Використання теплового випромінювання для дистанційної ідентифікації рідин у закритих діелектричних контейнерах

Anastasiia Dmytrivna Nikolaieva; Kyrylo Serhiiovych Ustenko

doi:10.20535/2523-4455.mea.265614

Т. 27 · № 2 · 2022 сер 28, 2022 Мікросистеми та фізична електроніка

Використання теплового випромінювання для дистанційної ідентифікації рідин у закритих діелектричних контейнерах

Anastasiia Dmytrivna Nikolaieva Відповідальний Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Україна

Kyrylo Serhiiovych Ustenko Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Україна

Сторінки265614-1-265614-8 Опублікованосер 28, 2022

PDF

ТОМ 27 · № 2 · 2022 Переглянути випуск

Анотація

Дистанційне визначення речовин, у тому числі і рідин, є актуальним завданням, вирішення якої вимагає принципово нових підходів як до методів, так і до техніки вимірювань. Пов'язано це з тим, що стандартні методи ґрунтуються на коливальних властивостях компонентів рідини: від атомів до клатратних комплексів, які реєструються спектроскопічними методами різних частотних діапазонах і не розраховані на дистанційне застосування. Звичні методи радіолокації зазвичай не прийнятні через неможливість потайного знімання інформації за допомогою активної локації та отримання на її основі даних за складом об'єкта опромінення [1-5]. Тому в даний час все ширше використовуються методи та прийоми пасивної локації, але для вирішення досить специфічних завдань дистанційної ідентифікації речовин вони мають бути значно модернізовані. У роботі [6] зроблено спробу застосування пасивної локації для досліджень водних розчинів солей. Але методика вимірювань не дозволяє проводити дистанційні дослідження через необхідність знаходження коефіцієнта відбиття від металу та заданого зразка водного розчину. На сьогоднішній день немає чіткого розуміння того, як залежить термостимульоване випромінювання від складу макроскопічного тіла, а також від того, чи є теплове випромінювання рівноважним або нерівноважним. Об'єкт, що досліджується, при заданій температурі випромінює електромагнітні хвилі, пов'язані з тепловим рухом молекул і атомів його складових. Тому теплове випромінювання є випадковим (флуктуаційним), що означає рівність нулю середньої величини електромагнітного поля, але усереднені квадратичні по полю характеристики, що визначають його енергію (температуру), мають відмінну від нуля кінцеву величину. У цій роботі розглядаються вдосконалена методика і модернізований вимірювальний комплекс для дистанційного дослідження рідких розчинів як електролітів, так і неелектролітів за допомогою вимірювань і подальшого аналізу флуктуацій диференціальної температури проміжного рідкого середовища (дистильованої води), в яку вміщена ємність (тара). У роботі наводяться результати досліджень сумішей електролітів та неелектролітів різних концентрацій. Наведено приклад вимірювання нерівноважного теплового випромінювання розчину. Показано можливість розрізняти досліджувані рідини, а також з'єднувати компоненти розчинів даних концентрацій для отримання заданих властивостей всього розчину.

Ключові слова

#термостимульоване випромінювання #флуктуації температури #концентрація розчину #широкосмугове шумове випромінювання #водні розчини електролітів та неелектролітів

Посилання

G. V. Antsev, G. P. Zhigulin, A. A. Makarenko, and V. A. Sarychev, Optoelectronic homing systems for high-precision weapons. Introduction to theory. Monograph. Radio engineering, 2017, ISBN: 975-5-93108-145-8.
S. M. Rytov, Theory of electrical fluctuations and thermal radiation. Moskow: Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, 1953.
E. A. Vinogradov and I. A. Dorofeev, “Thermally stimulated electromagnetic fields of solids,” Physics-Uspekhi, vol. 52, no. 5, pp. 425–459, May 2009, DOI: https://doi.org/10.3367/UFNe.0179.200905a.0449 .
T. Yokouchi et al., “Electrical magnetochiral effect induced by chiral spin fluctuations,” Nat Commun, vol. 8, no. 1, p. 866, Dec. 2017, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-017-01094-2 .
M. K. Hazra and Y. Levy, “Biophysics of Phase Separation of Disordered Proteins Is Governed by Balance between Short- And Long-Range Interactions,” J Phys Chem B, vol. 125, no. 9, pp. 2202–2211, Mar. 2021, DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.0c09975 .
M. I. Shakhparonov, Introduction to the modern theory of solutions (Intermolecular interactions. Structure. Simple liquids) Textbook for universities. Moscow: Higher school, 1976.
V. F. Myshkin, V. A. Khan, V. P. Tsipilev, V. N. Lensky, V. A. Borisov, and B. Z. Kemelbekov, “About Shaping the Thermal Radiation in Optically Transparent Solid Objects,” Scientific Journal of KubSAU, vol. 60, no. 06, pp. 1–11, 2010, URL: http://ej.kubagro.ru/2010/06/pdf/32.pdf .
V. G. Artemov, A. Ryzhov, H. Ouerdane, and K. Stevenson, “Ionization differences between weak and strong electrolytes: the role of protonic quantum effects as perturbed by dielectric relaxation spectroscopy,” Aug. 2021, DOI: https://doi.org/10.26434/CHEMRXIV-2021-V9L4M .
I. Saito, T. Watanabe, and T. Gotoh, “Modulation of fluid temperature fluctuations by particles in turbulence,” J Fluid Mech, vol. 931, p. A6, Jan. 2022, DOI: https://doi.org/10.1017/jfm.2021.939 .
K. Ourabah and M. Tribeche, “Quantum entanglement and temperature fluctuations,” Phys Rev E, vol. 95, no. 4, p. 042111, Apr. 2017, DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.042111 .
K. P. Gaikovich and A. N. Reznik, “Near-field effect in thermal radio-frequency radiation,” Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters, vol. 72, no. 11, pp. 546–549, Dec. 2000, DOI: https://doi.org/10.1134/1.1348477 .
M. L. Levin and S. M. Rytov, Theory of equilibrium thermal fluctuations in electrodynamics. Moscow: Nauka, 1967.
P. D. Dixit, “Detecting temperature fluctuations at equilibrium,” Physical Chemistry Chemical Physics, vol. 17, no. 19, pp. 13000–13005, 2015, DOI: https://doi.org/10.1039/C5CP01423A .
S. Song et al., “Transport dynamics of complex fluids,” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 116, no. 26, pp. 12733–12742, Jun. 2019, DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1900239116 .
Yu. A. Ilyinsky and L. V. Keldysh, Interaction of electromagnetic radiation with matter. Moscow: Publishing House of Moscow State University, 1989.
L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Statistical physics. Moscow: Nauka, 1964.
A. V. Pavlyuchenko and P. P. Loshitskiy, “Remote Identification of a Liquid in a Closed Dielectric Container in the Millimeter Wavelength Range. 4. Multi-Frequency Scanning,” Visti vyshchykh uchbovykh zakladiv. Radioelektronika, vol. 63, no. 3, pp. 139–153, Mar. 2020, DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347020030012 .
P. P. Loshitskyi and D. Y. Mynziak, “Non-invasive method of determining of blood sugar,” Electronics and Communications, vol. 18, no. 5, pp. 31–42, Dec. 2013, DOI: https://doi.org/10.20535/2312-1807.2013.18.5.142743 .
A. V. Pavlyuchenko, P. P. Loshitsky, and I. V. Ponomarev, “Radiometrychna identyfikatsiya hranulovanykh rechovyn [Radiometric identification of granular substances],” Ukrainian Journal of Physics, vol. 66, no. 6, p. 528, Jul. 2021, DOI: https://doi.org/10.15407/ujpe66.6.528 .
L. G. Zhuravlev and V. I. Filatov, Physical methods of investigation of metals and alloys. Tutorial. Chelyabinsk: SUSU, 2004.
S. M. Markosyan, S. A. Antsiferova, and L. I. Timoshenko, “The Method of Differential-Thermal Analysis in Evaluation of the Efficiency of the Beneficiation of Sulfide Ores,” Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya, no. 3, 2014, URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=13389 .
S.-S. A. Pavlova, I. v. Zhuravleva, and Yu. I. Tolchinsky, Thermal analysis of organic and macromolecular compounds (Methods of analytical chemistry). Moscow: Chemistry, 1983.
P. P. Loshytskyi and D. Yu. Myznyak, “Doslidzhennya neinvazyvnykh metodiv diahnostyky ta terapi [Research of non-invasive methods of diagnosis and therapy],” Medychna informatyka ta inzheneriya, no. 2, pp. 56–60, 2012, URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Mii_2012_2_12 .
P. P. Loshytskyi and D. Yu. Myznyak, “Doslidzhennya kontsentratsiynykh zalezhnostey vodnykh rozchyniv [Study of concentration dependences of aqueous solutions],” Medychna informatyka ta inzheneriya, no. 2, pp. 29–35, 2011, URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Mii_2011_2_7 .
Ye. I. Akhumov, “Gidratatsiya sakharozy v rastvorakh [Hydration of sucrose in solutions,” Russian Journal of Applied Chemistry, no. 2, p. 458, 1975.
L. D. Bobrovnik, I. S. Gulyy, and V. M. Klimovich, “Gidratatsiya i fazovoye prevrashcheniye sakharozy [Hydration and phase transformation of sucrose],” Sakharnaya prom-st, no. 6, p. 10, 1992.

Попередня у випуску Аналіз особливостей використання ресурсів мікроконтролера для розпізнавання мовлення

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

Механічно перелаштовувана антена з іонно-полімерним металевим композитом

Artem Serhiyovych Chernov, Oleksii O. Malyshok, Victor Anatoliiovych Kazmirenko, Irina Petrivna Holubeva, Yuriy Vasylovych Prokopenko, Guy A. E. Vandenbosch

Розглядається актуальна задача створення антен для сучасних бездротових систем, здатних до роботи у різних частотних діапазонах. Зазвичай для перелаштування частоти…

#структура з відхиленням електрода #фільтена #перелаштування частоти #актюатор ІМПК

с. 343504.1-343504.6

10.20535/2523-4455.mea.343504

Модель генератора Маркса для генерації коронного розряду у повітрі

Andrii Viktorovych Melnyk, Oleh Mykolaiovych Bevza, Anatolii Ivanovych Kuzmichiev

У статті розглянуто роботу генератора Маркса з навантаженням у вигляді від'ємного коронного розряду в повітрі за атмосферного тиску та побудовано його електричну модель.…

#коронний розряд #генератор Маркса #висока напруга #іонізація

с. 324599.1-324599.8

10.20535/2523-4455.mea.324599

Взаємодія срібних наночастинок з підкладкою в умовах плазмонного резонансу

Yurii I. Mysiuk, Yurii B. Smachylo, Oleksandr V. Ilin, Tetiana Oleksandrivna Bulavinets, Iryna Y. Yaremchuk

Взаємодія між наночастинками металів і підкладками в умовах плазмонного резонансу відіграє вирішальну роль у різних оптичних застосуваннях. У цій роботі ми досліджуємо…

#наночастинки срібла #переріз екстинкції #підкладка #локалізований поверхневий плазмонний резонанс

с. 303929.1-303929.6

10.20535/2523-4455.mea.303929

Схожі статті

Mikhail Removych Dombrougov, Моделювання явища інверсії градієнта профілю алюмінію при рідиннофазній епитаксії гетероструктур GaAl(P,As,Sb) , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 1 (2019)
Andrii Volodymyrovych Osinsky, Andrii Volodymyrovych Diahiliev, Oleksandr Vasylovych Borysov, Nataliia Mykolaivna Liakhova, Marat Serhiiovych Onachenko, Nina Olehivna Sukhovii, Ihor Vitaliiovych Masol, Volodymyr Ivanovych Osinsky, Рекордна ефективність сонячних батарей на варізонних трінітрідах квантових енесторів-зоністорів , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 5 (2018)
Віталій О. Іващук, канд. техн. наук, доц. Наталія Георгіївна Іванушкіна, Моделювання впливу температури на електричну активність серцевих клітин: ідентифікація ключових іонних струмів за допомогою аналізу чутливості , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 1 (2026)
Oleksandr Ivanovych Drozdenko, Oleksandr Hryhorovych Leiko, Випромінювання максимальної акустичної потужності системами гідроакустичних циліндричних п'єзокерамічних перетворювачів з окружною поляризацією , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Sergey M. Osinov, Viktor Fedorovich Zavorotnyi, Boris Ivanovych Lupyna, Olexandr Vasylovych Borisov, Моделювання багатофункціанального терморезистивного перетворювача, що використовує технологію теплообміну , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 2 (2019)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Аналіз частотних характеристик інвертуючого перетворювача , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 1 (2019)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Аналіз процесу перетворювача, що встановився зі змінним навантаженням , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 2 (2019)
Yaroslav Ivanovych Starovoit, Oleksandr Hryhorovych Leiko, Механічні поля циліндричного п’єзокерамічного випромінювача силової конструкції в присутності акустичного екрана , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 22 № 6 (2017)
Oksana Yuriivna Kutova, Tetyana Yuriivna Obukhova, Mykhailo Hryhorovych Dusheiko, Bogdan Oleksiyovych Loboda, Tetyana Ivanivna Borodinova, Serhii Viktorovych Tkach, Сенсори на польових та фототранзисторах з металевими наночастинками та пористим кремнієм , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 5 (2018)
Yaroslav Ivanovych Starovoit, Serhii Viktorovych Kurdiuk, Oleksandr Hryhorovych Leiko, Фізичні поля циліндричних гідроакустичних антен з екраном і циліндричними п’єзокерамічними випромінювачами з радіальною поляризацією , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 1 (2018)

1-10 з 139 Наступне

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.

[1] G. V. Antsev, G. P. Zhigulin, A. A. Makarenko, and V. A. Sarychev, Optoelectronic homing systems for high-precision weapons. Introduction to theory. Monograph. Radio engineering, 2017, ISBN: 975-5-93108-145-8.

[2] S. M. Rytov, Theory of electrical fluctuations and thermal radiation. Moskow: Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, 1953.

[3] E. A. Vinogradov and I. A. Dorofeev, “Thermally stimulated electromagnetic fields of solids,” Physics-Uspekhi, vol. 52, no. 5, pp. 425–459, May 2009, DOI: https://doi.org/10.3367/UFNe.0179.200905a.0449 .

[4] T. Yokouchi et al., “Electrical magnetochiral effect induced by chiral spin fluctuations,” Nat Commun, vol. 8, no. 1, p. 866, Dec. 2017, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-017-01094-2 .

[5] M. K. Hazra and Y. Levy, “Biophysics of Phase Separation of Disordered Proteins Is Governed by Balance between Short- And Long-Range Interactions,” J Phys Chem B, vol. 125, no. 9, pp. 2202–2211, Mar. 2021, DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.0c09975 .

[6] M. I. Shakhparonov, Introduction to the modern theory of solutions (Intermolecular interactions. Structure. Simple liquids) Textbook for universities. Moscow: Higher school, 1976.

[7] V. F. Myshkin, V. A. Khan, V. P. Tsipilev, V. N. Lensky, V. A. Borisov, and B. Z. Kemelbekov, “About Shaping the Thermal Radiation in Optically Transparent Solid Objects,” Scientific Journal of KubSAU, vol. 60, no. 06, pp. 1–11, 2010, URL: http://ej.kubagro.ru/2010/06/pdf/32.pdf .

[8] V. G. Artemov, A. Ryzhov, H. Ouerdane, and K. Stevenson, “Ionization differences between weak and strong electrolytes: the role of protonic quantum effects as perturbed by dielectric relaxation spectroscopy,” Aug. 2021, DOI: https://doi.org/10.26434/CHEMRXIV-2021-V9L4M .

[9] I. Saito, T. Watanabe, and T. Gotoh, “Modulation of fluid temperature fluctuations by particles in turbulence,” J Fluid Mech, vol. 931, p. A6, Jan. 2022, DOI: https://doi.org/10.1017/jfm.2021.939 .

[10] K. Ourabah and M. Tribeche, “Quantum entanglement and temperature fluctuations,” Phys Rev E, vol. 95, no. 4, p. 042111, Apr. 2017, DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.042111 .

[11] K. P. Gaikovich and A. N. Reznik, “Near-field effect in thermal radio-frequency radiation,” Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters, vol. 72, no. 11, pp. 546–549, Dec. 2000, DOI: https://doi.org/10.1134/1.1348477 .

[12] M. L. Levin and S. M. Rytov, Theory of equilibrium thermal fluctuations in electrodynamics. Moscow: Nauka, 1967.

[13] P. D. Dixit, “Detecting temperature fluctuations at equilibrium,” Physical Chemistry Chemical Physics, vol. 17, no. 19, pp. 13000–13005, 2015, DOI: https://doi.org/10.1039/C5CP01423A .

[14] S. Song et al., “Transport dynamics of complex fluids,” Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 116, no. 26, pp. 12733–12742, Jun. 2019, DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1900239116 .

[15] Yu. A. Ilyinsky and L. V. Keldysh, Interaction of electromagnetic radiation with matter. Moscow: Publishing House of Moscow State University, 1989.

[16] L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Statistical physics. Moscow: Nauka, 1964.

[17] A. V. Pavlyuchenko and P. P. Loshitskiy, “Remote Identification of a Liquid in a Closed Dielectric Container in the Millimeter Wavelength Range. 4. Multi-Frequency Scanning,” Visti vyshchykh uchbovykh zakladiv. Radioelektronika, vol. 63, no. 3, pp. 139–153, Mar. 2020, DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347020030012 .

[18] P. P. Loshitskyi and D. Y. Mynziak, “Non-invasive method of determining of blood sugar,” Electronics and Communications, vol. 18, no. 5, pp. 31–42, Dec. 2013, DOI: https://doi.org/10.20535/2312-1807.2013.18.5.142743 .

[19] A. V. Pavlyuchenko, P. P. Loshitsky, and I. V. Ponomarev, “Radiometrychna identyfikatsiya hranulovanykh rechovyn [Radiometric identification of granular substances],” Ukrainian Journal of Physics, vol. 66, no. 6, p. 528, Jul. 2021, DOI: https://doi.org/10.15407/ujpe66.6.528 .

[20] L. G. Zhuravlev and V. I. Filatov, Physical methods of investigation of metals and alloys. Tutorial. Chelyabinsk: SUSU, 2004.

[21] S. M. Markosyan, S. A. Antsiferova, and L. I. Timoshenko, “The Method of Differential-Thermal Analysis in Evaluation of the Efficiency of the Beneficiation of Sulfide Ores,” Sovremennyye problemy nauki i obrazovaniya, no. 3, 2014, URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=13389 .

[22] S.-S. A. Pavlova, I. v. Zhuravleva, and Yu. I. Tolchinsky, Thermal analysis of organic and macromolecular compounds (Methods of analytical chemistry). Moscow: Chemistry, 1983.

[23] P. P. Loshytskyi and D. Yu. Myznyak, “Doslidzhennya neinvazyvnykh metodiv diahnostyky ta terapi [Research of non-invasive methods of diagnosis and therapy],” Medychna informatyka ta inzheneriya, no. 2, pp. 56–60, 2012, URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Mii_2012_2_12 .

[24] P. P. Loshytskyi and D. Yu. Myznyak, “Doslidzhennya kontsentratsiynykh zalezhnostey vodnykh rozchyniv [Study of concentration dependences of aqueous solutions],” Medychna informatyka ta inzheneriya, no. 2, pp. 29–35, 2011, URL: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Mii_2011_2_7 .

[25] Ye. I. Akhumov, “Gidratatsiya sakharozy v rastvorakh [Hydration of sucrose in solutions,” Russian Journal of Applied Chemistry, no. 2, p. 458, 1975.

[26] L. D. Bobrovnik, I. S. Gulyy, and V. M. Klimovich, “Gidratatsiya i fazovoye prevrashcheniye sakharozy [Hydration and phase transformation of sucrose],” Sakharnaya prom-st, no. 6, p. 10, 1992.