Свидетельство об утверждении типа СИ RU.C.27.046.A № 59822

Диапазон крайне высоких частот (КВЧ) электромагнитных волн (30-300 ГГц) перекрывается с низкочастотной областью терагерцового диапазона (100-1000 ГГц) и соответствует длинам волн от единиц до десятых долей миллиметра. Является наиболее перспективным с точки зрения реализации максимальной точности измерений в системах дистанционного зондирования и максимальной пропускной способности в системах передачи информации в условиях ограничений на применение лазерных систем. Имеет преимущества перед лазерными системами при работе в оптически непрозрачных средах, в том числе при наличии препятствий, в условиях повышенной задымлённости, запылённости, высокой турбулентности газовой среды, в присутствии гидрометеоров, при быстрой деградации оптических элементов в агрессивной среде, при загрязнении или сильной вибрации, при зондировании самосветящихся, оптически прозрачных или не отражающих оптическое излучение объектов. Активно осваивается во всем мире в течение последних 50 лет и в настоящее время начинает применяться на практике. Фазометрические системы дистанционного зондирования хорошо известны и широко применяются для бесконтактных измерений параметров движения (перемещения, скорости, ускорения, вибраций, статических и динамических деформаций) объектов различной природы, их электрофизических и связанных с ними характеристик (диэлектрическая проницаемость, электрическая проводимость, плотность, температура, давление и т.п.).

 

Разработанный ООО «АФС-52» фазометрический комплекс КВЧ диапазона (ФМК) является базовым прототипом высокоточного средства дистанционного измерения и контроля параметров движения и электрофизических характеристик объектов различной природы, включая твердое тело, объем жидкости, облако аэрозоля, низкотемпературную плазму, фронты газодинамических процессов, биологические объекты и т.д., для широкого промышленного и научного применения. Принцип работы ФМК состоит в измерении фазы электромагнитного колебания частотой 100 ГГц (длина волны 3 мм), излучаемого и принимаемого самим прибором и отражающегося от поверхности зондируемого объекта. Изменение расстояния от ФМК до объекта приводит к пропорциональному изменению фазы отражённого сигнала. Зондирование может осуществляться и на просвет, тогда изменение фазы принятого сигнала соответствует изменению «оптической толщины» просвечиваемого объекта.

 

Заложенные в конструкцию и технологию производства ФМК технические решения, запатентованные ООО «АФС-52», позволяют реализовать уникальные характеристики средства измерения: погрешность измерения перемещения – 0,01 мм в диапазоне скоростей от 0 до 104 м/с, ускорений от 0 до 108 м/с2, частот от 0 до 107 Гц, на удалениях от 0 до 10 м. Диапазон рабочих удалений определяется выбором измерительной антенны. Реализованные в ФМК технологические и конструктивные решения позволяют проводить измерения на частотах до 300 ГГц (длина волны 1 мм). Уникальность разработанного прибора состоит в его высоком быстродействии (до 5 107 отсчётов в секунду) и долговременной стабильности (дрейф фазы не более 15° за 50 часов непрерывной работы). Встроенный в ФМК компьютер собственной разработки и специальное ПО позволяют обрабатывать и регистрировать сигнал  на промежуточной частоте как на внутреннюю память прибора, так и на внешние цифровые и аналоговые регистраторы одновременно. С одной стороны, это позволяет исследовать быстропротекающие газодинамические процессы, такие как распространение ударных волн, детонации, режимы работы реактивных, в том числе пульсационно-детонационных, двигателей, режимы нестационарной низкотемпературной плазмы, ударные деформации элементов конструкций и материалов и т.п. С другой стороны, имеется возможность проводить непрерывные измерения характеристик экстремально медленных процессов: жизненные ритмы биологических объектов, статические деформации элементов конструкций и материалов, технологический контроль геометрических размеров и электрофизических характеристик материалов для радиоэлектронной промышленности, обнаружение и регистрация редких сейсмических событий.

 

Возможные области применения

 

Базовая модель ФМК может быть применена непосредственно или модифицирована для широкого класса измерений в области научных исследований и промышленных технологических процессов в условиях ограничений на применение лазерных методов измерения параметров движения, в частности:

 

●  для исследований и технологического контроля параметров активных (энергетических) материалов (ВВ), в т.ч. для внутрибаллистических измерений в ствольных системах;

●  для исследований, оперативной и штатной диагностики режимов работы реактивных установок, в т.ч. пульсационно-детонационных и гиперзвуковых прямоточных двигателей (в последнем случае зондирование низкотемпературной нестационарной плазмы на просвет);

●  для исследований нестационарной плазмы, искровых разрядов, процессов горения твёрдого и жидкого топлива, ударных и детонационных волн в газовых средах;

●  для исследования упругих свойств и прочностных характеристик конструкционных материалов при статических и динамических нагрузках до разрушения (исследование проводится стенде при воздействии эталонных тестовых нагрузок, характеристики материалов определяются сравнением результатов измерения деформаций с результатами расчетов по математической модели упругих свойств и прочностных характеристик тестируемого объекта);

●  для оперативной и штатной диагностики ответственных элементов конструкций сооружений и механизмов, в т.ч. энергетических установок и высокоскоростных транспортных средств и т.п. (оперативная и штатная диагностика проводится посредством измерения вибраций, статических и динамических деформаций, теплового расширения и т.п. под внешним вибрационным, тепловым, статическим или динамическим воздействием естественного или искусственного происхождения с известными или контролируемыми характеристиками и сравнения результатов этих измерений с предысторией диагностики тестируемого объекта или результатами модельных расчетов);

●  для непрерывной регистрации экстремально медленных взаимных перемещений стационарных объектов;

●  для регистрации вибрационных, акустических, ультра- и инфразвуковых колебаний, в т.ч. сейсмических;

●  технологический контроль геометрических размеров и электрофизических характеристик материалов для радиоэлектронной промышленности.

 

На базе созданного прототипа могут реализовываться многоканальные и многочастотные схемы измерения. Многоканальные схемы позволяют регистрировать динамику формы деформирующейся поверхности, например, фронта детонации конденсированного ВВ или разрушаемую взрывом металлическую пластину. Многочастотные схемы наиболее информативны при исследованиях внутренней структуры нестационарной низкотемпературной плазмы.

 

Таким образом, ФМК является основой для разработки методик измерения и ряда специализированных модификаций средства измерения для приложений в научных исследованиях по приоритетным направлениям:

●  безопасность и противодействие терроризму,

●  перспективные виды вооружения, военной и специальной техники,

●  транспортные и космические системы;

 

для промышленных приложений в критических технологиях:

●  создания перспективных видов вооружения, военной и специальной техники,

●  силовой энергетики,

●  предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера,

●  создания высокоскоростных транспортных средств.