On increasing the resolution of diagnostics of food layered media by the method of resonance scattering

Delitsyn, A. L.

doi:10.30898/1684-1719.2026.9.7

Abstract

The problem of early electromagnetic diagnostics of the appearance of unwanted layers in food-grade layered media is considered. The specific features of these challenges include, on the one hand, the thin layer thickness (from 20 μm), and, on the other hand, the high contrast between the main layer of the medium and the unwanted peeling layer. Standard electromagnetic diagnostic methods are unable to detect layers 20 μm thick. The method is based on determining the frequency dependence of the incident field reflectivity. Selecting antireflection layers allows for a low reflectivity at the resonant frequency, while the addition of an additional layer changes the reflectivity by an order of magnitude. For 20 μm, the qualitative form of the frequency dependence of the reflectivity changes, resulting in the appearance of two dips in the reflectivity rather than a single one. The reflectivity pattern allows for the determination of the thickness of the unwanted layer in the 20-50 μm range of interest. The key principle of the method under consideration is the use of the high sensitivity of the reflectivity at the resonant frequency to changes in the complex permittivity of the layered medium, in order to increase the ability to detect the unwanted layer.

Аннотация (на русском)

Разрешающая способность диагностики пищевых слоистых сред методом резонансного рассеяния

Рассмотрена задача ранней электромагнитной диагностики появления нежелательных слоев в пищевых слоистых средах. Особенностью актуальных задач является, с одной стороны, малая толщина слоя – от 20 мкм, а с другой стороны, высокая контрастность основного слоя среды и нежелательного отслаивающегося. Стандартные методы электромагнитной диагностики не позволяют распознать слои толщиной 20 мкм. Метод основан на определении зависимости коэффициента отражения падающего поля от частоты. Подбор просветляющих слоев позволяет добиться малого коэффициента отражения на резонансной частоте, при этом появление дополнительного слоя толщиной от 20 до 50 мкм на порядок меняет величину коэффициента отражения. Уже для слоя толщиной 20 мкм меняется не только величина, но качественный вид частотной зависимости коэффициента отражения, что проявляется в появлении двух, а не одного провалов у коэффициента отражения. Вид коэффициента отражения позволяет определить толщину нежелательного слоя в представляющем интерес диапазоне 20-50 мкм. Основное содержание рассматриваемого метода заключается в применении, в целях увеличения способности обнаружения нежелательного слоя, высокой чувствительности коэффициента отражения на резонансной частоте к изменению комплексной диэлектрической проницаемости слоистой среды.

For citation

Delitsyn A.L. On increasing the resolution of diagnostics of food layered media by the method of resonance scattering // Journal of Radio Electronics. – 2026. – № 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2026.9.7 (In Russian)

References

McClements D. J. Critical review of techniques and methodologies for characterization of emulsion stability. Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2007. Vol. 47, № 7. P. 611–649. https://doi.org/10.1080/10408390701289292
Tianlong Xiao, Xiaojie Ma, Hui Hu, Fei Xiang, Xinyu Zhang, Yichen Zheng, Hao Dong, Benu Adhikari, Qiang Wang, Aimin Shi. Advances in emulsion stability: A review on mechanisms, role of emulsifiers, and characterization techniques. Food Chemistry: X. 2025. Vol. 29. P. 102792. https://doi.org/10.1016/j.fochx.2025.102792
Coskun M., Argun S., Kirtil E. Improving the physical stability of virgin olive oil mayonnaise. Journal of Advanced Research in Natural and Applied Sciences. 2022. Vol. 8, Iss. 4. P. 543–551.
Alexander M., Dalgleish D. G. Dynamic light scattering techniques and their applications in food science. Food Biophysics. 2006. Vol. 1, Iss. 1. P. 2–13.
Larson R. G. The Structure and Rheology of Complex Fluids. Oxford : Oxford University Press, 1999. 68 p.
Sjoblom J. Encyclopedic Handbook of Emulsion Technology. New York, CRC Press, 2001. 760 p.
Sveshnikov A. G., Tikhonravov A. V., Trubetskov M. K. Nonlocal optimization method for multilayer optical systems. Matematicheskoe Modelirovanie [Mathematical Models and Computer Simulations]. 1995. Vol. 7, № 8. P. 105–127.
Sveshnikov A. G., Tikhonravov A. V. Mathematical methods in tasks of analysis and synthesis of layered media. Matematicheskoe Modelirovanie [Mathematical Models and Computer Simulations]. 1989. Vol. 1, № 7. P. 13–38.
Tikhonravov A. V. Synthesis of layered media with given amplitude-phase properties. Zhurnal Vychislitel'noi Matematiki i Matematicheskoi Fiziki [Computational Mathematics and Mathematical Physics]. 1985. Vol. 25, № 11. P. 1674–1688.
Brekhovskikh L. M. Volny v sloistykh sredakh [Waves in Layered Media]. Moscow: Nauka, 1973. 343 p.