Содержание дисциплины

Название темы

Содержание

Всего часов (аудит.) по дневн. форме обучения

Всего часов (аудит.) по заочной форме обучения

Контролируемая самостоятельная работа студентов

1

2

3

4

5

Тема 1.

Общие сведения о физике преобразования.

Основные термины и определения

Краткий исторический обзор развития преобразования неэлектрических величин. Роль преобразователей в техническом обеспечении безопасности.

Основные термины и определения в области физики преобразования. Принципы и методы преобразований неэлектрических величин, основные погрешности преобразования одних физических величин в другие и их разновидности, преобразователи и их общая классификация.

2

-

2

Тема 2.

Основные уравнения теории электромагнетизма

Вектора поля. Характеристики и параметры сред. Поляризация и намагниченность. Диэлектрическая и магнитная проницаемость сред. Классификация сред. Уравнения электродинамики в интегральной и дифференциальной формах. Законы Фарадея, Ампера, Ома, сохранения заряда. Токи проводимости и смещения. Уравнение непрерывности электрического тока. Уравнения Максвелла и их физический смысл. Сторонние напряжённости поля. Уравнения Максвелла с учётом сторонних токов и зарядов. Классификация электромагнитных явлений.

2

0,5

1,5

Тема 3.

Граничные

условия в теории электромагнетизма.

Невозможность применения дифференциальных уравнений электродинамики на границе раздела двух сред. Граничные условия для нормальных и тангенциальных составляющих векторов поля. Граничные условия на границе раздела с идеальным проводником. Полная система граничных условий.

2

-

2

Тема 4.

Энергия электромагнитного поля.

Баланс энергии поля в дифференциальной и интегральной формах. Плотность энергии электрического и магнитного полей. Вектор Пойнтинга. Теорема Умова-Пойнтинга.

2

0,5

1,5

Тема 5.

Единственность решения задач в теории электромагнетизма

Внутренние и внешние задачи электродинамики. Теорема единственности для внутренней и внешней задач электромагнетизма. Условия излучения.

2

-

2

Тема 6.

Статистические и стационарные электромагнитные поля

Электростатические поля. Методы решения задач электростатики. Уравнения Пуассона и Лапласа. Магнитное поле постоянного тока. Скалярный и векторный потенциал магнитного поля. Численные методы решения стационарных задач электромагнитного поля. Анализ преобразования неэлектрических величин на основе теории электромагнетизма.

2

-

2

Тема 7.

Монохроматические электромагнитные поля.

Уравнения Максвелла для монохроматических полей. Комплексные параметры среды. Граничные условия для векторов поля. Баланс энергия монохроматических полей. Активная и реактивная составляющие мощности. Условие резонанса для изолированной области. Особенности подходов анализа электромагнитных полей для обеспечения безопасности.

2

-

2

Тема 8.

Волновые уравнения для векторов поля

Электродинамические потенциалы. Волновые уравнения для векторов электромагнитного поля. Электродинамический потенциал. Волновые уравнения для электродинамических потенциалов. Определение электродинамических потенциалов по заданному распределению токов и заряд. Вектор Герца.

2

-

2

Тема 9.

Излучение электромагнитных волн

Элементарный электрический излучатель. Поле излучателя в ближней и дальней зонах. Мощность и сопротивление излучения, диаграмма направленности. Поле в промежуточной зоне. Элементарный магнитный излучатель. Поле магнитного излучателя в ближней и дальней зонах. Элемент Гюйгенса. Основные типы антенн и их применение в системах безопасности.Основы метода эквивалентной линейной антенны.

2

0,5

1,5

Тема 10.

Плоские волны в однородной среде

Плоская волна как предельный случай сферической волны. Параметры плоской волны и структура поля. Плоские волны в однородной среде с потерями. Различные виды поляризации плоской волны: линейная, круговая, эллиптическая. Плоские волны в однородной анизотропной среде. Тензор магнитной проницаемости. Распространение плоских волн в продольно и поперечно намагниченных ферритах.

2

-

2

Тема 11.

Волноведущие системы

Понятие о волноведущих системах. Типы волноведущих систем, классификация волноведущих систем. Связь между продольными и поперечными составляющими полей в волноведущей системе. Передача по волноведущим системам волн типа Т,Н и Е. Коэффициент распространения, критическая частота, длина волны, фазовая скорость, характеристическое сопротивление. Скорость передачи энергии по волноводу. Дисперсионные свойства направляющих систем. Связь вектора Герца с составляющими электромагнитного поля.

2

0,5

1,5

Тема 12.

Полые металлические волноводы

Прямоугольные волноводы. Структура поля различных типов волн. Доминантная волна. Токи в стенках волновода. Выбор размеров поперечного сечения. Круглые волноводы.

2

0,5

1,5

Тема 13.

Коаксиальные и полосковые линии

Волны типа Т, Е и Н, условие одномодовой передачи. Решение волнового уравнения для основного типа волн. Высшие типы волн в коаксиальном кабеле. Выбор рабочего диапазона волн коаксиального кабеля. Конструкция и основные параметры.

Структура поля и основные характеристики полосковых линий. Конструктивные особенности симметричных и несимметричных полосковых лини. Волоконно-оптические линии связи. Основные параметры.

2

0,5

1,5

Тема 14.

Объемные резонаторы

Основные типы объёмных резонаторов. Расчёт полей в прямоугольных и цилиндрических резонаторах. Собственные колебания и резонансные частоты. Собственная добротность резонатора. Нагруженная и внешняя добротность резонатора. Возбуждение резонатора. Применение резонаторов в системах обеспечения безопасности.

2

0,5

1,5

Тема 15.

Падение плоской э/м волны на границу раздела двух сред

Падение плоской волны на границу раздела двух диэлектриков при нормальной и параллельной поляризации. Условие полного прохождения волны во вторую среду. Угол Брюстера. Полное отраженение от границы раздела двух сред. Условие полного отражения. Падение плоской волны на границу поглощающей среды.

Формулы Френеля для расчета коэффициентов отражения и преломления, необходимые при анализе систем охраны СВЧ и КВЧ.

2

0,5

1,5

Тема 16.

Применение источников электромагнитных волн СВЧ и КВЧ диапазонов

Применение источников миллиметровых волн и их особенности. Биотропные параметры волн миллиметрового диапазона. Прототипы источников миллиметровых волн, миниатюризация приборов.Применение источников электромагнитных волн в системах технической безопасности объектов. Перспективы использования электромагнитных явлений. Применение терагерцовых волн как развитие КВЧ систем технической безопасности объектов.

2

0,5

1,5

Тема 17.

Физические принципы действия резистивных преобразователей.

Особенности физики преобразования неэлектрических величин в электрические. Определение и классификация параметрических преобразователей. Основные характеристики.

Резистивные преобразователи - контактные, реостатные, тензорезистивные, терморезистивные, фоторезистивные. Основные физические принципы действия резистивных преобразователей.

2

0,5

1,5

Тема 18.

Физика электромагнитных преобразователей

Электромагнитные измерительные преобразователи - индуктивные, трансформаторные, магнитоупругие. Физические принципы действия электромагнитных преобразователей. Основные технические характеристики.

2

0,5

1,5

Тема 19.

Физические принципы действия емкостных преобразователей

Емкостные измерительные преобразователи. Физические принципы действия емкостных преобразователей. Основные технические характеристики.

Измерительные цепи, используемые с параметрическими преобразователями.

2

0,5

1,5

Тема 20.

Физическиепринципы действия генераторных преобразователей.

Определение и классификация генераторных преобразователей. Индукционные, пьезоэлектрические, термоэлектрические и фотоэлектрические преобразователи. Устройство и принцип действия генераторных преобразователей. Основные технические и характеристики.

Измерительные цепи, используемые с генераторными измерительными преобразователями.

2

-

2

Тема 21.

Физика магнитных преобразователей.

Физические основы преобразования электромагнитных полей.

Общие сведения о физике магнитных преобразователях. Основные магнитные величины. Основные характеристики магнитных материалов: статические и динамические характеристики.

Физические основы преобразования электромагнитных полей. Основы современной элементной базы преобразователей: болометры, диоды с барьером Шоттки без постоянного смещения, приборы с плазменными волнами, графены. Основы принципа действия и основные технические характеристики.

2

0,5

1,5

Тема 22.

Физические основы преобразователей для измерения линейных и угловых перемещений, давления, ускорения и др.

Измерение основных механических величин. Применение параметрических и генераторных преобразователей для измерения линейных и угловых перемещений, давления, ускорения и др.Микроэлектронные устройства преобразователей и их применение в системах безопасности.

2

-

1,5

Тема 23.

Физические основы терморезистивных и термоэлектрических преобразователей.

Основы радиотермометрического метода.

Измерение температуры. Терморезистивные и термоэлектрические преобразователи и приборы на их основе. Принцип действия и основные технические характеристики.

Радиотермометрический метод и его применение для определения температуры.Радиометры для перспективных систем охраны протяженных объектов

2

0,5

1,5

Тема 24.

Физические принципы построения систем безопасности терагерцового диапазона.

Достоинства электромагнитных волн терагерцового диапазона.Физические принципы построения систем безопасности.Расчетные соотношения при проектировании охранных бесконтактных систем.

2

0,5

1,5

Тема 25.

Физические принципы бесконтактных КВЧ систем для измерения механических перемещений в труднодоступных местах.

Особенности использования бесконтактных КВЧ систем для измерения механических перемещений в труднодоступных местах.

Основные компоненты КВЧ систем. Расчетные соотношения для проектирования КВЧ систем.

2

0,5

1,5

Всего

50

8

42