A STUDY OF MATERIAL RECOGNITION ACCURACY BY RADIO WAVE METHODS
Subject and Purpose. Accuracy of the material recognition using radio wave methods in the ultra-high frequency band for substanc- es with dielectric properties is the present paper concern. To estimate a total error arising in material measurements by the radio wave method and determine constituents...
Збережено в:
| Видавець: | Видавничий дім «Академперіодика» |
|---|---|
| Дата: | 2023 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1421 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
Репозиторії
Radio physics and radio astronomy| id |
oai:ri.kharkov.ua:article-1421 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Radio physics and radio astronomy |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
material recognition accuracy statistical analysis of errors radio wave method electromagnetic wave wave reflection from and attenuation in a material точність визначення якості речовин статистичний аналіз помилок радіохвильовий метод електромагнітна хвиля відбиття і згасання хвилі в речовині |
| spellingShingle |
material recognition accuracy statistical analysis of errors radio wave method electromagnetic wave wave reflection from and attenuation in a material точність визначення якості речовин статистичний аналіз помилок радіохвильовий метод електромагнітна хвиля відбиття і згасання хвилі в речовині Ovsyannikov, V. V. Gorobets, M. M. Gerasimov, V. V. A STUDY OF MATERIAL RECOGNITION ACCURACY BY RADIO WAVE METHODS |
| topic_facet |
material recognition accuracy statistical analysis of errors radio wave method electromagnetic wave wave reflection from and attenuation in a material точність визначення якості речовин статистичний аналіз помилок радіохвильовий метод електромагнітна хвиля відбиття і згасання хвилі в речовині |
| format |
Article |
| author |
Ovsyannikov, V. V. Gorobets, M. M. Gerasimov, V. V. |
| author_facet |
Ovsyannikov, V. V. Gorobets, M. M. Gerasimov, V. V. |
| author_sort |
Ovsyannikov, V. V. |
| title |
A STUDY OF MATERIAL RECOGNITION ACCURACY BY RADIO WAVE METHODS |
| title_short |
A STUDY OF MATERIAL RECOGNITION ACCURACY BY RADIO WAVE METHODS |
| title_full |
A STUDY OF MATERIAL RECOGNITION ACCURACY BY RADIO WAVE METHODS |
| title_fullStr |
A STUDY OF MATERIAL RECOGNITION ACCURACY BY RADIO WAVE METHODS |
| title_full_unstemmed |
A STUDY OF MATERIAL RECOGNITION ACCURACY BY RADIO WAVE METHODS |
| title_sort |
study of material recognition accuracy by radio wave methods |
| title_alt |
ДОСЛІДЖЕННЯ ТОЧНОСТІ ВИЗНАЧЕННЯ ЯКОСТІ РЕЧОВИН РАДІОХВИЛЬОВИМИ МЕТОДАМИ |
| description |
Subject and Purpose. Accuracy of the material recognition using radio wave methods in the ultra-high frequency band for substanc- es with dielectric properties is the present paper concern. To estimate a total error arising in material measurements by the radio wave method and determine constituents of the error is the aim of the work.Methods and Methodology. The material recognition accuracy is estimated by the method of statistical analysis in terms of average statistical deviation and dispersion.Results. Advantages and disadvantages of the waveguide method in which a test material sample is placed inside a metal waveguide have been traced, suggesting an obvious drawback that the material recognition process of the sort is difficult to be automated. In the remote inspection procedure, the test material is in free space (e.g. on a conveyor) where it is illuminated with a microwave transmitting antenna. The receiving antenna is located on the other side of the test sample and transfers the received signal to the apparatus for determining material parameters. There, the attenuation coefficient is measured as the electromagnetic wave passes through the sample. The measurement results show a correlation dependence of the wave attenuation coefficient on the quality of the substance, enabling us to use frequency dependences of the material to reveal its unknown quality. The remote method makes it possible to automate the recognition of materials with dielectric properties. For these methods mentioned right above, random error values arising during the material recognition were estimated by the method of statistical analysis.Conclusions. The analysis of errors in the material recognition shows that the total error ranges from 7.28 to 12.74% with corresponding constituent errors including faults of today’s microwave measuring devices, inappropriate application of the method or unsuitable type of the structural model of the parameter determination, and errors in data calculations.Keywords: material recognition accuracy, statistical analysis of errors, radio wave method, electromagnetic wave, wave reflection from and attenuation in a materialManuscript submitted 21.09.2022Radio phys. radio astron. 2023, 28(3): 234-242REFERENCES 1. Brandt, A.A., 1964. Research of dielectrics at microwave frequency. Moscow, USSR: Fizmatizd Publ. (in Russian). 2. Harvey, A.F., 1965. Microwave technology. Transl. from English by V.I. Sushkevich. Vol. 1. Moscow, USSR: Sov. Radio Publ. (in Russian). 3. Krichevsky, E.S., Volchenko, A.G., Galushkin, S.S., 1987. Moisture control of solid and bulk materials. Moscow, USSR: Energoatomizdat. Publ. (in Russian). 4. Viktorov, V.A., Lunkin, B.V., Sovlukov, A.S., 1989. Radio wave measurements of technological process parameters. Moscow, USSR: Energoatomizdat. Publ. (in Russian). 5. Vichkan᾽, A.V., Melyanovsky P.A., 2002. Measurement of Complex Dielectric Permittivity of Water Solutions in High-Frequency Band. In: V.M. Yakovenko, ed. 2002. Radiofizika i elektronika. Kharkov: IRE NAS of Ukraine Publ. 7(1), pp. 154—157 (in Russian). 6. Ovsyanikov, V.V., 1998. Measurements of the complex permittivity by the waveguide and resonant cavity methods. In: Proc. Int. Conf. on Actual Problems of Measuring Technique. Kyiv, Ukraine, 7—10 Sept. 1998. 7. Ovsyanikov, V.V., Bukharov, S.V., Ovsyanikov, Vol.V., 2004. Method of express control of quality characteristics of substances in microwave range. Ukraine. Pat. 71301 (in Ukrainian). 8. Kuznetsov, G.V., Vypanasenko, S.I., Ovsianikov, V.V., Vovk, S.M., Gusiev O.Yu., Ovsiannikov, Vol.V., Fesak, H.I., Martynenko, S.V., 2010. Method for automated control of qualitative characteristics of substances in micro-wave range and device for its realization. Ukraine. Pat. 90540 (in Ukrainian). 9. Ovsyanikov, Vol.B., 2010. Express-control of the brightness of the wool by the radiometric method. Bull. NTUU "KPI". Ser. "Radio Engineering. Radio Instrument Making", 43, pp. 24—32 (in Ukrainian). 10. Bukharov, S.V., Ovsyanikov, Vl.V., 2011. Diagnostics of quality parameters of coal and liquid oil products by electromagnetic methods. Bull. NTUU "KPI". Ser. "Radio Engineering. Radio Instrument Making", 45, pp. 120—129 (in Russian). 11. Ovsyanikov, V.V., 2002. Statistical analysis of internal parameters of radiating systems. In: Proc. of 9th Int. Conf. on Math. Methods in Electromagn. Theory. Kyiv, Ukraine, 10—13 Sept. 2002. 12. Ovsyannikov, V.V., Gorobets, M.M., Beznosova, O.R., 2020. Quality control of substances by electromagnetic sensing in a waveguide. Visnyk of V.N. Karazin Kharkiv National University. Ser. "Radiophysics and Electronics", 32, pp. 61—70 (in Ukrainian). 13. Ovsyannikov, V.V., Beznosova, O.R., 2022. Determination of the ability to determine the quality of speech by a remote radio- frequency method on the butt of a wake-up cell. Radio phys. radio astron., 22(2), pp. 65—72 (in Russian). 14. Gorobets, N.N., Ovsyannikova, E.E., 2015. Wave processes in the searchlight beam of aperture antennas. Appl. Radioelectron.,14(1), pp. 51—58 (in Russian). 15. Shifrin, Ya.S., 1970. Questions of the Statistical Theory of Antennas. Moscow, USSR: Sov. Radio Publ. (in Russian). 16. Sypchuk, P.P., Talalay, A.M., 1979. Methods of statistical analysis in quality control of manufacturing elements of REA. Moscow, USSR: Sov. Radio Publ. (in Russian). 17. Shifrin, Ya.S., 1997. The Statistical Theory of Antennas. In: Handbook on Antenna. Moscow: Radiotekhnika Publ., 1, pp. 148—205 (in Russian). |
| publisher |
Видавничий дім «Академперіодика» |
| publishDate |
2023 |
| url |
http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1421 |
| work_keys_str_mv |
AT ovsyannikovvv astudyofmaterialrecognitionaccuracybyradiowavemethods AT gorobetsmm astudyofmaterialrecognitionaccuracybyradiowavemethods AT gerasimovvv astudyofmaterialrecognitionaccuracybyradiowavemethods AT ovsyannikovvv doslídžennâtočnostíviznačennââkostírečovinradíohvilʹovimimetodami AT gorobetsmm doslídžennâtočnostíviznačennââkostírečovinradíohvilʹovimimetodami AT gerasimovvv doslídžennâtočnostíviznačennââkostírečovinradíohvilʹovimimetodami AT ovsyannikovvv studyofmaterialrecognitionaccuracybyradiowavemethods AT gorobetsmm studyofmaterialrecognitionaccuracybyradiowavemethods AT gerasimovvv studyofmaterialrecognitionaccuracybyradiowavemethods |
| first_indexed |
2024-05-26T06:28:57Z |
| last_indexed |
2024-05-26T06:28:57Z |
| _version_ |
1802895112211005440 |
| spelling |
oai:ri.kharkov.ua:article-14212023-09-22T06:52:38Z A STUDY OF MATERIAL RECOGNITION ACCURACY BY RADIO WAVE METHODS ДОСЛІДЖЕННЯ ТОЧНОСТІ ВИЗНАЧЕННЯ ЯКОСТІ РЕЧОВИН РАДІОХВИЛЬОВИМИ МЕТОДАМИ Ovsyannikov, V. V. Gorobets, M. M. Gerasimov, V. V. material recognition accuracy; statistical analysis of errors; radio wave method; electromagnetic wave; wave reflection from and attenuation in a material точність визначення якості речовин; статистичний аналіз помилок; радіохвильовий метод; електромагнітна хвиля; відбиття і згасання хвилі в речовині Subject and Purpose. Accuracy of the material recognition using radio wave methods in the ultra-high frequency band for substanc- es with dielectric properties is the present paper concern. To estimate a total error arising in material measurements by the radio wave method and determine constituents of the error is the aim of the work.Methods and Methodology. The material recognition accuracy is estimated by the method of statistical analysis in terms of average statistical deviation and dispersion.Results. Advantages and disadvantages of the waveguide method in which a test material sample is placed inside a metal waveguide have been traced, suggesting an obvious drawback that the material recognition process of the sort is difficult to be automated. In the remote inspection procedure, the test material is in free space (e.g. on a conveyor) where it is illuminated with a microwave transmitting antenna. The receiving antenna is located on the other side of the test sample and transfers the received signal to the apparatus for determining material parameters. There, the attenuation coefficient is measured as the electromagnetic wave passes through the sample. The measurement results show a correlation dependence of the wave attenuation coefficient on the quality of the substance, enabling us to use frequency dependences of the material to reveal its unknown quality. The remote method makes it possible to automate the recognition of materials with dielectric properties. For these methods mentioned right above, random error values arising during the material recognition were estimated by the method of statistical analysis.Conclusions. The analysis of errors in the material recognition shows that the total error ranges from 7.28 to 12.74% with corresponding constituent errors including faults of today’s microwave measuring devices, inappropriate application of the method or unsuitable type of the structural model of the parameter determination, and errors in data calculations.Keywords: material recognition accuracy, statistical analysis of errors, radio wave method, electromagnetic wave, wave reflection from and attenuation in a materialManuscript submitted 21.09.2022Radio phys. radio astron. 2023, 28(3): 234-242REFERENCES 1. Brandt, A.A., 1964. Research of dielectrics at microwave frequency. Moscow, USSR: Fizmatizd Publ. (in Russian). 2. Harvey, A.F., 1965. Microwave technology. Transl. from English by V.I. Sushkevich. Vol. 1. Moscow, USSR: Sov. Radio Publ. (in Russian). 3. Krichevsky, E.S., Volchenko, A.G., Galushkin, S.S., 1987. Moisture control of solid and bulk materials. Moscow, USSR: Energoatomizdat. Publ. (in Russian). 4. Viktorov, V.A., Lunkin, B.V., Sovlukov, A.S., 1989. Radio wave measurements of technological process parameters. Moscow, USSR: Energoatomizdat. Publ. (in Russian). 5. Vichkan᾽, A.V., Melyanovsky P.A., 2002. Measurement of Complex Dielectric Permittivity of Water Solutions in High-Frequency Band. In: V.M. Yakovenko, ed. 2002. Radiofizika i elektronika. Kharkov: IRE NAS of Ukraine Publ. 7(1), pp. 154—157 (in Russian). 6. Ovsyanikov, V.V., 1998. Measurements of the complex permittivity by the waveguide and resonant cavity methods. In: Proc. Int. Conf. on Actual Problems of Measuring Technique. Kyiv, Ukraine, 7—10 Sept. 1998. 7. Ovsyanikov, V.V., Bukharov, S.V., Ovsyanikov, Vol.V., 2004. Method of express control of quality characteristics of substances in microwave range. Ukraine. Pat. 71301 (in Ukrainian). 8. Kuznetsov, G.V., Vypanasenko, S.I., Ovsianikov, V.V., Vovk, S.M., Gusiev O.Yu., Ovsiannikov, Vol.V., Fesak, H.I., Martynenko, S.V., 2010. Method for automated control of qualitative characteristics of substances in micro-wave range and device for its realization. Ukraine. Pat. 90540 (in Ukrainian). 9. Ovsyanikov, Vol.B., 2010. Express-control of the brightness of the wool by the radiometric method. Bull. NTUU "KPI". Ser. "Radio Engineering. Radio Instrument Making", 43, pp. 24—32 (in Ukrainian). 10. Bukharov, S.V., Ovsyanikov, Vl.V., 2011. Diagnostics of quality parameters of coal and liquid oil products by electromagnetic methods. Bull. NTUU "KPI". Ser. "Radio Engineering. Radio Instrument Making", 45, pp. 120—129 (in Russian). 11. Ovsyanikov, V.V., 2002. Statistical analysis of internal parameters of radiating systems. In: Proc. of 9th Int. Conf. on Math. Methods in Electromagn. Theory. Kyiv, Ukraine, 10—13 Sept. 2002. 12. Ovsyannikov, V.V., Gorobets, M.M., Beznosova, O.R., 2020. Quality control of substances by electromagnetic sensing in a waveguide. Visnyk of V.N. Karazin Kharkiv National University. Ser. "Radiophysics and Electronics", 32, pp. 61—70 (in Ukrainian). 13. Ovsyannikov, V.V., Beznosova, O.R., 2022. Determination of the ability to determine the quality of speech by a remote radio- frequency method on the butt of a wake-up cell. Radio phys. radio astron., 22(2), pp. 65—72 (in Russian). 14. Gorobets, N.N., Ovsyannikova, E.E., 2015. Wave processes in the searchlight beam of aperture antennas. Appl. Radioelectron.,14(1), pp. 51—58 (in Russian). 15. Shifrin, Ya.S., 1970. Questions of the Statistical Theory of Antennas. Moscow, USSR: Sov. Radio Publ. (in Russian). 16. Sypchuk, P.P., Talalay, A.M., 1979. Methods of statistical analysis in quality control of manufacturing elements of REA. Moscow, USSR: Sov. Radio Publ. (in Russian). 17. Shifrin, Ya.S., 1997. The Statistical Theory of Antennas. In: Handbook on Antenna. Moscow: Radiotekhnika Publ., 1, pp. 148—205 (in Russian). Предмет і мета роботи. У роботі за допомогою радіохвильових методів досліджується точність визначення якості речовин, які мають діелектричні властивості, в діапазоні надвисоких частот. Мета роботи — визначення загальної похибки вимірювань якості речовини радіохвильовим методом з урахуванням її складових частин.Методи і методологія. Для оцінки точності визначення якості речовин застосовано метод статистичного аналізу з використанням понять середньостатистичного відхилення і дисперсії.Результати. Досліджено переваги і недоліки хвилевідного методу при розміщенні зразка речовини всередині металевого хвилеводу. Недоліком цього методу є складність автоматизації процесу визначення якості речовини. При дистанційному методі визначення якості досліджувана речовина розташована у вільному просторі (наприклад, на конвеєрі) і опромінюється передавальною НВЧ-антеною. Приймальна антена знаходиться по інший бік від досліджуваного зразка і надсилає прийнятий сигнал до апаратури визначення якості речовини. Там вимірюється коефіцієнт згасання електромагнітної хвилі, яка пройшла крізь досліджувану речовину. Результати вимірювань виявили кореляційну залежність коефіцієнта згасання хвилі від якості речовини, що дозволяє використовувати її частотні залежності для визначення невідомої якості речовини. При дистанційному методі автоматизація визначення якості речовин, які мають діелектричні властивості, можлива. Для вказаних вище методів розраховані значення випадкових помилок визначення якості речовин методом статистичного аналізу.Висновки. У результаті аналізу помилок визначення якості речовин одержані значення сумарних помилок у межах 7.28...12.74 % при відповідних значеннях складових помилок сучасних вимірювальних НВЧ-приладів, помилок застосування методу і типу структурної моделі визначення параметрів якості, а також помилок при обчисленні даних.Ключові слова: точність визначення якості речовин, статистичний аналіз помилок, радіохвильовий метод, електромагнітна хвиля, відбиття і згасання хвилі в речовиніСтаття надійшла до редакції 21.09.2022Radio phys. radio astron. 2023, 28(3): 234-242БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК 1. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на СВЧ. Москва: Физматизд, 1964. 404 с. 2. Харвей А.Ф. Техника сверхвысоких частот. Пер. с англ. под ред. В.И. Сушкевича. Т.1. Москва: Сов. радио, 1965. 783 с. 3. Кричевский Э.С., Волченко А.Г., Галушкин С.С. Контроль влажности твёрдых и сыпучих материалов. Москва: Энергоатомиздат, 1987. 136 с. 4. Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов. Москва: Энергоатомиздат, 1989. 208 с. 5. Вичкань А.В., Мельяновский П.А. Измерение комплексной диэлектрической проницаемости водных растворов в высо- кочастотном диапазоне. Радиофизика и электрон.: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков, 2002. Т. 7, № 1. С. 154—157. 6. Ovsyanikov V.V. Measurements of the complex permittivity by the waveguide and resonant cavity methods. Proc. Int. Conf. on Actual Problems of Measuring Technique. (Kyiv, Ukraine, 7—10 Sept. 1998). Kyiv, Ukraine, 1998. P. 224—225.7. Спосіб експрес-контролю якісних характеристик речовин у НВЧ діапазоні: пат. 71301А, Україна: МПК 7G01N 22/00 / В.В. Овсяніков, С.В. Бухаров, Вол.В. Овсяніков. Опубл. 15.11.2004. Бюл. № 11. 8. Спосіб автоматизованого контролю якісних характеристик речовин у мікрохвильовому діапазоні та пристрій для його реалізації: пат. 90540, Україна: МПК G01N 22/00 / Г.В. Кузнецов, С.І. Випанасенко, В.В. Овсяніков, С.М. Вовк, О.Ю. Гусєв, Вол.В. Овсяников, Г.І. Фесак, С.В. Мартиненко. № a200805021; заявл. 18.04.2008, oпубл. 11.05. Бюл. №9. 6 с. 9. Овсяников Вол.В. Експрес-контроль якості вугілля радіометричним методом. Вісник НТУУ «КПІ». Сер. «Радіотехніка. Радіоапаратобудування». 2010. Вип. 43. С. 24—32. 10. Бухаров С.В., Овсяников Вл.В. Диагностика параметров качества угля и жидких нефтепродуктов электромагнитными методами. Вісник НТУУ «КПІ». Сер. «Радіотехніка. Радіоапаратобудування». 2011. Вип. 45. С. 120—129. 11. Ovsyanikov V.V. Statistical analysis of internal parameters of radiating systems. Proc. 9th Int. Conf. Math. Methods in Electromagn. Theory. (Kyiv, Ukraine, 10—13 Sept. 2002). 12. Овсяніков В.В., Горобець М.М., Безносова О.Р. Контроль якості речовин електромагнітним зондуванням у хвилеводі.Вісник Харківськ. нац. ун-ту імені В.Н. Каразіна. Сер. «Радіофізика і електроніка». 2020. Вип. 32. С. 61—70. 13. Овсяніков В.В., Безносова О.Р. Дослідження можливості визначення якості речовин дистанційним радіохвильовим ме- тодом на прикладі будівельної цегли. Радіофізика і радіоастрономія. 2022. Т. 22, № 2. С. 65—72. 14. Горобец Н.Н., Овсянникова Е.Е. Волновые процессы в прожекторном луче апертурных антенн. Прикладная радиоэлек- троника. 2015. Т. 14, № 1. С. 51—58. 15. Шифрин Я.С. Вопросы статистической теории антенн. Москва: Сов. радио, 1970. 384 с. 16. Сыпчук П.П., Талалай А.М. Методы статистического анализа при управлении качеством изготовления элементов РЭА. Москва: Сов. радио, 1979. 168 с. 17. Шифрин Я.С. Статистическая теория антенн. Справочник по антенной технике: в 5 т. Т. 1. Москва: Радиотехника, 1997. Гл. 9. С. 148—205. Видавничий дім «Академперіодика» 2023-09-12 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1421 10.15407/rpra28.03.234 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 28, No 3 (2023); 234 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 28, No 3 (2023); 234 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 28, No 3 (2023); 234 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra28.03 uk http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1421/pdf Copyright (c) 2023 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY |