Исследование закономерностей фазовых переходов активных и реактивных электромагнитных полей в зоне их формирования излучающими и приемными системами и разработка на этой основе новых методов зондирования неоднородных сред и объектов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-19-10272

НазваниеИсследование закономерностей фазовых переходов активных и реактивных электромагнитных полей в зоне их формирования излучающими и приемными системами и разработка на этой основе новых методов зондирования неоднородных сред и объектов

Руководитель Якубов Владимир Петрович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" , Томская обл

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-706 - Радио- и телевизионные системы, радиолокация и связь

Ключевые слова Активное поле, реактивное поле, фазовый переход, ближняя зона, ближнепольная микроволновая, микроскопия, эванесцентные поля, магнитоиндукционная интроскопия, магнитовидение, томография, неоднородные поля

Код ГРНТИ29.05.33

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Электромагнитному полю, как и другим видам материи, свойственно нахождение в определенных фазовых состояниях. Например, в ближней зоне любой излучающей системы имеется, как правило, достаточно большой запас энергии, которая является преимущественно реактивной, вследствие наличия фазового сдвига между векторами напряженностей электрического и магнитного полей. В то же время, в дальней зоне подобного фазового сдвига нет, и поэтому состояние поля характеризуется наличием активной энергии. Своеобразная динамика перехода электромагнитного поля из одного фазового состояния в другое была подмечена, по-видимому, впервые, выдающимся физиком-теоретиком Р. Фейнманом и описана в известной книге «Фейнмановские лекции по физике. Т. 6. Электродинамика». Изучая структуру ближнего поля простейшего излучателя – диполя Герца он установил, что в этой зоне отсутствует временное запаздывание колебаний поля относительно колебаний порождающего его тока в диполе. Но при этом имеется четко выраженная граница перехода поля из одного состояния в другое. Такой переход имеет ряд черт, позволяющих охарактеризовать его как переход второго рода. Следует отметить также значительный интерес к исследованиям эффектов аномально малого запаздывания поля вблизи излучающих систем, нашедший отражение в недавних публикациях целого ряда авторов. Фазовым переходам второго рода свойственно скачкообразное изменение не параметров характеризующих состояние материи, а их производных от них. Как показали наши предварительные исследования в случае излучающих систем, это наиболее ярко проявляется как наличие фазового перехода электромагнитного поля. При этом можно указать пространственное положение некоторой воображаемой поверхности, на которой происходит этот фазовый переход. Достаточно лишь проследить характер изменения с расстоянием фазы компонент электромагнитного поля в ближней зоне излучателя. В заявляемом проекте концептуальное значение имеет нахождение экстремальных (максимальных) значений производной в зависимости фазы поля от расстояния в пределах ближней зоны излучающей системы. В частности, указанный признак составит основное ядро предлагаемых к разработке в проекте новых методов магнитоиндукционной интроскопии и ближнепольной микроволновой микроскопии. Методы магнитоиндукционной интроскопии находят широкое применение для поиска скрытых предметов в задачах дефектоскопии, геологии, строительства инженерных сооружений и системах досмотра людей и грузов. Переменные магнитные поля малой напряженности безопасны и не требуют контактных измерений. При этом слабопеременные магнитные поля проникают даже через металлические преграды и могут применяться для исследования внутренней структуры объектов с металлической оболочкой, в отличие от радиоволновых или ультразвуковых методов зондирования. Существующие методы магнитоиндукционной дефектоскопии, по сути, являются методами ближнего поля, разрешение которых существенно ухудшается с расстоянием. Для повышения разрешения необходима разработка методов, расширяющих пространственный спектр источников магнитного поля, либо методов позволяющих локализовать область чувствительности приёмной системы. Одной из целей проекта является разработка метода бесконтактного дистанционного магнитоиндукционного зондирования, с применением пространственно-неоднородных переменных магнитных полей, создаваемых специально сформированными структурами, для восстановления изображений электропроводящих малоразмерных объектов. Постобработка многомерного распределения измеренного вторичного магнитного поля, включая распределение его фазы, на основе решения обратных задач магнитоиндукционного зондирования позволит осуществлять магнитоиндукционную интроскопию высокого разрешения скрытых объектов. Новизна предлагаемого метода определяется, в частности, применяемыми подходами к решению обратных задач синтеза источников и приёмников для формирования неоднородных переменных магнитных полей, что позволяет повысить его разрешение в сравнении с известными на настоящий момент методами. Полученные результаты научных исследований актуальны во многих отраслях науки и могут применяться в геологии для оценки минерального состава грунта и при поиске месторождений руд металлов; для поиска мин в геолокации; в материаловедении для исследования новых композитных материалов; в дефектоскопии и неразрушающем контроле; в медицине для создания диагностического оборудования; в радиофизике для создания систем обеспечения безопасности для противодействия терроризму и систем зондирования неоднородных сред. Результаты проекта будут востребованы во многих отраслях промышленности, в частности на металлургических производствах для дефектоскопии и контроля однородности продукции. Ближнепольная микроволновая микроскопия стала стремительно развиваться после того, как экспериментально была подтверждена возможность преодоления фундаментальных пределов, теоретически предсказанных Аббе и Релеем. И если на первых порах эта возможность получения, так называемого, сверхразрешения была реализована в исследованиях широкого круга практических задач современной радиоэлектроники, материаловедения, дефектоскопии, то теперь явно наблюдается смещение центра тяжести исследований в область медицины. Достоверно теоретически и экспериментально показано, что методы ближнепольной микроволновой микроскопии обеспечивают с удовлетворительным разрешением выявление опасных образований на глубине 3-5 см от поверхности тела. Еще одной целью проекта является построение и экспериментальная проверка новой концепции ближнепольной микроволновой диагностики в перекрывающихся эванесцентных полях систем излучателей; теоретическая и экспериментальная оценка разрешающей способности и чувствительности предлагаемой версии ближнепольного интерференционного микроволнового микроскопа; изучение возможностей подобного микроскопа в рамках экспериментов с фантомами различных биологических сред.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Суханов Д.Я., Завьялова К.В. Magnetic Field of Conductive Objects as Superposition of Elementary Eddy Currents and Eddy Current Tomography Russian Physics Journal, Volume 60, Issue 11, Pages 1880-1887 (год публикации - 2018)
10.1007/s11182-018-1297-6

2. Росляков С., Якубов В.П., Завьялова К.В. Plane Source of Concentrated Magnetic Field Based on Square Coils MATEC Web of Conferences, Volume 155, Номер статьи 01024 (год публикации - 2018)
10.1051/matecconf/201815501024

3. Суханов Д.Я., Завьялова К.В, Кадурина А. Method for enhancement of spatial resolution of eddy current imaging Measurement Science and Technology (год публикации - 2019)

4. Суханов Д.Я., Завьялова К.В. Method of multi-angle transmission radio-wave tomography of dielectric objects Inverse Problems (год публикации - 2019)

5. Якубов В.П., Вайман Е.В., Шипилов С.Э., Прасатх А.К. Diffractive Hyperbola of a Skin Layer Russian Physics Journal, Volume 60, Issue 11, Pages 1905-191 (год публикации - 2018)
10.1007/s11182-018-1301-1

6. Суханов Д. Я., Росляков С. Plane source of concentrated magnetic field IEEE Transactions on Magnetics (год публикации - 2019)

7. Якубов В.П. Chapter 8 Wave Vision // Semiconductor Nanotechnology : advances in information and energy processing and storage Springer, Cham, Cham: Springer International Publishing AG, 2018. P. 236. (год публикации - 2018)
10.1007/978-3-319-91896-9_8

8. Суханов Д.Я., Ерзакова Н.Н. Visualization of broadband sound sources EDP Sciences, Volume 79,Article number 01001 (год публикации - 2016)
10.1051/matecconf/20167901001

9. Якубов В.П., Вайман Е.В., Прасатх А. Phase transition in the formation of electromagnetic radiation Russian Physics Journal (год публикации - 2016)

10. В.П. Якубов, А.В. Каменев, С.В. Понаморев Spherical Lens-Reflector for Aerospace Communication PIERS proceedings (IEEE Xplore) (год публикации - 2017)

11. В.П. Якубов, Е.В. Вайман, С.Э. Шипилов, А. Прасатх Дифракционная гипербола скин-слоя ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. ФИЗИКА (Переводная версия: Russian Physics Journal), Том 60. – №11. – Стр. 51-55 (год публикации - 2017)

12. Суханов Дмитрий, Завьялова Ксения Radiotomography based on monostatic interference measurements with controlled oscillator EDP Sciences, Volume 79, Article number 01040 (год публикации - 2016)
10.1051/matecconf/20167901040

13. В.П. Беличенко, А.С. Запасной, А.С. Мироньчев и Е.В. Матвиевский Near-field interference microwave diagnostics Journal of Physics: Conference Series, IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1828314(526071879)012014 (год публикации - 2017)
10.1088/1742-6596/881/1/012014

14. Суханов Д.Я., Завьялова К.В. Localization of equivalent sources of magnetic field by remote measurements CriMiCo'2016, Volume 9., pp. 2082-2088 (год публикации - 2016)

15. Беличенко В.П., Запасной А.С., Мироньчев А.С. Ближнепольная интерференционная СВЧ диагностика CriMiCo'2016, Volume 8., pp. 1838-1844 (год публикации - 2016)

16. Дмитрий Суханов, Ксения Завьялова, Мария Гончарук Three-axis orthogonal transceiver coil for eddy current sounding Journal of Physics: Conference Series, IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1828314(526071879)012035 (год публикации - 2017)
10.1088/1742-6596/881/1/012035

17. Суханов Д.Я., Завьялова К.В. Представление поля электродинамического объекта в виде суперпозиции полей элементарных вихревых токов и их томографии ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. ФИЗИКА (переводная версия в журнале: Russian Physics Journal), Том 60. – №11. – Стр. 28-34 (год публикации - 2017)

18. Мироньчев А.С., Горст А.В. Near-field interaction of closed cells for metamaterial creation EDP Sciences, Volume 79, Article number 01064 (год публикации - 2016)
10.1051/matecconf/20167901064

19. Прасатх А.К., Кузьменко И.Ю., Муксунов Т.Р., Якубов В.П. Wireless data transmitting in radiotomography SWorld, Выпуск №3 (44), Том 1, 2016 / Issue №3 (44), 2016 (год публикации - 2016)

20. В.П. Якубов, В.П. Беличенко, К.В. Завьялова, С.Э. Шипилов Skin Layer as a Tool for Probing Strongly Absorbing Media PIERS proceedings (IEEE Xplore) (год публикации - 2017)

21. Беличенко В.П., Запасной А.С., Мироньчев А.С. Numerical modeling and experimental investigation of the breadboard model of a near-field interference microscope EDP Sciences, Volume 79, Article number 01016 (год публикации - 2016)
10.1051/matecconf/20167901016

Публикации

4. Суханов Д.Я., Завьялова К.В. Method of multi-angle transmission radio-wave tomography of dielectric objects Inverse Problems (год публикации - 2019)

6. Суханов Д. Я., Росляков С. Plane source of concentrated magnetic field IEEE Transactions on Magnetics (год публикации - 2019)

9. Якубов В.П., Вайман Е.В., Прасатх А. Phase transition in the formation of electromagnetic radiation Russian Physics Journal (год публикации - 2016)

Публикации

4. Суханов Д.Я., Завьялова К.В. Method of multi-angle transmission radio-wave tomography of dielectric objects Inverse Problems (год публикации - 2019)

6. Суханов Д. Я., Росляков С. Plane source of concentrated magnetic field IEEE Transactions on Magnetics (год публикации - 2019)

9. Якубов В.П., Вайман Е.В., Прасатх А. Phase transition in the formation of electromagnetic radiation Russian Physics Journal (год публикации - 2016)