Патент на изобретение №2328751
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) МНОГОЧАСТОТНЫЙ РАДИОТЕРМОГРАФ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для измерения радиотеплового излучения тел, в частности, в медицине, для измерения температурного поля внутренних тканей человека. Технический результат состоит в обеспечении изучения температурных полей в теле человека и их динамических изменений, возникающих при различных воздействиях и вследствие заболеваний. Для этого радиотермограф, содержащий N антенн одного диапазона частот, соединенных с N СВЧ-выключателями, N датчиков температуры, циркулятор, термостат, согласованную нагрузку, находящуюся в тепловом контакте с термостатом и подключенную к циркулятору, радиометрический приемник, содержит (k-1)N антенн дополнительных диапазонов частот, где k – число диапазонов частот радиотермографа, k генераторов шума, (k-1)×N+k дополнительных СВЧ-выключателей, (k-1)×N дополнительных датчиков температуры, (k-1) дополнительных циркуляторов, (k-1) дополнительных многоканальных измерителей температуры, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, контроллер и блок регистрации и индикации. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. – коэффициент отражения мощности на границе раздела сред «тело человека – антенна 1», U0 – константа, определяемая собственными шумами радиометрического приемника и параметрами детектора. Через определенный промежуток времени, например через одну миллисекунду, под воздействием управляющего сигнала контроллера 12 дополнительно к первому СВЧ-выключателю 2, подключенному к первой антенне первой группы, включается СВЧ-выключатель 2, подключенный к первому генератору шума. При этом остальные СВЧ-выключатели находятся в выключенном состоянии. Излучение из глубины тела человека в радиочастотном диапазоне достигает раздела сред «тело человека – первая антенна» и, частично отражаясь, принимается первой антенной 1. Мощность принятого шумового сигнала из первой антенны 1 через первый СВЧ-выключатель 2 и первый циркулятор 4 поступает на вход первого радиометрического приемника 7. Одновременно мощность шума от первого генератора шума 8 суммируется с мощностью шума первой согласованной нагрузки 6 и через циркулятор 4 и первый СВЧ-выключатель 2 попадает на раздел сред «первая антенна 1 – тело человека», где, частично отражаясь, через первый СВЧ-выключатель и первый циркулятор попадает на вход первого радиометрического приемника 7 и добавляется к шумовому сигналу от тела человека. Усиленный и продетектированный сигнал с выхода радиометрического приемника 7 подается через коммутатор 10 на аналого-цифровой преобразователь 11, с выхода которого цифровые отсчеты сигнала поступают на контроллер 12. Контроллер 12 усредняет значения цифровых отсчетов и в результате получает число, пропорциональное суммарной мощности входных шумовых сигналов мощности, которое может быть описано формулой: Сравнение измеренных значений коэффициентов отражения антенн с допустимым значением может быть произведено непосредственно контроллером. В этом случае индикация о неисправности каждой из антенн или ее некорректной установке на теле человека индицируется с помощью лампочки или светодиодного индикатора. Таким образом, блок регистрации и индикации 13 может содержать k×N индикаторов рассогласования антенн (не показаны). Используя формулы (1)-(5), получаем: – коэффициент пропорциональности, зависящий от схемы радиотермографа; Тш – шумовая температура радиотермографа, К;
Шумовая температура радиотермографа складывается из шумовой температуры антенны, шумовой температуры СВЧ-тракта до входа радиометрического приемника и шумовой температуры радиометрического приемника. Для повышения точности измерения радиояркостной температуры тела человека необходимо снижать шумовую температуру системы, которая в значительной степени определяется коэффициентом шума радиометрического приемника. Для повышения достоверности полученных измерений необходимо контролировать коэффициент шума радиометрического приемника и сравнивать его с допустимым значением. Коэффициент шума F радиометрического приемника может быть вычислен по результатам измерения выходных шумовых сигналов Uизм3, Uизм4 при поступлении на его вход шума только от согласованной нагрузки и при подаче на вход радиометрического приемника суммарной мощности от согласованной нагрузки и генератора шума. Выходные сигналы в этих случаях описываются формулами (3) и (4). При этом используется стандартная методика автоматического измерения коэффициента шума четырехполюсника (см. Измерения в электронике. Справочник. Под ред. Доброхотова Б.А. Том.2, М. – Л., 1965, стр.111). Можно показать, что В предлагаемом многочастотном радиотермографе контроллер вычисляет коэффициенты шума F радиометрических приемников, значение которых индицируется с помощью индикаторов, находящихся в блоке регистрации и индикации. Это дает оператору информацию об исправности приемников и тем самым повышает достоверность измерения радиояркостных температур. В связи с тем, что диапазон измеряемых температур обычно не превышает 3°С, большое значение имеет стабильность параметров СВЧ-выключателей 2, 3, циркулятора 4, согласованной нагрузки 6, радиометрического приемника 7 и генератора шума 8, которая зависит от окружающей температуры. Поэтому для уменьшения погрешностей измерения радиояркостной температуры тела человека эти узлы многоканального радиотермографа размещены в термостате 5, температура которого поддерживается на уровне температуры тела человека, то есть близкой к 36,6°С. Поддержание заданной температуры термостата 5 осуществляется с помощью дополнительного датчика температуры (не показан), размещенного в термостате и подключенного к многоканальному измерителю температуры, и размещенного в термостате нагревательного элемента (не показан), включение и выключение которого осуществляется по команде контроллера. В качестве микропроцессора в многочастотном радиотермографе может быть использован микроконтроллер типа AT89S8252 фирмы ATMEL, аналого-цифровой преобразователь AD 7818 фирмы ANALOG DEVICE или микроконтроллер семейства MCS-51. В качестве многоканального измерителя температуры использовано устройство контроля температуры УКТ38-Щ4 фирмы «Овен», Россия. Проведенные исследования показали большие диагностические возможности многочастотного радиотермографа, который позволяет изучать температурные поля в теле человека и их динамические изменения, возникающие при различных воздействиях и вследствие заболеваний.
Формула изобретения
1. Радиотермограф, содержащий N антенн одного диапазона частот, соединенных с N СВЧ-выключателями, N датчиков температуры, циркулятор, термостат, согласованную нагрузку, находящуюся в тепловом контакте с термостатом и подключенную к циркулятору, радиометрический приемник, отличающийся тем, что содержит (k-1)N антенн дополнительных диапазонов частот, где k – число диапазонов частот радиотермографа, к генераторов шума, (k-1)·N+k дополнительных СВЧ-выключателей, (k-1)·N дополнительных датчиков температуры, (k-1) дополнительных циркуляторов, (k-1) дополнительных многоканальных измерителей температуры, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, контроллер и блок регистрации и индикации, причем антенны дополнительных диапазонов частот соединены соответственно с первыми (k-1)·N дополнительными СВЧ выключателями, выходы каждых N из первых kN СВЧ-выключателей, соединенных с антеннами одного и того же диапазона частот, соединены между собой и подключены соответственно к первым входам циркуляторов, согласованные нагрузки подключены соответственно к вторым входам циркуляторов, выходы циркуляторов подключены соответственно к входам радиометрических приемников, генераторы шума подключены соответственно к вторым дополнительным СВЧ-выключателям, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами циркуляторов, дополнительные согласованные нагрузки, циркуляторы, генераторы шума и радиометрические приемники находятся в тепловом контакте с термостатом, датчики температуры находятся в тепловом контакте с антеннами и подключены к входам многоканального измерителя температуры, выход которого подключен к первому входу контроллера, управляющие входы СВЧ-выключателей подключены к выходам контроллера, выходы радиометрических приемников соединены через коммутатор с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к второму входу контроллера, а блок регистрации и индикации подключен к контроллеру. 2. Радиотермограф по п.1, отличающийся тем, что блок регистрации и индикации содержит k·N индикаторов рассогласования антенн и к индикаторов коэффициентов шума радиометрических приемников.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
F – полоса принимаемых частот, Гц;
