Ученые Казанского национального исследовательского технического университета им. А. Н. Туполева — КАИ запатентовали устройство, которое дает точную картину температурного поля в объектах, нагреваемых адаптивными СВЧ-реакторами. Оно показывает, где объект нагрелся сильнее, а где слабее, и помогает управлять распределением тепла. Это важно для качества их обработки и сокращения технологического процесса.
Изобретение относится к области измерительной техники. Оно бесконтактно измеряет температуру в объектах под мощным СВЧ-излучением.
Адаптивный СВЧ-реактор работает на сверхвысокочастотном (микроволновом) излучении. Он запускает, ускоряет и управляет химическими, плазменными и теплофизическими процессами. Такие реакторы применяют в нефтехимии, атомно-водородной энергетике и электронике — например, для создания плазмы, осаждения тонких пленок и выращивания монокристаллов. Конкретно это устройство создано, чтобы управлять полимеризацией композитных материалов.
При работе с адаптивными СВЧ-реакторами важно понимать не только степень нагрева, но и распределение температуры по объекту. Неравномерное электромагнитное поле нагревает одни участки сильнее, другие слабее. При этом степень неравномерности нагрева сигнализирует о возможном браке.
До сих пор температуру в СВЧ-реакторе измеряли с погрешностью. Либо датчики успевали остыть, пока их вынимали из камеры, либо не учитывалась отраженная мощность СВЧ-излучения.
«Обычные электронные датчики здесь плохо подходят: они могут искажать поле, мешать нагреву или просто не выдерживать условия работы. Волоконно-оптические измерители лишены этого недостатка, потому что работают на основе фотонных преобразований и не боятся электромагнитного излучения. Температура объекта определяется не напрямую, а косвенно — по тому, как СВЧ-энергия нагревает специальные чувствительные элементы вокруг него», — отметили профессора кафедры радиофотоники и микроволновых технологий КНИТУ-КАИ Геннадий и Олег Морозовы.
По словам ученых, новизна системы в том, что она учитывает и прошедшую через объект, и отраженную мощность, что делает бесконтактное измерение более информативным.
Суть решения: в СВЧ-реакторе под объектом и над ним размещают две матрицы термочувствительных элементов. Нижняя ловит прошедшее излучение, верхняя — отраженное. В каждый элемент встроен волоконно-оптический датчик температуры, а его сигнал считывается оптически, без электрического контакта в зоне излучения. Датчики сделаны на основе адресных волоконных брэгговских структур — уникального изобретения КНИТУ-КАИ. Это удешевляет и упрощает интеррогатор — устройство, которое опрашивает датчики в реальном времени на основе радиофотонных технологий.
По сигналам датчиков вычисляют распределение энергии СВЧ-поля. Затем эти данные переводят в значения температуры и строят карту теплового поля.
Особенность метода в том, что измерение ведется с двух сторон, поэтому тепловая карта получается более полной, а данные поступают в реальном времени и позволяют управлять СВЧ-реактором.
В 2026 году казанские ученые получили от Федеральной службы по интеллектуальной собственности патент RU 2 866 505.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» и проекта «Экспорт образования» (национальный проект «Молодежь и дети»).
Изображение: КНИТУ‑КАИ
