Формула мощность приемника: Формула 1 — средняя мощность в активной нагрузке — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Расчет мощности на приемнике при дистантных измерениях в спектрофотометрии

Авторы: Земскова Екатерина Викторовна, Тезяев Сергей Анатольевич

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №14 (148) апрель 2017 г.

Дата публикации: 09.04.2017 2017-04-09

Статья просмотрена: 128 раз

Скачать электронную версию

Скачать Часть 1 (pdf)

Библиографическое описание:

Земскова, Е.

В. Расчет мощности на приемнике при дистантных измерениях в спектрофотометрии / Е. В. Земскова, С. А. Тезяев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 14 (148). — С. 63-67. — URL: https://moluch.ru/archive/148/41866/ (дата обращения: 10.11.2022).

В данной статье был произведен расчет чувствительностиприёмника, при различном расстоянии между источником и приемником для мышечной ткани и ткани головы. Расчет проведен двумя методами с использованием коэффициента DPF взятый равным 5,6–6,0 или рассчитанный по формуле. Полученные данные представлены в виде графиков, из чего был сделан следующий вывод, что сигнал полученный дистантным методом, ослабевает сильнее, следовательно, приемник излучения должен иметь определенную чувствительность.

Ключевые слова: спектрофотометрия, дистантные измерения, энергетический расчет

Спектрофотометрия биотканей позволяет получать информацию о функциональной активности биологической ткани и ее метаболизме, о работе системы транспорта кислорода. Благодаря этому спектрофотометрия биотканей занимают прочное положение в решении важных задач функциональной диагностики, а также являются активно развивающимися в настоящее время областями неинвазивной диагностики.

Важным шагом является создание спектрофотометра с возможностью дистантных измерений. В случае, когда кожный покров поврежден в следствии механического, химического или термического воздействия, данный аппарат даст возможность провести быструю, количественную и неинвазивную оценку состояния кожного покрова, что может помочь врачам в определении жизнеспособности ткани и принятие решения о дальнейшем лечении.

При разработке спектрофотометра с возможностью дистантных измерений, необходимо учитывать многие факторы, начиная от лазерной безопасности при работе с биообъектом, а также и особенности конструкции.

В данной работе будет проведен расчет мощности на приёмнике при различном расстоянии между источником и приемником.

Исходные данные

Для спектрофотометра с возможностью дистантного измерения проведем рассечёт мощности на приёмнике в зависимости от расстояния между источником и приемником для мышечной ткани и для ткани головы.

В рассматриваемом приборе излучения с длиной волны λ мощностью W от источника излучения доставляется по средствам оптической системы освещения к обследуемому биологическому объекту. Внутри биологического объекта попадающее туда излучения претерпевает многократные рассеяния на границах неоднородностей анатомической и клеточной структур, и частично поглощается составляющими биологического объекта, веществами: водой, меланином, гемоглобином крови и другие. Часть ослабленного за счет поглощения и рассеяния излучения, вследствие многократных актов рассеяния, снова выходит на поверхность, составляя так называемый поток обратно рассеянного излучения. Благодаря чему на приемник приходит световой поток определенной мощности . Так же мощность излучения, которая попадет на приемник, зависит от расстояния, на котором будут находится источник и приемник.

Проведем анализ зависимости мощности, приходящий на приемник, от расстояния между источником и приемником. воспользуемся известным выражением.

(1)

Где Wист- мощность источника излучения, Wист зависит от мощности источника и свойства биообъекта. Wист= 1÷5 мВт [1]; μ_a — коэффициент поглощения исследуемой биоткани, r- расстояние между источником и приемником, k— коэффициент отражения, по уже известным значениям, указанным на рис 1, рассмотрим длину волны в диапазоне от 650–900 нм. Примем среднее значение k=0.65 отн.ед.;

Рис. 1. Коэффициент отражения от поверхности кожи в зависимости от длины волны [2]

Приведенные в литературе диапазоны значений оптических параметров биотканей соответствуют интервалам: а — от 0,05 до 1 и s — от 0,1 до 1000 [3]. Типичные значения для s’ сильно рассеивающих тканей (мышечной, головного мозга и др.) находятся в диапазоне от 3 до 20 , для а — от 0,1 до 0,3 [3]. Для большего удобства представим переставим данные в виде таблицы.

Мышечная ткань

Ткани головы

0.1

DPF — безразмерный дифференциальный фактор длины пути, учитывающий многократное рассеяние излучения в среде. Величина DPF для многократно рассеивающих биологических тканей, находится в диапазоне 5,6–6,0 экспериментальные исследования по определению DPF проводились A. Duncan [4]. r- расстояние между источником и приемником.

Полученные данные

При расчёте, рассмотрим 2 величины мощности источника: Wист= 1 мВт и Wист= 5 мВт;

Рис. 2. Зависимость мощности на приёмнике от расстояния между источником и приемником, при оптических параметрах среды =0.13 и s = 5, для мышечной ткани

Рис. 3. Зависимость мощности на приёмнике от расстояния между источником и приемником, при оптических параметрах среды =0.1 и s =5, для тканей головы

Если проводить более точные расчеты, то в этом случае необходимо просчитать значение DPF, которое рассчитывается по формуле:

(2)

Результаты расчёта представлены на рисунке 4 и рисунке 5.

Рис. 4. Зависимость мощности на приёмнике от расстояния между источником и приемником, при оптических параметрах среды =0.13 и s = 5, для мышечной ткани

Рис. 5. Зависимость мощности на приёмнике от расстояния между источником и приемником, при оптических параметрах среды =0.1 и s = 9, для тканей головы

Про анализируя полученным значений, можно сказать, что коэффициент DPF взятый равным 5,6–6,0 или рассчитанный по формуле (2), дает не значительные отклонения, следовательно, при расчете спектрофотометра с возможностью дистантных измерений можно использовать любой метод расчета.

Вывод: проведя данные расчеты и построив графики, можно сказать, что при увеличении расстояния между источником и приемником, мощность W(r) уменьшается, следовательно, приемник должен иметь чувствительность, позволяющую уловить сигнал, полученный дистантным методом.

Литература:

ГОСТ Р 50723–94: Лазерная безопасность общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерного изделия.
Dolotov L. E., Sinichkin Yu.P., Tuchin V. V., Utz S. R., Altshuler G. B., I. V. Yaroslavsky. Design and Evaluation of a Novel Portable Erythema-Melanin-Meter // Lasers in Surgery and Medicine. — 2004. — V. 34. — P. 127–135.

Оптическая биомедицинская диагностика. В 2 т. Т. 1 / Пер. с англ. под ред. В. В. Тучина. — М.: Наука, Физматлит, 2007. — 560 с.
A. Duncan, J. H. Meek, M. Clemence, C. E. Elwell, L. Tyszczuk, M. Cope, D. T. Delpy. Optical pathlength measurements on adult head, calf and forearm and the head of the newborn infant using phase resolved near infrared spectroscopy // Phys. Med. Biol.. — 1995. — Vol. 40. — С. P.295–304

Основные термины (генерируются автоматически): DPF, мышечная ткань, приемник, зависимость мощности, источник, оптический параметр среды, длина волны, расстояние, ткань головы, кожный покров.

Ключевые слова

спектрофотометрия, дистантные измерения, энергетический расчет

Коэффициент мощности cos φ: определение, назначение, формула

Пример HTML-страницы

Коэффициент мощности – это скалярная физическая величина, показывающая насколько рационально потребителями расходуется электрическая энергия. Другими словами, коэффициент мощности описывает электроприемники с точки зрения присутствия в потребляемом токе реактивной составляющей.

В этой статье мы рассмотрим физическую сущность и основные методы определения cos φ.

Содержание

Математически cos φ
Повышение коэффициента мощности
Повышение cos φ преследует 3 основные задачи:
Основные способы коррекции cos φ

Математически cos φ

Математически cos φ определяется как отношение активной мощности к полной или равен отношению косинуса этих величин (отсюда и название параметра).

Величина коэффициента мощности может изменяться в интервале 0 — 1 (либо в диапазоне 0 — 100%). Чем ближе его величина к 1, тем лучше, поскольку при величине cos φ = 1 – потребителем реактивная мощность не потребляется (равняется 0), следовательно, меньше потребляемая полная мощность в общем.

Низкий cos φ указывает на то, что на внутреннем сопротивлении потребителя выделяется повышенная реактивная мощность.

Когда токи / напряжения являются идеальными сигналами синусоидальной формы, то коэффициент мощности составляет 1.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

В энергетике для коэффициента мощности используются следующие обозначения cos φ либо λ. В случае если для определения коэффициента мощности используется λ, его значение выражают в %.

Геометрически коэффициент мощности можно изобразить, как косинус угла на векторной диаграмме между током, напряжением между током, напряжением. В связи с чем при синусоидальной форме токов и напряжений величина cos φ совпадает с косинусом угла, от которого отстают эти фазы.

Короткое видео о кратким объяснением, что такое коэффициент мощности:

Повышение коэффициента мощности

Значение коэффициента мощности рассчитывают при проектировании сетей. Поскольку низкое его значение является следствием увеличения величины общих потерь электроэнергии. Для его увеличения в сетях используют различные способы коррекции, повышая его значение до 1.

Повышение cos φ преследует 3 основные задачи:

снижение потерь электроэнергии;
рациональное использование цветных металлов на создание электропроводящей аппаратуры;
оптимальное использование установленной мощности трансформаторов, генератор и прочих машин переменного тока.

Технически коррекция реализуется в виде введения различных дополнительных схем на вход устройств. Эта техника требуется для равномерного использования мощности фазы, устранения перегрузок нулевого провода 3-х-фазной сети, и является обязательной для импульсных источников питания, установленной мощностью 100 Вт и более.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Помимо этого, компенсация позволяет обеспечить отсутствие всплесков потребляемого тока на пике синусоиды, равномерную нагрузку на питающую линию.

Основные способы коррекции cos φ

1. Коррекция реактивной составляющей мощности производится путём включения реактивного элемента, имеющего противоположное действие. К примеру, для компенсации работы асинхронной машины, обладающей высокой индуктивной реактивной составляющей мощности, в параллель включается конденсатор.

2. Корректировка нелинейности электропотребления. При потреблении тока нагрузкой непропорционально основной гармонике напряжения, для повышения коэффициента мощности в схему вводят пассивный (активный) корректор коэффициента мощности. Наиболее простым примером пассивного корректора cos φ является дроссель с высокой индуктивностью, подключаемый последовательно с нагрузкой. Дроссель производит сглаживание импульсного потребления нагрузки и создание низшей, основной гармоники тока.

3. Корректировка естественным способом, не предусматривающая установку дополнительных устройств, предполагает упорядочение технологического процесса, рациональное распределение нагрузок, ведущее к улучшению режима потребления электроэнергии оборудованием, повышению коэффициента мощности.

Подробное видео с объяснением, что такое cosφ :

Уравнение Фрииса — (также известное как Формула передачи Фрииса)

На этой странице мы вводим одно из самых фундаментальных уравнений в теории антенн, Уравнение передачи Фрииса . Уравнение передачи Фрииса используется для расчета мощности при приеме с одной антенны (с усилением G1 ), при передаче с другой антенны (с усилением G2 ), разделены расстоянием R и работают на частоте f или на длине волны лямбда. Эту страницу стоит прочитать пару раз, и она должна быть полностью понята.

Вывод формулы Friis Transmission Formula

Чтобы начать вывод уравнения Фрииса, рассмотрим два антенны в свободном пространстве (рядом нет препятствий) на расстоянии R :

Рис. 1. Передающая (Tx) и приемная (Rx) антенны, разделенные расстоянием R .

Предположить, что Ватт общей мощности поступает на передающую антенну. На данный момент предположим что передающая антенна является всенаправленной, без потерь, и что приемная антенна находится в дальней зоне передающей антенны. Тогда плотность мощности p (в ваттах на квадратный метр) плоской волны, падающей на приемную антенну, на расстоянии R от передающей антенны:

Если передающая антенна имеет усиление антенны в направлении приемной антенны, заданной , то приведенное выше уравнение удельной мощности принимает вид:

Коэффициент усиления влияет на направленность и потери реальной антенны. Предположим теперь, что приемная антенна имеет эффективную апертуру, определяемую выражением . Тогда мощность, принимаемая этой антенной () определяется как:

Поскольку эффективную апертуру любой антенны также можно выразить как:

Результирующая полученная мощность может быть записана как:

		[Уравнение 1]

Это известно как Friis Transmission Formula . Это относится потери на трассе в свободном пространстве, коэффициенты усиления антенны и длина волны принимаемые и передающие мощности. Это один из основополагающих уравнения в теории антенн, и их следует помнить (а также как вывод выше).

Другая полезная форма уравнения передачи Фрииса представлена в уравнении [2]. С длина волны и частота f связаны скоростью света c (см. введение на страницу частоты), у нас есть формула передачи Friis в терминах частоты:

		[Уравнение 2]

Уравнение [2] показывает, что больше мощности теряется на более высоких частотах. Это фундаментальное результат уравнения передачи Фрииса. Это означает, что для антенн с заданным усилением передача энергии будет максимальной на более низких частотах. Разница между полученной мощностью а передаваемая мощность известна как потеря пути . Говоря по-другому, уравнение передачи Фрииса говорит, что потери на пути выше для более высоких частот.

Важность этого результата Формулу трансмиссии Friis невозможно переоценить. Вот почему мобильные телефоны обычно работают на частоте менее 2 ГГц. Может быть больше частотного спектра, доступного на более высоких частотах, но связанные с этим потери на пути не обеспечит качественный прием. В качестве дальнейшего следствия уравнения передачи Фрисса предположим, что вы просят про 60 ГГц антенны. Отметив, что эта частота очень высока, вы можете утверждать, что потери на пути будут слишком велики для дальней связи — и вы абсолютно правы. На очень высоком частотах (60 ГГц иногда называют миллиметровой (миллиметровой) областью), потери на трассе очень велики. высокая, поэтому возможна только двухточечная связь. Это происходит, когда приемник и передатчик находятся в одной комнате и стоят лицом друг к другу.

Как еще одно следствие формулы передачи Friis, как вы думаете, счастливы ли операторы мобильной связи? о новом диапазоне LTE (4G), работающем на частоте 700 МГц? Ответ положительный: это более низкая частота, чем антенны традиционно работают при , но из уравнения [2] мы отмечаем, что потери на трассе, таким образом, будут быть и ниже. Следовательно, они могут «покрыть больше территории» с этим частотным спектром, а Verizon Wireless руководитель недавно назвал это «высококачественным спектром» именно по этой причине. Примечание: с другой стороны, производители сотовых телефонов должны будут установить антенну с большей длиной волны. в компактном устройстве (меньшая частота = большая длина волны), поэтому работа проектировщика антенн немного усложнилась. сложнее!

Наконец, если антенны не согласованы по поляризации, указанная выше принимаемая мощность может умножить на коэффициент поляризационных потерь ( PLF ) правильно учитывать это несоответствие. Уравнение [2] выше можно изменить, чтобы получить обобщенная формула передачи Фрииса, которая включает несоответствие поляризации:

		[Уравнение 3]

См. также расчет децибел, который может значительно упростить вычисление уравнения передачи Фрииса.

Следующая тема: Температура антенны

Основные сведения об антенне

Учебное пособие по антенне (для дома)

Эта страница уравнения передачи Фрииса (или формулы передачи Фрииса) защищена авторским правом. Никакая часть не может быть воспроизведена без разрешения автора. Авторское право антенна-теория.com, 2009-2015.

Уравнение дальности действия радара

Уравнение дальности действия радара Дом

Контур страницы

Радиолокационный диапазон
Радар-детектор Диапазон

Радиолокационный диапазон

Существуют сотни версий уравнения дальности действия радара. Ниже приведена одна из основных форм системы с одной антенной (одна и та же антенна для передачи и приема). Предполагается, что цель находится в центре луча антенны. Максимальная дальность обнаружения РЛС составляет;

Переменные в приведенном выше уравнении являются постоянными и зависят от радара, за исключением RCS цели. Мощность передачи будет порядка 1 мВт (0 дБм), а коэффициент усиления антенны около 100 (20 дБ) для эффективной излучаемой мощности (ERP) 100 мВт (20 дБм). Минимальные обнаруживаемые сигналы порядка пиковатт; RCS для автомобиля может быть порядка 100 квадратных метров. Точность уравнения дальности радара зависит от входных данных.
Минимальный обнаруживаемый сигнал (P _мин ) зависит от полосы пропускания приемника (B), коэффициента шума (F), температуры (T) и требуемого отношения сигнал/шум (S/N). Приемник с узкой полосой пропускания будет более чувствительным, чем приемник с более широкой полосой пропускания. Коэффициент шума — это мера того, сколько шума устройство (приемник) вносит в сигнал: чем меньше коэффициент шума, тем меньше шума вносит устройство. Повышение температуры влияет на чувствительность приемника за счет увеличения входного шума.

P _мин. = k T B F (S/N) _мин.

P _min = Минимальный обнаруживаемый сигнал
k = Постоянная Блоцмана = 1,38 x 10 ^-23 (Ватт*сек/°К)
T = Температура (°К)
B = Полоса пропускания приемника (Гц)
F = Коэффициент шума (отношение), коэффициент шума (дБ)
(отношение сигнал/шум) _мин. = минимальное отношение сигнал/шум
Доступная мощность теплового шума на входе ( фоновый шум ) пропорциональна произведению kTB, где k — постоянная Больцмана, T — температура (градусы Кельвина), а B — шумовая полоса приемника (приблизительно ширина полосы приемника) в герцах.

T = 290°K (62,33°F), B = 1 Гц

кТБ = -174 дБм/Гц

Уравнение дальности действия радара, приведенное выше, может быть записано для принимаемой мощности как функции дальности для заданной мощности передачи, длины волны, коэффициента усиления антенны и RCS.

P _rec = Принимаемая мощность
P _t = Мощность передачи
f _o = Частота передачи
Lamda = Длина волны передачи

G = усиление антенны
Sigma = поперечное сечение радара
R = дальность
c = скорость света

Радар-детектор диапазона

Радар имеет потерю дальности, обратно пропорциональную дальности в 4-й степени (1/R ⁴ ). Потери дальности радиосвязи обратно пропорциональны квадрату дальности (односторонний путь равен 1/R ² ). Мощность принимаемого сигнала (радар-детектором), где Gdet — коэффициент усиления антенны детектора, может быть выражена, как показано ниже. Заменяя принимаемую мощность минимальным сигналом детектора радара, можно оценить максимальную дальность действия детектора, если известны мощность радара и коэффициент усиления антенны (ERP — эффективная излучаемая мощность).

Расчет мощности на приемнике при дистантных измерениях в спектрофотометрии

Ключевые слова

Похожие статьи

Исследования возможностей дистантных измерений…

Определение физических

Роль

Применение и перспективы использования легированных…

Использование ультразвуковых

Двухчастотный метод обнаружения низкоконтрастных подкожных…

Затухания в идеальном