составляющую амплитуды электрического поля под углом Брюстера от направления в зенит, по принятой амплитуде электрического поля рассчитывают по формулам Френеля амплитуду переотраженного электрического поля вертикальной поляризации от нижнего слоя пленки нефти на границе ее с водной поверхностью, измеряют амплитуду переотраженного электрического поля вертикальной поляризации от нижнего слоя пленки нефти на границе ее с водной поверхностью и сравнивают измеренное значение амплитуды переотраженного электрического поля вертикальной поляризации с рассчитанным ее значением, при этом изменяют выбранное значение εн с шагом 0,1 в заданных пределах и добиваются совпадения рассчитанного и измеренного значений с заданной точностью, например 1%, а полученное значение εн принимают за искомую величину. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к дистанционным способам определения действительной части диэлектрической проницаемости в миллиметровом диапазоне длин волн.
Известен способ измерения диэлектрической проницаемости с использованием измерительных установок, включающих передатчик и приемник [1], когда исследуемый объект облучается вертикально поляризованной волной [2, 3] под определенным углом, а в точке наблюдения измеряется напряженность электрического поля Е1 отраженного сигнала. Затем объект заменяется электрической пластинкой тех же размеров и из той же точки наблюдения измеряется напряженность электрического поля отражений Е2. Коэффициент отражения объекта будет равен R1 = E1/E2. Диэлектрическую проницаемость объекта при этом можно определить следующим образом:
где α - угол облучения и равный ему угол наблюдения.
где α - угол облучения и равный ему угол наблюдения.
Наиболее близким по технической сущности аналогом является способ, основанный на измерении угла Брюстера [4]. Приемник и передатчик располагаются при этом на поворачивающихся плечах гониометра, причем необходимое направление поляризации устанавливается соответствующей ориентацией передатчика и приемника. Измерение угла Брюстера облегчается, если оба плеча гониометра при помощи простой кинематической системы одновременно поворачиваются на один и тот же угол. При таких измерениях приемник не нуждается в калибровке, так как он используется в качестве простого индикатора, регистрирующего угол, при котором отсутствует отражение.
В случае незначительных потерь исследуемого образца (tgδ ≤ 0,2) коэффициент отражения при угле падения φ = φб проходит через острый минимум, что позволяет с точностью, лучшей чем 2%, определить действительную часть диэлектрической проницаемости εд исследуемого материала в соответствии с выражением εд = tg2φб. Отражение от задней поверхности образца может быть устранено (при наличии потерь) путем использования образца такой толщины, при которой волна, отраженная от задней поверхности, затухает, не выходя из диэлектрика. Для жидкостей отражение может быть устранено путем использования кюветы с косым дном.
Недостатками способа, выбранного в качестве прототипа, как и вышеописанного аналога, являются:
1. Определение εд проводится с использованием образцов.
1. Определение εд проводится с использованием образцов.
2. Необходимость установки между передающей и приемной антеннами перегородки из поглотителя для устранения прямого приема приемником излучения передатчика, что приводит к усложнению измерительной системы.
3. Сложность формирования хорошо сфокусированных пучков электромагнитного излучения, имитирующих плоскую волну.
4. Способ не может быть использован для измерений в реальных условиях, например, разливов нефти.
Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа для измерения в естественных условиях действительной части диэлектрической проницаемости нефти, разлитой на водной поверхности, в соответствии с выбранным критерием.
Технический результат достигается тем, что в известном способе определения действительной части диэлектрической проницаемости пленки нефти, разлитой на водной поверхности, основанном на измерении электромагнитного излучения под углом Брюстера, в качестве источника излучения плоской электромагнитной волны используют шумовое неполяризованное излучение неба в миллиметровом диапазоне волн, при этом принимают вертикально поляризованную составляющую амплитуды электрического поля под углом Брюстера от направления в зенит, значение которого вычисляют по формуле 
где εн одно из предварительно заданных в пределах 1,8-3,0 значений действительной части диэлектрической проницаемости пленки нефти, по принятой амплитуде электрического поля рассчитывают по формулам Френеля амплитуду переотраженного электрического поля вертикальной поляризации от нижнего слоя пленки нефти на границе ее с водной поверхностью с учетом диэлектрической проницаемости воздуха εo и действительной части диэлектрической проницаемости воды εв, затем измеритель направляют под тем же углом φб, установленным от нормали к поверхности пленки нефти в направлении на пленку нефти, измеряют амплитуду переотраженного электрического поля вертикальной поляризации от нижнего слоя пленки нефти на границе ее с водной поверхностью и сравнивают измеренное значение амплитуды электрического поля вертикальной поляризации с рассчитанным ее значением, при этом изменяют выбранное значение εн с шагом 0,1 в заданных пределах и добиваются совпадения рассчитанного и измеренного значений с заданной точностью, например 1%.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана трехслойная структура однородных сред со своими показателями преломления, разделенными плоскими границами: воздух - пленка нефти - вода, и где обозначено:
Е0 - падающая вертикально поляризованная составляющая электрического поля (ВПСЭП), излучаемая небом;
E1 - зеркальная ВПСЭП;
Е2 - преломленная ВПСЭП на границе сред воздух - нефть;
E3 - преломленная ВПСЭП на границе сред нефть - вода;
Е4 - зеркально отраженная ВПСЭП от границы сред нефть - вода;
E5 - переотраженная ВПСЭП, прошедшая границу сред нефть - воздух и принятая измерителем;
И - измеритель излученной небом и преломленной ВПСЭП.
Е0 - падающая вертикально поляризованная составляющая электрического поля (ВПСЭП), излучаемая небом;
E1 - зеркальная ВПСЭП;
Е2 - преломленная ВПСЭП на границе сред воздух - нефть;
E3 - преломленная ВПСЭП на границе сред нефть - вода;
Е4 - зеркально отраженная ВПСЭП от границы сред нефть - вода;
E5 - переотраженная ВПСЭП, прошедшая границу сред нефть - воздух и принятая измерителем;
И - измеритель излученной небом и преломленной ВПСЭП.
Источником плоской электромагнитной волны, падающей на пленку нефти, разлитую на водной поверхности, служит шумовое неполяризованное излучение неба в миллиметровом диапазоне длин волн, вертикально поляризованная [2, 3] составляющая электрического поля которого, измеряемая под углом Брюстера, установленным от направления в зенит, принимается в качестве исходной величины для расчета составляющей напряженности электрического поля, переотраженного от нижнего слоя нефтяной пленки на границе ее с водной поверхностью. Расчет проводится с применением формул Френеля [5, 6], описывающих соотношения между амплитудами вертикальной составляющей электрического поля падающей, отраженной и преломленной волн, при известных значениях диэлектрической проницаемости воздуха εo, действительной части диэлектрической проницаемости воды εв и заданной наперед действительной части диэлектрической проницаемости пленки нефти εн, так как известно, что действительная часть диэлектрической проницаемости нефти лежит в пределах 1,8-3,0 [8]. Угол Брюстера определяется выражением 
Полученное соотношение позволяет определить диэлектрическую проницаемость материала (без потерь), найдя такой угол падения, при котором исчезает отражение от плоской поверхности образца. Если образец обладает потерями, то при потерях соответствующих tgδ ≤ 0,2 значение проницаемости, определенное по формуле εн = tg2φб, отличается лишь на 2% от точного значения [4]. Величина мнимой составляющей комплексной диэлектрической проницаемости нефти мала [7, 8]. Известно, что для нефти tgδ ≤ 0,01, поэтому вполне допустимо определение диэлектрической проницаемости нефти по ее действительной части.
На угле Брюстера от границы раздела пленки нефти с водой отразится электромагнитная волна с вертикальной поляризацией (см. чертеж), напряженность электрического поля которой определяется выражением
где
После измерения вертикально поляризованной составляющей электрического поля, излучаемой небом, измеряют переотраженную составляющую от нижнего слоя пленки нефти на границе ее с водной поверхностью под тем же углом Брюстера, устанавливаемым от нормали на плоскую поверхность пленки нефти в направлении на пленку нефти.
где
После измерения вертикально поляризованной составляющей электрического поля, излучаемой небом, измеряют переотраженную составляющую от нижнего слоя пленки нефти на границе ее с водной поверхностью под тем же углом Брюстера, устанавливаемым от нормали на плоскую поверхность пленки нефти в направлении на пленку нефти.
Измеренную амплитуду электрического поля вертикальной поляризации, переотраженного от нижнего слоя пленки нефти, сравнивают с ее значением, рассчитанным по принятой величине электрического поля вертикальной поляризации, излучаемой небом. Если разница между измеренным и рассчитанным значениями превышает заданный уровень точности, например 1%, измерения повторяют, изменяя первоначально выбранное значение εн с шагом 0,1. Значение εн, при котором измеренное и рассчитанное значения отличаются не более чем на 1%, принимают за искомую величину.
Заявляемый способ определения действительной части диэлектрической проницаемости пленки нефти, разлитой на водной поверхности, реализован с помощью радиометрического приемника на длине волны λ=24,59 мм в натурных условиях, при заданных значениях: ε0 = 1; εв = 80 и наперед заданной действительной диэлектрической проницаемости пленки нефти εн = 2,0 с вариацией от начального значения εн через 0,1.
Результаты практических измерений сведены в таблицу.
По результатам измерений и расчетов на основании выбранного критерия делаем вывод, что εн = 1,8.
Предлагаемый способ может быть применен для определения действительной части диэлектрической проницаемости нефтепродуктов [8], разлитых на подстилающих поверхностях (вода, земля и др.), диэлектрические проницаемости которых известны.
Предлагаемый способ может быть применен для определения действительной части диэлектрической проницаемости нефтепродуктов [8], разлитых на подстилающих поверхностях (вода, земля и др.), диэлектрические проницаемости которых известны.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дистанционные измерения диэлектрической проницаемости. Радиотехника сверхвысоких частот 34, М., 1985.
1. Дистанционные измерения диэлектрической проницаемости. Радиотехника сверхвысоких частот 34, М., 1985.
2. Зубкович С.Г. Статистические характеристики радиосигналов, отраженных от земной поверхности. - М.: Советское радио, 1968.
3. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. - М.: Радио и связь, 1983.
4. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. - М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1963 (прототип).
5. Лансберг Г. С. Оптика. - М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1976.
6. Калитеевский Н.И. Волновая оптика. - М.: Высшая школа, 1978.
7. Водные ресурсы 2, 1974. Митник Л.М. Обнаружение нефтяных загрязнений на поверхности акваторий методом пассивного зондирования в СВЧ диапазоне (по данным модельных расчетов).
8. Метрологическое зондирование подстилающей поверхности из космоса. Под редакцией Кондратьева К.Я. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979.
Claims (1)
- Пассивный дистанционный способ определения действительной части диэлектрической проницаемости пленки нефти, разлитой на водной поверхности, основанный на измерении электромагнитного излучения под углом Брюстера, отличающийся тем, что в качестве источника излучения плоской электромагнитной волны используют шумовое неполяризованное излучение неба в миллиметровом диапазоне волн, при этом принимают вертикально поляризованную составляющую амплитуды электрического поля под углом Брюстера от направления в зенит, значение которого вычисляют по формуле
где εн - одно из предварительно заданных в пределах 1,8÷3,0 значений действительной части диэлектрической проницаемости пленки нефти,
по принятой амплитуде электрического поля рассчитывают по формулам Френеля амплитуду переотраженного электрического поля вертикальной поляризации от нижнего слоя пленки нефти на границе ее с водной поверхностью с учетом диэлектрической проницаемости воздуха εo и действительной части диэлектрической проницаемости воды εв, затем измеритель направляют под тем же углом φб, установленным от нормали к поверхности пленки нефти в направлении на пленку нефти, измеряют амплитуду переотраженного электрического поля вертикальной поляризации от нижнего слоя пленки нефти на границе ее с водной поверхностью и сравнивают измеренное значение амплитуды переотраженного электрического поля вертикальной поляризации с рассчитанным ее значением, при этом изменяют выбранное значение εн с шагом 0,1 в заданных пределах и добиваются совпадения рассчитанного и измеренного значений с заданной точностью, например 1%, а полученное значение εн принимают за искомую величину.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001105038A RU2202779C2 (ru) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | Пассивный дистанционный способ определения действительной части диэлектрической проницаемости пленки нефти, разлитой на водной поверхности |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001105038A RU2202779C2 (ru) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | Пассивный дистанционный способ определения действительной части диэлектрической проницаемости пленки нефти, разлитой на водной поверхности |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001105038A RU2001105038A (ru) | 2003-03-27 |
| RU2202779C2 true RU2202779C2 (ru) | 2003-04-20 |
Family
ID=20246384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001105038A RU2202779C2 (ru) | 2001-02-22 | 2001-02-22 | Пассивный дистанционный способ определения действительной части диэлектрической проницаемости пленки нефти, разлитой на водной поверхности |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2202779C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529886C1 (ru) * | 2013-05-22 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Способ обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности |
| RU2575767C1 (ru) * | 2014-09-24 | 2016-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Способ измерения диэлектрической проницаемости жидкости в емкости |
-
2001
- 2001-02-22 RU RU2001105038A patent/RU2202779C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529886C1 (ru) * | 2013-05-22 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) | Способ обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности |
| RU2575767C1 (ru) * | 2014-09-24 | 2016-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Способ измерения диэлектрической проницаемости жидкости в емкости |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4052666A (en) | Remote sensing of vegetation and soil using microwave ellipsometry | |
| De Roo et al. | Bistatic specular scattering from rough dielectric surfaces | |
| US5534868A (en) | Method and system for the detection and measurement of air phenomena and transmitter and receiver for use in the system | |
| CA1247724A (en) | Microwave reflection survey equipment and technique | |
| Panfilova et al. | Oil slick observation at low incidence angles in Ku‐band | |
| JP2831462B2 (ja) | 濃度測定装置 | |
| Pinel et al. | Influence of layer roughness for road survey by ground penetrating radar at nadir: theoretical study | |
| RU2371730C1 (ru) | Способ измерения эффективной площади рассеяния объектов и радиолокационный комплекс для его осуществления | |
| Sagnard et al. | In situ measurements of the complex permittivity of materials using reflection ellipsometry in the microwave band: theory (Part I) | |
| Black et al. | Icy Galilean satellites: 70 cm radar results from Arecibo | |
| Tomiyasu | Relationship between and measurement of differential scattering coefficient (sigma/sup 0/) and bidirectional reflectance distribution function (BRDF) | |
| RU2202779C2 (ru) | Пассивный дистанционный способ определения действительной части диэлектрической проницаемости пленки нефти, разлитой на водной поверхности | |
| RU2623668C1 (ru) | Способ дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан | |
| RU2111506C1 (ru) | Устройство для дистанционного измерения отражательных свойств объектов сложной формы в свч диапазоне радиоволн | |
| Panfilova et al. | Retrieving of significant wave height and period from the Doppler spectrum of backscattered microwave signal | |
| Galati et al. | High resolution measurements and characterization of urban, suburban and country clutter at X-band and related radar calibration | |
| Weiß et al. | A sub-millimeter accurate microwave multilevel gauging system for liquids in tanks | |
| Bystrov et al. | Low terahertz signal backscattering from rough surfaces | |
| Orfeo et al. | Bistatic antenna configurations for air-launched ground penetrating radar | |
| RU2790085C1 (ru) | Способ дистанционного измерения комплексной диэлектрической проницаемости плоскослоистых диэлектриков естественного происхождения | |
| RU2207500C2 (ru) | Пассивный дистанционный способ определения толщины пленки нефтепродукта, разлитой на водной поверхности | |
| RU2529886C1 (ru) | Способ обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности | |
| Stockham et al. | Radio frequency ice dielectric permittivity measurements using CReSIS data | |
| Waite | Broad-spectrum electromagnetic backscatter | |
| RU2750563C1 (ru) | Способ дистанционной идентификации состояния снежно-ледяного покрова |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110223 |