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

АНОТАЦІЇ

Федюшко Ю. М. Научно-технические основы импульсных рефлектометрических систем исследования диэлектрической спектроскопии биологических объектов. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.11.17 - биологические и медицинские устройства и системы. - Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени Петра Василенко. Харьков 2010 г.

В диссертационной работе решена научно-техническая проблема по созданию импульсных рефлектометрических систем диэлектрической спектроскопии биологических объектов сельского хозяйства, медицины и биологии с разными уровнями организации: микро-, макро - и нано уровнями. Исследование диэлектрических характеристик биологических объектов позволит создать новые вещества, лекарства и информационные ЭМ технологии в медицине, сельском хозяйстве и биологии, создать базу данных ДП биологических объектов в широком частотном диапазоне. В работе было теоретически обосновано применение функционального метода на основе рядов Вольтерра и метода импульсной рефлектометрии для исследования диэлектрической спектроскопии нелинейных биологических систем. Для исследований была разработана математическая модель биологических объектов на основе наблюдений за реакциями на действие аппаратной функции рефлектометра. На основе теоретических исследований была разработана структурная схема импульсного рефлектометра для диэлектрической спектроскопии биологических объектов. Было обосновано, что методическая погрешность измерения диэлектрических параметров биологических объектов может быть сведена к величине менее 0,001%. На основе характеристик нелинейных функционалов были исследованы нелинейные модели электронных элементов и узлов импульсного рефлектометра. С помощью рядов Вольтерра выполнен теоретический анализ динамических характеристик элементов приемно-передающего тракта импульсного рефлектометра и обоснованы исходные требования к параметрам смесителей, генератора стробоимпульсов, формирователя импульсов и др. С целью метрологического обеспечения рефлектометрических систем были проведены анализ и оценка погрешностей рефлектометра, проведено нормирование его метрологических характеристик и разработан метод поверки. Анализ систематических, случайных погрешностей и метода измерения диэлектрических параметров биологических объектов показал, что погрешность измерений может быть доведена до уровня менее 1% при использовании разработанного алгоритма калибровки рефлектометрических систем.

В результате теоретических и экспериментальных исследований была разработана рефлектометрическая система для исследования диэлектрической спектроскопии биологических объектов разного уровня организации с параметрами: входное сопротивление 50±1,5 Ом; среднеквадратичное значение собственных шумов 5 мВ; погрешность измерения напряжения ; погрешность измерения временных интервалов ±0,2%; коэффициент отклонения 5 мВ/дел; коэффициент развертки 10 пс/дел; длительность фронта аппаратной функции пс; погрешность измерения биологических объектов 1…2%.

На разработанном импульсном рефлектометре были проведены измерения диэлектрических параметров биологических объектов сельского хозяйства: семена пшеницы «Ахтырчанка» и «Харьковская-63», семена люцерны, вредителей хлебных запасов - рисового долгоносика, нативной спермы быка.

Внедрение систем импульсной рефлектометрии в технологические процессы сельскохозяйственного производства позволит получить прибыль в размере 258 тыс. грн. в год.

Ключевые слова: биологические объекты, диэлектрическая спектроскопия, импульсная рефлектометрия.

Федюшко Ю. М. Науково-технічні основи імпульсних рефлектометричних систем дослідження діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за фахом 05.11.17 - біологічні та медичні пристрої і системи. - Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка. Харків 2010 р.

У дисертаційній роботі вирішена науково-технічна проблема з створення імпульсних рефлектометричних систем діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів сільського господарства, медицини і біології з різними рівнями організації: мікро-, макро- і нано рівнями. У роботі було теоретично обґрунтовано застосування функціонального методу на основі рядів Вольтерра і методу імпульсної рефлектометрії для дослідження діелектричної спектроскопії нелінійних біологічних систем.

Для досліджень була розроблена математична модель біологічних об'єктів на основі спостережень за реакціями на дію апаратної функції рефлектометра.

У результаті теоретичних досліджень була розроблена структурна схема імпульсного рефлектометра для діелектричної спектроскопії біологічних об'єктів. На основі характеристик нелінійних функціоналів були досліджені нелінійні моделі електронних елементів і вузлів імпульсного рефлектометра. З метою метрологічного забезпечення рефлектометричних систем були проведені аналіз і оцінка похибок рефлектометра, проведено нормування його метрологічних характеристик і розроблений метод повірки. На розробленому імпульсному рефлектометрі були проведені вимірювання діелектричних параметрів біологічних об'єктів сільського господарства: насіння пшениці «Ахтирчанка», «Харківська - 63», насіння люцерни, шкідників хлібних запасів - рисовий довгоносик «Sitophilus oryzaee L», нативна сперма бика. Впровадження систем імпульсної рефлектометрії у технологічні процеси сільськогосподарського виробництва дозволить отримати прибуток у розмірі 258 тис. грн. на рік. Ключові слова: біологічні об'єкти, діелектрична спектроскопія, імпульсна рефлектометрія.

Fediushko Y. Scientific and technical fundamentals of the impulsive reflectometric systems of research of dielectric spectroscopy of biological objects. Manuscript. Dissertation for the academic degree of Doctor of Technical Sciences by speciality 05.11.17 - Biological and Medical Devices and Systems. Kharkiv National Technical University of Agriculture named after Peter Vasylenko. Kharkiv 2010.

Scientific and technical problem on the development of the impulsive reflectometric systems of dielectric spectroscopy of biological objects of agriculture, medicine and biology with macro-, micro- and nano levels of organization is considered in this thesis. Application of functional method on the basis of Volterra series and impulsive reflectometric method for the research of dielectric spectroscopy of nonlinear biological system is theoretically grounded.

For researches the mathematical model of biological objects is developed on the basis. The block diagram of impulsive reflectometer for dielectric spectroscopy of biological objects is developed on the basis of theoretical research. Nonlinear models of electronic elements and impulsive reflectometer units are defined on the basis of nonlinear functional descriptions. Analysis and estimation of reflectometer disadvantages, norm setting of the metrological characteristics are considered with the purpose of metrological providing of reflectometer systems; the method of reflectometer examination is developed. Measurements of dielectric parameters of biological objects of agriculture: wheat seeds «Akhtyrchanka», «Kharkivska - 63», alfalfa seeds, cereal pests - rice weevil «Sitophilus oryzaee L», frozen bovine sperm are performed on the developed impulsive reflectometer. Introduction of the impulsive reflectometer systems to the technical processes of agricultural production will ensure 2452 thousand UAH profit a year.

Keywords: biological objects, dielectric spectroscopy, impulsive reflectometry.

Размещено на Allbest.ru