Науково-технічні основи імпульсних рефлектометричних систем дослідження діелектричної спектроскопії біологічних об’єктів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА ІМЕНІ ПЕТРА ВАСИЛЕНКА

УДК 621.317

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

НАУКОВО-ТЕХНІЧНІ ОСНОВИ ІМПУЛЬСНИХ РЕФЛЕКТОМЕТРИЧНИХ СИСТЕМ ДОСЛІДЖЕННЯ ДІЕЛЕКТРИЧНОЇ СПЕКТРОСКОПІЇ БІОЛОГІЧНИХ ОБ'ЄКТІВ

05.11.17 - біологічні та медичні прилади і системи

Федюшко Юрій Михайлович

Харків - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Таврійському державному агротехнологічному університеті Міністерства аграрної політики України

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор Черенков Олександр Данилович, Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка, професор кафедри «Технотроніки і теоретичної електротехніки».

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Піротті Євген Леонідович, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», професор кафедри «Комп'ютерна математика та математичне моделювання»;

доктор технічних наук, професор Смердов Андрій Андрійович, Полтавська державна аграрна академія, завідувач кафедри фізики, автоматизації і механізації;

доктор фізико-математичних наук, професор Ківва Фелікс Васильович, Харківський інститут радіофізики та електроніки НАН України імені О.Я. Усикова, завідувач відділу.

Захист відбудеться 02.04.2010 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.832.01 у Харківському національному технічному університеті сільського господарства імені Петра Василенка за адресою: 61002, Україна, м. Харків, вул. Артема, 44.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка за адресою: 61002, Україна, м. Харків, вул. Артема, 44.

Автореферат розісланий 22.02.2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради І.О. Фурман

діелектричний спектроскопія рефлектометрія метрологічний

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

При створенні перспективних електромагнітних (ЕМ) технологій у медицині в терапевтичних цілях, біології і біофізиці для дослідження фізико-хімічних процесів, у сільському господарстві для дії на мікроорганізми, комах, рослин та тварин, харчової і переробної промисловості, а також для контролю якості і збереження продукції в даний час необхідними є технічні засоби діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів із різними рівнями організації: мікро-, макро- і нано рівнями.

Створення методів і технічних засобів діелектричної спектроскопії для дослідження фізико-хімічних процесів у біологічних об'єктах в широкому частотному діапазоні від метрових довжин хвиль до нм є досить складною проблемою, яка може бути вирішена на основі методу імпульсної рефлектометрії.

Актуальність теми

Методи діелькометрії знаходять своє широке застосування в медицині, біофізиці і сільському господарстві. Аналіз діелектричної проникності (ДП) біологічних рідин (кров, сеча і т.п.) є важливим показником різних патологічних змін в організмі людей і тварин. Підвищення ефективності застосування ЕМ терапії для різних захворювань людей і тварин неможливе без знань про ДП хворих органів і тканин. Досвід клінічних спостережень показує, що однією з найважливіших причин досягнення максимального результату від ЕМ терапії є залежність терапевтичного ефекту й правильно обраної довжини хвилі ЕМ випромінювання, яка залежить від ДП тканин і органів. Діелектрична спектроскопія біологічних речовин залежно від температури, вологості, тиску газового середовища, параметрів ЕМ і акустичних полів, і т.п. дає інформацію про структуру речовини, типи поляризації, види втрат, розміри молекул й атомів, про резонансні частоти власних коливань. З вивченням ДП пов'язані фізико-хімічні дослідження частоти непровідних рідин, аналіз бінарних і багатокомпонентних сумішей.

У біофізиці основними напрямами в дослідженнях біологічних об'єктів є: визначення ролі води у формуванні структур молекулярних і надмолекулярних комплексів; формування значення води в функціонуванні молекулярних механізмів клітини та її участь в енергетиці клітинних систем; дослідження водного обміну клітини. Відомо, що біологічна активність макромолекул, а також білково-ліпідних і нуклеїново-білкових комплексів визначається їх хімічною і просторовою структурою, її динамічними можливостями, при цьому у ряді випадків дуже невеликі конформаційні переходи відіграють фундаментальну роль у механізмах біологічної дії макромолекул.

Враховуючи провідну функцію води у біологічних системах, можна очікувати, що регуляція клітини повинна супроводжуватися конформаційними змінами як транспортних систем, так і молекулярних комплексів та спричиняти значні зміни ДП.

Питання оптимального застосування ЕМ енергії в сільськогосподарському виробництві пов'язані, перш за все, із вивченням діелектричних властивостей біологічних об'єктів. З вимірюванням ДП біологічних об'єктів пов'язано створення нових інформаційних електротехнологій для підвищення врожайності зернових культур, лікування тварин, знищення шкідливих мікроорганізмів і комах.

Застосування інформаційних ЕМ технологій у сільськогосподарському виробництві пов'язане з мінімальними затратами енергії при максимальному впливі ЕМП на інформаційні процеси життєдіяльності біологічних об'єктів.

Проведений аналіз показує, що створення перспективних технологій у медицині, біології і сільському господарстві неможливе без вивчення фізико-хімічних процесів у біологічних об'єктах на мікро- і нано рівнях на основі методу діелектричної спектроскопії.

В даний час для вимірювання ДП речовин і матеріалів у широкому частотному діапазоні (від 0 до 10¹³ Гц) існують численні методи та пристрої: метод балістичного гальванометра; мостові вимірювальні методи; методи з резонансними коливальними контурами; метод стоячих хвиль, що використовує коаксіальні і порожнинні резонатори; хвилеводні і оптичні методи.

Аналіз існуючих методів і засобів вимірювання ДП речовин показує, що вони не можуть бути застосовані для діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів тому що мають: обмежену точність вимірювання (2...5%); вузький частотний діапазон; складнощі комплексу вимірювальних приладів; необхідності спеціально підготовленого технічного персоналу; високу вартість потрібного електрообладнання (десятки тис. дол. США); принциповій неможливості вимірювання ДП біологічних об'єктів частотними методами (через їх нелінійні властивості). Усунути вказані недоліки дозволяє метод імпульсної рефлектометрії. На основі вище викладеного, стає зрозумілою актуальність теми дисертаційної роботи, в якій вирішується важлива для сільського господарства, медицини і біології проблема, пов'язана зі створенням технічних засобів для дослідження діелектричних характеристик різних біологічних об'єктів на різних рівнях їх розвитку (клітини, тканин, організму в цілому). Отримані результати дозволять створити нові речовини і технології у сільському господарстві, медицині, біології і отримати пріоритетні для України відомості про фізико-хімічні процеси в біологічних об'єктах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Тема дисертаційної роботи пов'язана з загальними українськими програмами: державною науково-технічною програмою ДНІП-12 «Енерго та ресурсозберігаючі технології у сільськогосподарському виробництві», постанова Кабінету Міністрів України від 24.12.2001 р. № 1716; «Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі на 2002 - 2006 pp.». За планами НДР і ДКР Таврійського державного агротехнологічного університету були виконані наступні науково-дослідні роботи: «Розробка наукових систем, технологій і технічних засобів для забезпечення продовольчої безпеки Південного регіону України», (2002 - 2007 рр.), номер державної реєстрації 0102U000678; «Аналіз проблем пов'язаних з побудовою електротехнологій для обробки насіння на основі ЕМП СВЧ діапазону», номер державної реєстрації теми 0104U003720 (2003 - 2006 рр.); «Результати експериментальних досліджень по впливу ЕМП КВЧ діапазону на біологічні об'єкти» № К9/99; «Практичні аспекти застосування низькоенергетичного електромагнітного випромінювання в медицині і сільському господарстві», номер державної реєстрації теми 0104U003720 (2003 - 2006 рр.).

Мета і завдання дослідження

Метою дисертаційної роботи є розробка науково-технічних основ створення систем діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів на основі методу імпульсної рефлектометрії.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні завдання:

- провести аналіз методів і систем дослідження діелектричних параметрів біологічних об'єктів і матеріалів;

- теоретично обґрунтувати процес імпульсної рефлектометрії під час дослідження діелектричних параметрів біологічних об'єктів;

- теоретично аргументувати і дослідити моделі електронних систем імпульсного рефлектометра;

- провести аналіз похибок і обґрунтувати метрологічне забезпечення імпульсних рефлектометричних систем;

- здійснити експериментальне дослідження характеристик елементів імпульсного рефлектометра і діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів.

Об'єкт дослідження Процес дослідження діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів на основі методу імпульсної рефлектометрії.

Предмет дослідження Імпульсні рефлектометричні системи діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів.

Методи дослідження

Для вирішення поставленої проблеми були використані наступні методи: функціональний - на основі рядів Вольтерра; нелінійного струму; моделювання електронних елементів на основі характеристик нелінійних функціоналів; біофізики та теоретичної фізики; метрологічної атестації електронних пристроїв.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

- вперше на основі функціонального методу розроблені параметри апаратної функції імпульсного рефлектометра для дослідження електрофізичних параметрів біологічних об'єктів [13];

- отримав подальший розвиток метод нелінійних вхідних сигналів для дослідження діелектричної проникності багатовимірних нелінійних біологічних систем [3, 4];

- отримав подальший розвиток контроль стану біологічних об'єктів по зміні їх діелектричних параметрів в широкому частотному діапазоні [21];

- вперше запропонований науковий підхід в методології калібрування імпульсних рефлектометричних систем для дослідження діелектричних параметрів біологічних систем [14, 18];

- на основі характеристик нелінійних функціоналів аргументовані параметри електронних елементів імпульсних рефлектометричних систем [5,6,9,15];

- вперше створена теорія методології метрологічної атестації імпульсних рефлектометричних систем діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів [20].

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що розроблено науково-технічні основи для створення імпульсних рефлектометричних систем. Застосування імпульсних рефлектометричних систем для створення бази даних ДП біологічних об'єктів сільського господарства, медицини і біології дозволять створити: нові, оптимальні ЕМ технології; провести аналіз біофізичних явищ на різних рівнях організації біологічних систем та розробити шляхи регуляції в них фізико-хімічних процесів; підвищити достовірність діагностики в медицині; нові якісні матеріали і вироби в промисловості.

Експериментальні дослідження діелектричних параметрів насіння пшениці «Ахтирчанка» й «Харківська», насіння люцерни, дослідження нових методів селекції, зростання якості та кількості урожаю зернових культур, підвищення імунітету рослин до хвороб і знищення їх шкідників за допомогою ЕМ випромінювань, збільшення продуктивності тварин на основі інформаційних ЕМ технологій із застосуванням для цих цілей імпульсних рефлектометричних систем.

Впровадження системи імпульсної рефлектометрії для оптимізації ЕМ технології із передпосівної обробки насіння тепличних культур в тепличному господарстві агрофірми ”Овочівник” Мелітопольського району Запорізької області дозволило отримати прибуток у розмірі 125 тис. грн.

Застосування імпульсного рефлектометра на Комиш-Зорянському елеваторі дозволило визначити кількість шкідників у зерні пшениці і оптимізувати ЕМ технологію для їх знищення. Отриманий прибуток склав 133 тис. грн. Особистий внесок автора

У наукових роботах, написаних в співавторстві внесок пошукача полягає в наступному:

- у роботі [10] автор обґрунтував метод обробки візуальної інформації при вимірюванні ДП біологічних об'єктів на імпульсному рефлектометрі;

- у працях [1, 2] автор провів аналіз існуючих пристроїв імпульсної рефлектометрії і аргументував неможливість їх застосування для вимірювання діелектричної проникності біологічних об'єктів;

- у роботах [3, 4, 7, 8] автор на основі функціонального методу вмотивував основні вимоги до параметрів імпульсних рефлектометричних систем для діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів;

- у наукових працях [5, 9, 16], на основі характеристик нелінійних функціоналів, автором аргументовано визначені параметри електронних елементів імпульсних рефлектометричних систем;

- у роботах [18] проведений аналіз похибок імпульсного рефлектометра і ґрунтовно розроблена його метрологічна атестація;

- у працях [19] приведені конструктивні і технічні характеристики розробленого автором імпульсного рефлектометра;

- у роботах [17, 21] наведені результати вимірювання ДП біологічних об'єктів на імпульсному рефлектометрі.

Апробація результатів дисертації

Основні результати роботи доповідалися на: міжнародних науково-технічних конференціях «Енергозбереження технологічних процесів» (м. Мелітополь, ТДАТУ, 2003 - 2009 рр.); «Проблеми енергозбереження в АПК України» (м. Харків, ХНТУСГ, 2003 - 2009 рр.); «Наука і освіта» (м. Дніпропетровськ, 2004 - 2005 рр.); «Автоматика і комп'ютерні технології в промисловості і АПК» (м. Кіровоград, 2004 р.); «Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я» (м. Харків, НТУ «ХПІ», 2003 - 2006 рр.); «Проблемі та перспективи розвитку агропромислового виробництва» (м. Полтава, ПДАА, 2006 р.); «Молода наука Харківщини - 2004» (м. Харків, ХНУ ім. Каразіна, 2004 р.); «Актуальні проблеми та наукові звершення молоді на початку третього тисячоліття» (м. Луганськ, ЛНАУ, 2008 р.); «Проблеми користування, виробництва та експлуатації сільськогосподарської техніки» (м. Кіровоград, КНТУ, 2009 р.); «Новітні технології в електроенергетиці» (м. Харків, ХНАМГ, 2009 р.).

Публікації

Основні положення і результати дисертаційної роботи надруковані в 13 науково-технічних збірниках, 8 науково-технічних журналах.

Структура та обсяг роботи

Дисертація складається з вступу, 5 розділів та 5 додатків. Повний обсяг дисертації - 304 сторінки, з них 66 ілюстрацій за текстом, 6 ілюстрацій на 6 сторінках, 4 таблиці на 4 сторінках, додатки на 13 сторінках, 249 найменувань використаних літературних джерел на 24 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується актуальність теми дисертації та необхідність розв'язання наукової проблеми, розкривається сутність і її стан, висвітлюється зв'язок роботи з програмами, планами та темами НДР, формулюється мета і наукові задачі дослідження, розв'язання яких забезпечує досягнення поставленої мети. Визначається наукова новизна, практичне значення отриманих результатів та особистий внесок здобувача в надрукованих роботах, подана інформація щодо апробації дисертаційних досліджень, наводиться перелік робіт, які надруковані за темою дисертації.

У першому розділі «Аналіз проблем з дослідження діелектричних параметрів біологічних об'єктів і матеріалів» визначено значення діелектричних параметрів біологічних об'єктів для інтенсифікації електротехнологічних процесів в агропромисловому комплексі, медицині та біології. Проведений аналіз методів і засобів вимірювання діелектричних параметрів біологічних об'єктів та матеріалів. Обґрунтовано застосування методу імпульсної рефлектометрії для дослідження ДП біологічних об'єктів та здійснено аналіз сучасного стану технічних пристроїв на основі даного методу.

У цей час інтенсифікація технологічних процесів у медицині, біології та сільському господарстві можлива з використанням електромагнітного поля (ЕМП) надвисокого та край високого діапазонів. Використання ЕМ енергії відкриває нові можливості створення екологічно чистих та ефективних ЕМ технологій у рослинництві й тваринництві, переробці та зберіганні біологічної сільськогосподарської продукції. В свою чергу є можливість вдвічі знизити енерговитрати і матеріалоємність, в 3…7 разів підвищити продуктивність технологічних ліній, отримати кінцевий продукт у значній кількості та високій якості, забезпечити безмедикаментозне лікування людей і тварин, підвищити ефективність заходів щодо знищення комах і захисту рослин від хвороб.

У світовій практиці існує кілька шляхів використання ЕМ енергії у технологічних процесах: тепловий та інформаційний.

Тепловий метод пов'язаний з діелектричним нагріванням біологічних об'єктів та матеріалів.

Найширше застосування діелектричний нагрів знайшов своє відображення у харчовій галузі, медицині та промисловості.

У харчовій галузі діелектричний нагрів застосовується для розморожування, бланшування і пастеризації продуктів, процесів екстракції та сушки.

В медицині мікрохвильова енергія знаходить застосування для сушки біологічних препаратів, виготовлення колагенових пов'язок, структурованої і регенерованої шкіри, знезараження та дезинфекції лікарських рослин.

В галузі сільського господарства діелектричне нагрівання використовується для сушки зерна, плодів, овочів, дезинфекції, підвищення біологічної активності насіння, обробки тютюну, чаю, шерсті, розчинення меду, для боротьби з бур'янами та хворобами рослин у захищеному ґрунті. Поряд із діелектричним нагрівом в технологічних процесах сільського господарства та медицини все більше своє застосування знаходить ЕМП для передпосівної обробки насіння, лікування людей та тварин, підвищення продуктивності рослин.

Проведений аналіз показав, що розробка ефективних електромагнітних технологій у сільському господарстві і медицині неможлива без урахування діелектричних характеристик біологічних об'єктів, які в більшості випадків є маловідомими.

Проблемам вимірювання діелектричних параметрів матеріалів та речовин у різних агрегатних станах присвячено достатньо велику кількість робіт. Суттєвий внесок у розвиток методів і технологічних систем діелькометрії внесло багато вітчизняних та закордонних вчених: Брандт А.А., Харвей А.Ф., Берлінер М.А., Бенуар В.К., Ахаров Я .Ю., Потапов А .А., Kumar A., Gabriel S., Grissom D., Кучин Л.Ф., Черенков О.Д. та ін.

Виходячи зі структурної організації речовин і задач, які висуваються до наукових досліджень в галузях медицини, біології, сільського господарства, методи вимірювання діелектричних параметрів можна розділити на вимірювання в лінії передач у вільному просторі та в об'ємному резонаторі.

Апаратурна реалізація розглянутих методів вимірювання діелектричних параметрів біологічних речовин і матеріалів являє собою складні радіотехнічні пристрої, які мають у своєму складі велику кількість вузлів та елементів. Головний недолік цих пристроїв - відсутність необхідної швидкодії під час переналагодження частоти й зміні приладів, що веде до втрати інформації та значних труднощів при вимірюванні діелектричних параметрів через нелінійні характеристики біологічних об'єктів. Позбутися вказаних недоліків дозволяє метод імпульсної рефлектометрії.

Аналіз технічного стану сучасних рефлектометричних систем показав, що існуючі спеціалізовані рефлектометри для засобів зв'язку і телекомунікації не можуть бути використані для діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів, тому що для їхнього дослідження необхідні рефлектометри пікосекундного діапазону.

Створення імпульсного рефлектометра пікосекундного діапазону для спектроскопії діелектричних параметрів біологічних об'єктів неможливе без обґрунтування методу дослідження нелінійних біологічних систем.

На даний час розроблений і ефективно використовується ряд методів аналізу нелінійних систем, які можуть бути розділені на два великих класи - чисельні та аналітичні. Чисельним методам притаманні різні способи інтегрування нелінійних диференційних рівнянь, покрокове інтегрування, неявне інтегрування, метод Ньютона-Рафсона та ін.

До аналітичних методів дослідження нелінійних систем відносяться: квазістатичні методи, метод фазової площини, інтегрованої апроксимації, різні методи лінеаризації, осереднення та малого параметру, метод марковських процесів, функціональний метод та перетворення Тейлора. Методам, що застосовуються, притаманні суттєві недоліки: вони доволі складні і значні затрати праці, і не підходять для аналізу систем вище першого порядку. Від вказаних вище недоліків у значній мірі вільний функціональний метод, що є одним з найбільш перспективних напрямків у теорії нелінійних систем.

До сьогодення функціональний метод застосовувався для дослідження широкого класу нелінійних радіотехнічних систем, але широкого розповсюдження в біофізичному напрямку він не отримав.

З проведеного аналізу випливає, що для ефективного застосування ЕМП в медицині, біології та сільському господарстві є необхідність створення засобів вимірювання для відтворення, зберігання і передачі розмірів одиниць комплексної діелектричної проникності біологічних систем у широкому частотному діапазоні ЕМ вимірювань.

У другому розділі «Теоретичний аналіз процесу імпульсної рефлектометрії при дослідженні діелектричних параметрів біологічних об'єктів» було теоретично обґрунтовано застосування функціонального методу на основі рядів Вольтерра і методу імпульсної рефлектометрії для дослідження діелектричної спектроскопії нелінійних біологічних систем.

Завдання дослідження полягає в побудові математичної моделі зондованого біологічного об'єкту на основі спостережень за його реакціями на дію моделей апаратної функції рефлектометра.

У загальному випадку вихідний сигнал рефлектометра можна представити у вигляді функціонального ряду.

Серед відомих способів визначення ядер Вольтерра за заданим описом досліджуваних систем за допомогою нелінійних рівнянь найбільш ефективним для дослідження біологічних об'єктів є, на наш погляд, метод «нелінійних струмів». Згідно цьому методу рішення нелінійного диференціального рівняння системи.

Введення поняття «нелінійних струмів» дозволяє перетворити процес визначення ядер Вольтерра на чітку послідовність операцій, зручну для реалізації на ПК. Проте, метод «нелінійних струмів» не розповсюджується на багатометрові нелінійні системи і застосовується лише до вузького класу одновимірних систем, що описуються одиничними нелінійними диференціальними рівняннями вигляду (2). В даній роботі узагальнений метод визначення ядер Вольтерра за допомогою «нелінійних струмів» на більш широкий клас багатовимірних систем, які описуються нелінійним диференціальним рівнянням вигляду.

Відзначимо, що розмірність «нелінійних струмів» співпадає з розмірністю електричного струму. Для аналізу більш широкого класу нелінійних систем, введемо новий термін - «нелінійний вхідний сигнал», що є узагальненням поняття «нелінійних струмів». Розмірність «нелінійних вхідних сигналів» визначається з конкретних умов.

В імпульсних рефлектометричних системах пікосекундного діапазону для дослідження біологічних об'єктів, після відповідних перетворень, формули для «нелінійних вхідних сигналів» можуть бути отримані в наступному вигляді.

У виразах (9), (10) - коефіцієнт, який визначається числом різних співмножників в і рівний коефіцієнту при відповідному членові в розгорненому записі де а_i - довільні, нерівні між собою величини. Символ означає, що перемножується величини вигляду , причому сума індексів при різних повинна бути рівна .

Символ має аналогічне значення з тією відмінністю, що перемножується елементу, результат умножається на при.

В результаті повинно вийти і всі можливі варіанти такого добутку підсумовуються. Легко побачити, що, не дивлячись на деякі ускладнення позначень для багатовимірного випадку, формули (4), (7) за структурою аналогічні.

Таким чином, метод визначення ядер Вольтерра за допомогою «нелінійних вхідних сигналів» узагальнений на клас багатовимірних нелінійних систем, які описуються диференціальними рівняннями вигляду (6), що істотно розширює область практичного застосування функціонального методу для дослідження біологічних об'єктів. При цьому зберігається така важлива перевага методу «нелінійних струмів», як зручність складання на його основі програм для аналізу та синтезу нелінійних пристроїв і систем за допомогою ПК.

У дисертації розроблено алгоритм ідентифікації частотних характеристик досліджуваних біологічних об'єктів для реалізації на ПК в ортонормованому базисі.

Тут спектральні коефіцієнти в даному базисі представляють середні значення безперервного сигналу на інтервалі тривалістю . Зручність застосування такого базису полягає в тому, що реальні дискретні значення оброблюваних на ПК сигналів дають результат усереднювання на деякому інтервалі безперервного сигналу. Це усереднювання пояснюється інерційністю АЦП, стробоскопічного й інших елементів, які застосовуються при отриманні дискретних значень оброблюваних сигналів.

Отже, дискретні значення сигналів, що поступають в ПК, можна розглядати як набір спектральних коефіцієнтів у вибраному базисі, які дозволяють розраховувати частотні характеристики об'єктів за змінними дискретними значеннями зондуючого сигналу і відгуку об'єкту. Додаткових похибок, пов'язаних з розкладанням сигналу за системою базисних функцій, при такому виборі базису не виникає. Алгоритм розрахунку, заснований на цих виразах, виявляється більш швидкодіючим у порівнянні з алгоритмами, заснованими на перетворенні Фур'є.

На підставі результатів дослідження, у роботі сформульовано завдання дослідження діелектричних властивостей біологічних об'єктів, як завдання визначення функції діелектричної релаксації за наслідками реакції досліджуваної речовини на зондуючі дії апаратної функції рефлектометра.

ДП об'єктів визначимо за результатами імпульсних вимірювань параметрів досліджуваної речовини, яка поміщена в коаксіальний контейнер хвилеводної лінії рефлектометра.

Зондуючий сигнал генератора імпульсів через широкосмуговий змішувач надходить на коаксіальний контейнер із досліджуваною речовиною, де виникає відображений сигнал. Сигнал, який пройшов через досліджуваний біологічний об'єкт поступає на короткозамкнуте навантаження, а після віддзеркалення від нього знову проходить через контейнер з біологічним об'єктом.

Отриманий сигнал разом з іншими сигналами потрапляє на стробоскопічний реєструючий пристрій. За рахунок розділення сигналів у часі, схема дозволяє спостерігати на одному індикаторі відображений від досліджуваної речовини і сигнал, що двічі пройшов через зразок.

Із використанням розробленої методики калібрування імпульсного рефлектометра ДП досліджуваної речовини обчислюється через параметри матриць розсіяння і хвильового опору симетричного чотириполюсника.

Модуль і фазу коефіцієнта відображення, що входять, можна обчислити за допомогою відношення двох дискретних перетворень Фур'є для зондуючого та відображеного від зразка сигналів.

На основі розробленої методики можна обчислити комплексну ДП досліджуваної речовини в широкому діапазоні частот 0…300 ГГц. Цей діапазон визначається апаратною функцією рефлектометра. Отримані співвідношення зручно застосовувати тоді, коли тривалість фронту зондуючого перепаду менше часу релаксації досліджуваного зразка і коли перешкоджаючі відображення від роз'ємів, навантажень та інших неоднорідностей не накладаються на відображений сигнал, то площу під ним можна підрахувати достатньо точно.

Похибка методу імпульсної рефлектометрії при полігармонічній дії апаратної функції рефлектометра буде характеризуватися близькістю вихідного сигналу рефлектометра і її моделі.

Для випадку, коли на вході системи процес детермінований і обмежений, то похибка при цьому рівна. Це співвідношення показує, що максимальна похибка залежить від величини 1+м і числа членів ряду .

Чим більше 1+м, тим менше при одному і тому ж числі членів ряду буде максимальна похибка. З іншого боку, при фіксованому м, похибка зменшується із зростанням числа членів ряду.

На даний час є можливість обчислення, в принципі, ядер будь-яких високих порядків, максимально можливий порядок залежить тільки від ресурсів ПК (швидкодії і об'єму оперативної пам'яті).

Практично для сучасних ПК досяжними є порядки 40…60.

Тому слід зазначити, що методичні похибки імпульсного рефлектометричного методу досліджень можуть бути зведені до величини 0,01% в порівнянні з інструментальними похибками імпульсних рефлектометричних систем.

У третьому «Теоретичне обґрунтування і дослідження моделей електронних систем імпульсного рефлектометра» теоретично аргументована методологія дослідження нелінійних елементів і вузлів приймально-передаючого тракту імпульсного рефлектометра на основі характеристик нелінійних функціоналів. З цією метою були розглянуті одновимірні нелінійні системи, що описуються диференціальними рівняннями вигляду.

Нелінійні елементи і вузли імпульсних рефлектометрів за виглядом сигналу на їх вході можуть бути розділені на І і ІІ клас. Тоді для нелінійних елементів І класу вираз для «нелінійних вхідних сигналів» може бути записаний у вигляді.

Використовуючи вирази (23) і (24), отримаємо рекурентні формули «нелінійних вхідних сигналів» для широкого класу нелінійних багатовимірних систем.

За допомогою отриманих виразів (27) і (26) була розглянута методологія визначення ядер Вольтерра із припущення, що досліджуваний нелінійний ланцюг описується системою неоднорідних рівнянь стану, кожний з яких представляє собою багатовимірний варіант із урахуванням доповнень (25) і (26). В результаті проведених досліджень, отримана можливість визначення ядер Вольтерра широкого класу нелінійних багатовимірних систем, за допомогою нелінійних вхідних сигналів. Це істотно розширює область практичного використання функціонального методу для дослідження нелінійних моделей діодів і транзисторів, які входять до приймально - передавального тракту імпульсних рефлектометрів.

Із застосуванням рядів Вольтерра була проаналізована нелінійна схема діодного змішувача у вхідному ланцюзі приймального тракту рефлектометра, еквівалентна схема.

У схемі - ЕРС джерела сигналу; - матриця параметрів діода; R₀ та R_н - опори джерела сигналу і навантаження.

Якщо інерційністю всіх елементів змішувача в робочій частотній області можна знехтувати, то вираз (34) приводиться до ряду коефіцієнти якого є функціями часу.

Для розв'язання системи рівнянь (33) скористаємося операторним методом.

Як видно з рис. області великих значень коефіцієнта передачі відповідають прояву нелінійних властивостей змішувача, тобто висока керованість змішувача знаходиться в суперечності з його лінійністю.

Змінюючи вид управління, можна ефективно впливати на передачу і нелінійні властивості змішувача. Для формування стробоімпульсів з тривалістю менше 0,5 нс була досліджена схема стробоскопічного перетворювача.

Опір рівний хвильовому опору короткозамкнутого формуючого відрізка. Тому дана схема справедлива для інтервалу часу тривалістю, відлічуваної від моменту надходження перепаду напруги на вхід відрізка до моменту приходу його відображення (- швидкість розповсюдження хвилі у формуючому пристрої). Оскільки за час формування стробоімпульса напруга на, , заряджених до напруги, пропорціональної Е, практично не змінюється, то в схемі вони замінені джерелом ЕРС - Е₀₁. Корисна дія переходів діодів відображена включенням нелінійного опору, вольтамперна характеристика якого описується функцією F_I(u_I).

Для формування імпульсу мінімальної тривалості без втрати амплітуди необхідно, щоб тривалість лінійного наростаючого фронту було рівне .

Для випадку, коли вольтамперна характеристика переходу діодів апроксимується параболою, диференціальне рівняння кола матиме вигляд.

Рішення нелінійного диференціального рівняння (40) чисельним методом дозволило отримати початкові дані для проектування формувача стробоімпульсів: тривалість початкового імпульсу пс амплітуда вершини початкового імпульсу U_mu = 0,25 В_; час наростання перехідної характеристики менше 17 пс.

Аналіз перепадів напруги для передавального тракту формувача, виконаний за допомогою рядів Вольтерра, який дозволив отримати вираз для визначення мінімуму фронту імпульсу на навантаженні.

Розрахунки показали, що при U = 1 В , щільності струму А/см² , час тривалості фронту t_мін складе 10 пс.

У четвертому розділі «Метрологічне забезпечення імпульсних рефлектометричних систем для вимірювання електрофізичних параметрів біологічних об'єктів», проведено аналіз та оцінку похибок рефлектометра, проведено нормування метрологічних характеристик і розроблено метод перевірки рефлектометричних систем. Для аналізу джерел інструментальної похибки рефлектометричних систем була використана математична модель переводу вимірювальної інформації із часової області в частотну, у вигляді відношення двох кінцевих рядів, порядок яких визначається масивами початкових даних за дискретними значеннями.

Як випливає з формули (42) на похибки вимірювання коефіцієнта відображення може вплинути ряд чинників, обумовлених спотворенням імпульсних сигналів у конструктивних елементах зондованого хвилеводу, технічною недосконалістю окремих вузлів імпульсно - рефлектометричної системи і методом обробки реєстрованих рефлектограм.

До найбільш істотних і випадкових похибок слід віднести похибки вимірювання амплітуди й тривалості імпульсів, реєстрацію та обчислення спектрів імпульсних сигналів рефлектометра, похибки за рахунок флуктуацій стробоімпульсів за амплітудою, похибки із-за квантування за рівнем, похибки методу вимірювання діелектричних параметрів біологічних об'єктів.

Похибка вимірювання амплітуди імпульсів прямокутної форми може бути визначена виразом.

Візуальна похибка при розмірі зображення на екрані 2…5 см складає 0,4…1%, похибку джерела калібрувальних сигналів 0,3…1%.

Нерівномірність перехідної характеристики для осцилографів різних видів (універсальних, швидкісних) лежить в межах 1…4%. Похибка поєднання лінії променя з ризиками шкали 1%. Таким чином, за цих умов, загальна похибка амплітудних вимірювань за методом калібрувальних шкал складе 2,8…3,3%.

Використовуючи курсорний метод, похибка амплітудних вимірювань може бути зведена до 0,2%.

Використовуючи курсорний метод цю похибка можна отримати менше 0,1%.

Похибку пов'язану із зміною спектрів зондуючого і відображеного сигналів від об'єкту можна визначати, користуючись виразом.

Завдання кількісного аналізу даного виду похибок може бути вирішене шляхом калібрування вхідного тракту рефлектометра за допомогою мір повного опору. Ця похибка може бути визначена з точністю 0,2…0,3%.

Похибка через часову нестабільності моментів стробування можна оцінити застосувавши вираз.

З аналізу розглянутих похибок вимірювання імпульсних сигналів виходить, що параметри імпульсної напруги можна вимірювати в діапазоні ±500 мВ з похибкою, яка не перевищує ±(1%+3 мВ), а часові параметри імпульсів у межах від 10 пс до 10 нс з похибкою, що не перевищує ±(1%+5 пс). При аналізі похибки методу вимірювання діелектричних параметрів біологічних об'єктів імпульсними рефлектометрами, значення її не перевищує 1…3%.

Для калібрування рефлектометричних систем була розроблена методологія, яка передбачає застосування засобів вимірювальної техніки за КСВН з відносною похибкою від 2·10^-2 до 30·10^-2 та за фазою коефіцієнта відображення від 3⁰ до 20⁰, а за хвильовим опором від 3·10^-2 до 10^-2 Ом.

У п'ятому «Експериментальне дослідження елементів імпульсного рефлектометра і діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів» проведена перевірка теоретичних результатів і висновків із розробки і налагодження електронних блоків та пристроїв імпульсного рефлектометра пікосекундного діапазону. Обґрунтовані методики атестації пристроїв імпульсного рефлектометра і вимірювання на ньому ДП біологічних об'єктів, проведені дослідження діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів у широкому частотному діапазоні.

У відповідності до теоретичних і експериментальних досліджень було виготовлено рефлектометричну систему для діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів різного рівня організації з наступними параметрами: вхідний опір 50 ± 1,5 Ом; середньоквадратичне значення власних шумів 5 мВ; похибка вимірювання напруги ±0,3%; похибка вимірювання часових інтервалів ±0,2%; коефіцієнт відхилення 5 мВ/діл; параметри імпульсів формувача на навантаженні 50 ± 1 Ом:

а) тривалість фронту пс;

б) амплітуда не менше 0,2 В;

в) викид на вершині до не більше 5% амплітуди перепаду напруги.

Похибка вимірювання ДП для біологічних об'єктів 1…2%.

Загальний вид рефлектометричної системи наведений на рис. Установка складається з генератора запуску, формувача імпульсів, змішувача, вимірювальної камери, осцилографа, персонального комп'ютера.

На розробленому імпульсному рефлектометрі експериментально були проведені вимірювання ДП зернових культур, сперми тварин, шкідників хлібних запасів. Як експериментальні біологічні об'єкти були обрані: насіння пшениці «Ахтирчанка», «Харківська-63», насіння люцерни, шкідники хлібних запасів - рисовий довгоносик «Sitophilus oryzaee L», нативна сперма бика.

Значення ДП визначали для зерна пшениці «Харківська-63» (врожай 2006 р.) при щільності 800 кг/м³ у діапазоні частот 0,1…26 ГГц.

Як показує аналіз проведених вимірювань, при вологості зерна 7% змінюється від 2,8 на частоті 0,1 ГГц до 1,2 на частоті 26 ГГц, а величина залишається постійною у всьому діапазоні частот від 0,1 ГГц до 26 ГГц і складає 0,14.

При вологості зерна 10…12% величина міняється від 3,4...3,8 на частоті 0,1 ГГц до 1,4…1,6 на частоті 26 ГГц, а від 0,14...0,15 на частоті 0,1 ГГц до 0,26…0,28 на частоті 26 ГГц. Із збільшенням вологості до 22% зменшується з 5,8 до 2,0, а збільшується від 0,17 до 0,72 одиниць для діапазону частот 0,1...26 ГГц.

З аналізу даних про ДП зерна пшениці «Харківська-63» можна зробити висновок про те, що вода, яка знаходиться в зерні, до критичної вологості (14,5…15,5)% є зв'язаною. Зі збільшенням вологості в клітинах зерна пшениці з'являється вода, яка майже не утримується крохмалем і білками.

Оскільки в даний час актуальною проблемою є не тільки виробництво і переробка насіння, але і його збереження, тому і були проведені дослідження діелектричних характеристик дорослого рисового довгоносика «Sitophilus oruzael L» та його знищення за допомогою електромагнітного випромінювання. На рис. представлені експериментальні дані діелектричних характеристик зерна пшениці зерна.

Аналіз результатів вимірювання діелектричних параметрів зерна пшениці «Харківська - 63», при кількості рисових довгоносиків 1 шт., 2 шт. і 3 шт. на см³, показав, що у відношенні до зразків пшениці він добре діагностується.

Наприклад, на частоті Гц складає 6 одиниць для кількості довгоносиків 3 шт./ см³ і 2 для 1 шт./ см³, а для тієї ж частоти склала 1,6 одиниць для 3 шт./ см³ і 0,8 для 1 шт./ см³.

Для дослідження діелектричних властивостей рідких діелектриків було використано контейнер кінцевого типу.

В основі вимірювань використаний метод «зосередженої ємності», в якому вимірювальна камера із зразком являє собою шунтуючий конденсатор, підключений до відрізка хвилевідної лінії.

За розробленою нами методологією була досліджена нативна сперма бика. Результати вимірювань дисперсії ДП еякуляту представлені на рис.

В експерименті використаний еякулят, стабілізований криопротектором Харківської технології. Вимірювання були проведені при Т = 25⁰С. Експерименти проведені тільки з нативною спермою в умовах, що виключають її руйнування в процесі вимірювань.

У результаті проведених досліджень доведено те, що метод імпульсної рефлектометрії дозволяє аналізувати структурно-функціональний стан не тільки мембран, а й всієї клітини, до початку, в процесі і після повного криоконсервування та стан її водного компоненту й гідратного оточення компонентів.

Проведений аналіз діелектричних параметрів біологічних об'єктів показав, що відбулося підвищення продуктивності рослин, здатних використовувати високий фон агротехніки, напрямки дослідження нових методів селекції, підбір і оптимальне розміщення сільськогосподарських культур стосовно різних ґрунтово-кліматичних зон, шляхи застосування ЕМ заходів боротьби з бур'янами, підвищення імунітету рослин до хвороб і шкідників, розробка ЕМ методів боротьби з ними, підвищення продуктивності тварин і ряд інших завдань, які нерозривно пов'язані із створенням бази даних діелектричних характеристик біологічних систем. Впровадження систем імпульсної рефлектометрії в технологічних процесах сільськогосподарського виробництва дозволить отримати прибуток у розмірі 258 тис. грн. на рік.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі розроблені науково-технічні основи зі створення імпульсних рефлектометричних систем діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів сільського господарства, медицини та біології. Отримані результати дозволять розробити ефективні інформаційні ЕМ технології в медицині, сільському господарстві та біології, створити базу даних про ДП біологічних об'єктів у широкому частотному діапазоні.

1. На основі аналізу літературних джерел встановлено, що для підвищення продуктивності рослин і тварин, а також для контролю якості та збереження сільськогосподарської продукції актуальним є створення засобів вимірювання для відтворення, зберігання і передачі одиниць комплексній ДП біологічних об'єктів у широкому частотному діапазоні 0...300 ГГц.

2. Аналіз існуючих методів і засобів вимірювання ДП матеріалів і речовин показує, що вони через істотні недоліки не можуть бути використані для вимірювання ДП біологічних речовин:

- обмеженій точності вимірювань з, а з;

- вузького частотного діапазону;

- трудомісткості процесу вимірювань;

- складнощів комплексу вимірювальних засобів;

- необхідності спеціально підготовленого технічного персоналу;

- високій вартості устаткування (десятки тис. дол. США);

3. На основі функціонального методу з використанням рядів Вольтерра встановлено, що для дослідження електрофізичних параметрів біологічних об'єктів слід застосовувати в якості апаратної функції рефлектометра імпульси напруги з тривалістю фронту 3…15 пс, які дозволять розширити, в ряді випадків на 50%, частотний діапазон порівняно з іншими сигналами.

4. З метою дослідження діелектричних характеристик нелінійних біологічних систем у діапазоні частот 0...300 ГГц необхідно використовувати методологію розрахунку за дискретним значенням зондуючого сигналу і відгуку біологічного об'єкту з похибкою до 1%. 5. Метод імпульсної рефлектометрії для вимірювання електрофізичних параметрів біологічних об'єктів дозволяє зменшити методичну похибку вимірювань до 0,01% у порівнянні з інструментальною похибкою.

6. Вимірювання діелектричних характеристик біологічних об'єктів імпульсними рефлектометрами з похибкою до 1% можливо при зміні параметрів імпульсної напруги в діапазоні ± 500 мВ з похибкою, що не перевищує ±(1%+3 мВ), а часові параметри імпульсів у межах від 10 пс до 10 нс з похибкою, яка не перевищує ±(1%+5 пс).

7. Похибка вимірювання діелектричних параметрів біологічних об'єктів може складати менше 1% при використанні розроблених алгоритмів калібрування рефлектометричних систем, заснованих на використанні мір хвильового опору і відображення, атестованих за геометричними розмірами.

8. Дослідження електрофізичних параметрів біологічних об'єктів необхідно проводити з чутливістю стробоскопічного перетворювача до 20 мВ/см і часом наростання перехідної характеристики 14 пс.

9. Для управління провідністю діодів змішувача необхідні формувачі стробоімпульсів із часом наростання перехідної характеристики 17 пс, амплітудою початкового імпульсу 0,25 В і крутизною наростання перепаду не менше 0,15 В/пс.

10. При дослідженні електрофізичних параметрів біологічних об'єктів необхідно використовувати формувачі імпульсів на тунельних діодах, які можуть забезпечити тривалість фронту імпульсу 10 пс при напрузі 1...2 В.

11. Для дослідження діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів у широкому частотному діапазоні слід використовувати імпульсні рефлектометричні системи з параметрами:

- вхідний опір 50 ± 1,5 Ом;

- середньоквадратичне значення власних шумів 5 мВ;

- похибка вимірювання напруги ± 0,3%;

- похибка вимірювання часових інтервалів ± 0,2%;

- коефіцієнт відхилення 5 мВ/діл;

- коефіцієнт розгортки 10 п/діл;

- параметри імпульсів формувача на навантаженні 50 ± 1 Ом:

а) тривалість фронту, пс;

б) амплітуда не менше 0,2 В.

Похибка вимірювання діелектричної проникності біологічних об'єктів 1...2%.

12. Для вимірювання діелектричних властивостей сипких біологічних об'єктів і наявності в них комах-шкідників, слід використовувати контейнер прохідного типу, а для рідких - контейнер кінцевого.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Федюшко Ю.М. Основні характеристики п'єзоперетворювача при імпульсному збудженні/ Ю. М. Федюшко, Р. В. Кушлик, О. В. Микитенко // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАТА, 2006. - Вип. 43. - С. 130 - 136.

2. Федюшко Ю. М. Сучасні пристрої імпульсної рефлектометрії / Ю. М. Федюшко, Р. В. Кушлик // Праці Таврійської державної агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАТА, 2007. - Вип. 7. - С. 15 - 25.

3. Федюшко Ю. М. Применение функционального метода для анализа электрофизических параметров биообъектов / Ю. М. Федюшко, Н. Л. Лисиченко // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. - Харків: ХНТУСГ, 2007. - Вип. 57, Т. 1. - С. 98 - 106.

4. Федюшко Ю. М. Анализ частотных характеристик биологических объектов / Ю. М. Федюшко, Ф. М. Репа // Энергосбережение, энергетика, энергоиздат. Общегосударственный научно-производственный и информационный журнал. - 2008. - № 8. - С. 10 - 17.

5. Федюшко Ю. М. Моделирование электронных элементов импульсных рефлектометров на основе нелинейных характеристик функционалов / Ю. М. Федюшко, Ф. М. Репа // Энергосбережение, энергетика, энергоаудит. Общегосударственный научно-производст-венный информационный журнал. - 2008.- № 10. - С. 10 - 15.

6. Федюшко Ю. М. Анализ динамических характеристик передающего тракта импульсных рефлектометрических систем для измерения диэлектрической проницаемости биообъектов / Ю. М. Федюшко // Энергосбережение, энергетика, энергоаудит. Общегосударственный научно-производственный информационный журнал. - 2008. - № 12. - С. 30 - 35.

7. Федюшко Ю. М. Исследование спектральных параметров биообъектов методом импульсной рефлектометрии / Ю. М. Федюшко, А. Д. Черенков // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2008. - № 4/2 (34). - С. 25 - 27.

8. Федюшко Ю. М. Идентификация биообъектов с помощью метода ортогональных моментов / Ю. М. Федюшко, А. Д. Черенков // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2008. - № 5/5

(35). - С. 17 - 19.

9. Федюшко Ю. М. Анализ динамических характеристик входных цепей приемного тракта импульсных рефлектометрических систем / Ю. М. Федюшко, А. Д. Черенков // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2008. - № 6/6 (36). - С. 31 - 34.

10. Федюшко Ю. М. Аналіз сучасних методів візуальної інформації / Ю. М. Федюшко, В. О. Мунтян, О. І. Лисенко // Вісник Львівського національного аграрного університету. «Агроінженерні дослідження». - Львів: Нац. аграр. ун-т., 2008. - Т.2, № 12. - С. 660 - 663.

11. Федюшко Ю. М. Аналітичне дослідження імпульсної рефлектометрії / Ю. М. Федюшко // Праці Таврійського державного агротехнічного університету. - Мелітополь: ТДАТУ, 2008. - Вип. 8, Т. 6. - С. 81 - 87.

12. Федюшко Ю. М. Аналіз методів і засобів вимірювання електрофізичних параметрів матеріалів і біоречовин / Ю. М. Федюшко // Праці Таврійського державного агротехнічного університету. - Мелітополь: ТДАТУ, 2008. - Вип. 8, Т. 2. - С. 115 - 123.

13. Федюшко Ю. М. Аналіз біологічних систем при застосуванні функціонального методу імпульсними рефлектометрами / Ю. М. Федюшко // Праці Таврійського державного агротехнічного університету. - Мелітополь: ТДАТУ, 2008. - Вип. 8, Т. 10. - С. 41 - 47.

14. Федюшко Ю. М. Оцінка точності методу імпульсної рефлектометрії / Ю. М. Федюшко // Збірник наукових праць Луганського національного агротехнічного університету. Технічні науки. - Луганськ: ЛНАУ, 2008. - № 91. - С. 269 - 274.

15. Федюшко Ю. М. Анализ нелинейных Т-образных моделей полупроводниковых диодов на основе характеристик нелинейных функционалов / Ю. М. Федюшко // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. - Харків: ХНТУСГ, 2008. - Вип. 73, Т. 1. - С. 152 - 154.

16. Федюшко Ю. М. Анализ параметров стробоимпульсов стробоскопического преобразователя импульсного рефлектометра для измерения диэлектрической проницаемости биообъектов / Ю. М. Федюшко, А. Д. Черенков // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2009. - № 1/3 (37). - С. 4 - 6.

17. Федюшко Ю. М. Исследование диэлектрической спектроскопии биообъектов на импульсном рефлектометре пикосекундного диапазона / Ю. М. Федюшко, А. Д. Черенков // Энергосбережение, энергетика, энергоиздат. Общегосударственный научно-производственный и информационный журнал. - 2009. - № 1. - С. 17 - 20.

18. Федюшко Ю. М. Анализ систематической погрешности рефлектометрических систем для измерения диэлектрических параметров биообъектов / Ю. М. Федюшко, А. Д. Черенков //Вісник національного технічного університету (ХПІ). - Харків: НТУ (ХПІ), 2009. - № 7. - С. 146 - 149.

19. Федюшко Ю. М. Технічні параметри і конструктивні особливості імпульсного рефлектометра для діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів / Ю. М. Федюшко, І. В. Борохов // Праці Таврійського державного агротехнічного університету. - Мелітополь: ТДАТУ, 2009. - Вип. 9, Т. 2. - С. 126 - 131.

20. Федюшко Ю. М. Результати вимірювань діелектричної проникності біооб'єктів на імпульсному рефлектометрі / Ю. М. Федюшко // Праці Таврійського державного агротехнічного університету. - Мелітополь: ТДАТУ, 2009. - Вип. 9, Т. 3. - С. 172 - 176.

21.Федюшко Ю. М. Вимірювання діелектричної проникності біологічних об'єктів в широких частотних діапазонах / Ю. М. Федюшко, Ю. М. Куценко // Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник. - Кіровоград: КНТУ, 2009. - Вип. 39. - С. 347 - 356.