Оценка точности реконструкции электрофизических и геометрических параметров многослойных диэлектрических покрытий многочастотным радиоволновым методом поверхностных медленных электромагнитных волн

Рассмотрена одна из важнейших проблем диагностики многослойных диэлектрических материалов и покрытий – разработка методов количественной интерпретации результатов контроля электрофизических и геометрических параметров этих материалов. Представлены результаты исследования потенциальной информативности многочастотного радиоволнового метода поверхностных медленных электромагнитных волн при реконструкции электрофизических и геометрических параметров многослойных диэлектрических покрытий. Представлена имитационная модель, позволяющая оценить точность реконструкции электрофизических и геометрических параметров многослойных диэлектрических покрытий. В модели учитываются значения электрофизических и геометрических параметров покрытия, уровень шума в измерительных данных и ширина полосы частот измерений. Приведены результаты имитационного моделирования и экспериментальной проверки реконструкции относительных диэлектрических проницаемостей и толщин одно- и двухслойных разнотолщинных диэлектрических покрытий на основе полиметилметакрилата, фторопласта Ф-4Д, RO3010 при различных значениях среднего квадратического отклонения уровня шума в измеренных коэффициентах ослабления поля поверхностной медленной электромагнитной волны. Установлено, что точность реконструкции геометрических и электрофизических параметров слоёв уменьшается с увеличением числа оцениваемых параметров и уровня шума, а также с уменьшением диэлектрической проницаемости и толщины слоёв. Результаты экспериментальных исследований подтверждают адекватность разработанной имитационной модели. Представленная модель позволяет для конкретного измерительного комплекса, реализующего многочастотный радиоволновый метод поверхностных медленных электромагнитных волн, количественно оценить потенциально возможную точность реконструкции геометрических и электрофизических параметров многослойных диэлектрических материалов и покрытий. Согласно результатам имитационного моделирования и экспериментального исследования многослойного диэлектрического покрытия, при ширине полосы частот измерений 1 ГГц погрешности оценок диэлектрических проницаемостей и толщин слоёв составляют не более 10 % с доверительной вероятностью 0,95 при среднем квадратическом отклонении уровня шума 0,003–0,004.

1. Ахметшин А. М., Славин В. И., Тихий В. Г., Платонов Е. Д. Идентификация слоистых диэлектрических структур методом параметрической оптимизации в многочастотной СВЧ интроскопии // Дефектоскопия. 1983. № 12. С. 57–65.

2. Андреев М. В., Борулько В. Ф., Дробахин О. О. Применение концепции квазирешения для определения параметров слоистых диэлектрических структур по данным измерений характеристик отражения на многих частотах. Ч. I // Дефектоскопия. 1995. № 12. С. 41–50.

3. Борулько В. Ф., Дробахин О. О., Славин И. В. Многочастотные СВЧ неразрушающие методы измерения параметров слоистых диэлектриков. Днепропетровск: Изд-во ДГУ, 1982. 120 с.

4. Mohamed Abou-Khousa, Zoughi R., IEEE Transactions on instrumentation and measurement, 2007, vol. 56, nо. 4, pp. 1107–1113. https:/doi.org/10.1098/rspa.2009.0664

5. Mikhnev V. A., Nyfors E., Vainkainen P., IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1997, vol. 45, nо. 9, pp. 1405–1410. https:/doi.org/10.1109/8.623130

6. Казьмин А. И., Федюнин П. А. Восстановление структуры электрофизических параметров многослойных диэлектрических материалов и покрытий по частотной зависимости коэффициента ослабления поля поверхностной электромагнитной волны // Измерительная техника. 2019. № 9. С. 39–45. https:/doi.org/10.32446/0368-1025it.2019-9-39-45

7. Пат. № 2594761 РФ / А. И. Казьмин, В. А. Манин, П. А. Федюнин, Д. П. Федюнин // Изобретения. Полезные модели. 2016. № 23.

8. Федюнин П. А., Казьмин А. И., Манин В. А. СВЧ-способ дефектоскопии радиопоглощающих покрытий и устройство для его реализации // Контроль. Диагностика. 2017. № 11. С. 32–39. https:/doi.org/10.14489/td.2017.11.pp.032–039

9. Гринев А. Ю., Темченко В. С., Багно Д. В. Радары подповерхностного зондирования. Мониторинг и диагностика сред и объектов. М.: Радиотехника, 2013. 391 с.

10. Карпов И. Г. Аппроксимация экспериментальных распределений радиолокационных сигналов с использованием модернизированных распределений Пирсона // Радиотехника. № 5. 2003. С. 56–61.

11. Ищук И. Н., Карпов И. Г., Фесенко А. И. Обнаружение скрытых подповерхностных объектов в инфракрасном диапазоне длин волн на основе идентификации их тепловых свойств // Измерительная техника. 2009. № 4. С. 36–39.

12. Guido Valerio, David R. Jackson, Alessandro Galli, Proceedings of the Royal Society, 2010, vol. 466, pp. 2447–2469. https:/doi.org/10.1098/rspa.2009.0664

13. Andreas Patrovsky, Ke Wu, Universal Journal of Electrical and Electronic Engineering, 2013, nо. 1 (3), pp. 87–93. https:/doi.org/10.13189/ujeee.2013.010305

14. Zhuozhu Chen, Zhongxiang Shen, Applied Sciences, 2018, nо. 8 (1), р. 102. https:/doi.org/10.3390/app8010102

15. Бреховских Л. М. Волны в слоистых средах. M.: Наука, 1973. 343 с.