Turgut Ozturk

Departamentul de Inginerie Electro-Electronică, Universitatea Tehnică Bursa, Bursa, Turcia

Abstract

Înainte de a separa sau clasifica lichide periculoase/nesigure, trebuie identificat un sistem care poate măsura cel mai bine anumite lichide. Sistemul de măsurare preferat poate fi util, răspuns rapid, măsurare rapidă și așa mai departe. Cu toate acestea, aceste caracteristici nu sunt suficiente pentru a clasifica lichidele în diferite recipiente. Mai ales în punctele de securitate, recipientele cu lichide transportate de oameni pot fi diferite. Prin urmare, s-a investigat dacă clasificarea poate fi făcută utilizând răspunsul diferitelor containere la radiația electromagnetică. Atunci când metoda de măsurare a rezonatorului inelar este utilizată în domeniul de frecvență 1-1,4 GHz, se efectuează un proces de separare reușit, chiar dacă containerele au fost realizate din materiale diferite. Cu toate acestea, pentru a analiza rezultatele măsurătorilor lichidelor selectate, a fost utilizat un algoritm de mijloace k bine cunoscut.

Introducere

Pot fi încercate diverse metode pentru a reduce efectele materialelor periculoase și pentru a îmbunătăți modalitățile de protecție. În fabrica aglomerată, aeroport și centre comerciale, măsurile de siguranță și siguranță ar trebui să fie mult mai mari. Acolo unde există o mulțime de oameni, materialele explozive și ilegale sunt mai susceptibile de a fi transportate de oameni. Din acest motiv, ar trebui prezentată o nouă metodă de identificare a materialelor periculoase în cazul în care căutarea manuală și vizuală nu poate fi suficientă. Sistemele de spectroscopie cu microunde, care pot fi o metodă alternativă, au fost realizate în multe domenii de aplicare, cum ar fi securitatea sau armata. Metoda de măsurare a spațiului liber (FSM) oferă în special posibilitatea măsurărilor nedistructive și fără contact, caracterizarea materialelor solid-lichid-pulbere, măsurarea materialelor solide, cu excepția celor foarte mici, și fără pregătirea probei 1, 2 .

Clasificarea diferitelor lichide a fost realizată cu succes, în acest studiu. Rezultatele au arătat că lichidele ilicite sau explozive pot fi distinse folosind modelul propus. Prin urmare, reacția bruscă a probelor sub radiații electromagnetice este utilizată pentru a ușura procesul de clasificare prin algoritmi statistici. Când schimbarea bruscă a acestui răspuns de radiație al probelor se combină cu performanța la nivel înalt a algoritmilor de clasificare, ieșirea așteptată apare mai clar. Pentru a reduce probabilitatea de eroare, măsurătorile au fost repetate pentru fiecare lichid și s-au obținut cele mai precise rezultate. Astfel, se urmărește reducerea costurilor procesului de identificare, scurtarea măsurătorii și a duratei și îmbunătățirea definiției materialelor.

Metoda de măsurare a inelului-rezonator

Rezonatorul inelar este utilizat pentru caracterizarea materialelor care determină proprietățile dielectrice la frecvența microundelor. În plus, este utilizat în general în dispozitive cu microunde, cum ar fi cuplaje, filtre, mixere, oscilatoare și antene. Procesul acestei metode poate fi explicat ca o relație între frecvență și rezonanță 26. O structură a metodei rezonatorului de inel constă dintr-un inel pe substrat și pe linia de transmisie pentru a măsura magnitudinea valorilor S21 (dB) și a fazelor. Impedanța caracteristică a fost selectată ca 50 Ω 27. Vederea schematică a acestei metode este prezentată în Fig. 1 care a fost desenat de noi. Există o buclă închisă, două goluri de cuplare și două linii de alimentare ca intrare și ieșire care sunt contactate la un analizor de rețea vectorială (VNA). Sistemul de măsurare își ia numele din forma antenei.

asupra

Vederea schematică a RRM.

Aplicarea metodei rezonatorului inelar este ușor de utilizat și simplă în realizare. Prima dată, a fost utilizat un tip de linie microstripă a acestei metode și apoi s-au aplicat diferite tipuri, cum ar fi liniile cuplate, liniile coplanare și linia 28 microstrip inversată sau suspendată. Lichidele au fost plasate în vase diferite. Pentru a măsura parametrul S21 la frecvențele microundelor, se utilizează un VNA în această spectroscopie. Ar trebui luat în considerare; rezultatele RRM trebuie verificate cu o referință bine cunoscută care poate fi o probă de apă. Astfel, standardele de calibrare sunt implementate cu ușurință pentru a obține o bună precizie pentru diverse lichide. Pierderile de dipol de apă sunt suficient de mari la frecvența de bandă largă 29 .

Antena inelului rezonează atunci când lungimea de undă a energiei RF care se propagă în linia de alimentare este echivalentă cu împrejurimile inelului. Coeficienții de transmisie și reflexie a materialului supus testării în acest sistem de măsurare de către un VNA. Schimbarea rezonanței în funcție de semnalul de referință măsurat asigură extragerea permitivității unei probe. RRM poate măsura atât lichide, cât și solide. S-a făcut un container care poate fi înconjurat inelul și acesta a fost pus peste set-up.

Algoritm de analiză

Diferite tehnici de clusterizare au fost utilizate pentru multe aplicații. Aceste tehnici pot fi sortate ca mijloace k și analiza componentelor principale, pătrate minime parțiale, hărți auto-organizate și algoritmi de optimizare a roiurilor de particule. Ele pot fi preferate pentru a grupa probele cu diferite forme. În acest studiu a fost selectată o metodă de clasificare bine cunoscută și ușor de utilizat pentru a distinge lichidele. Problema poate fi definită ca determinarea punctelor k (întregi) din Rd (spațiul d-dimensional), numite centre, în n puncte de date pentru tehnica K-mijloace. Prin urmare, distanța medie pătrată de la fiecare punct de date până la cel mai apropiat centru. Acest proces se numește distorsiune de eroare pătrată. Numărul de clustere ar trebui să fie pre-specificat în setul de date. Numărul de cluster adecvat este determinat de un proces de încercare și eroare și aceasta este o parte oarbă, deoarece face procesul de clusterizare mai dificil. Prin urmare, s-ar putea adopta un set în loc de un singur implicit K. Deoarece reflectarea caracteristicii specifice unui set de date de dimensiuni rezonabile este foarte importantă pentru a obține un bun clustering 19 .

Etapele urmate pentru a rezuma principiul modelului propus sunt prezentate în Fig. 2. În primul rând, sunt selectate lichide periculoase și este inclusă o probă de apă bine cunoscută pentru a contribui la separare. Se observă interacțiunile lichidelor cu radiația electromagnetică. Sistemul experimental (RRM), al cărui rezultat de măsurare rapidă ar putea fi obținut cu acesta, este stabilit pentru a măsura lichidele. Rezultatele măsurătorilor colectate (faza și magnitudinea S21) sunt analizate prin algoritmul k-mijloace pentru a obține cea mai bună performanță de clasificare.