Електромагнітний сенсор для вимірювання діелектричної проникності матеріалів
Анотація
Актуальність. Проблеми контролю та визначення електрофізичних параметрів матеріалів різної фізичної природи є актуальними з точки зору розвитку експрес-методів аналізу речовин у різних галузях науки і техніки, зокрема, у біотехнологіях та біомедицині. Також актуальність роботи обумовлена пошуком та впровадженням нових медичних неінвазивних методів діагностики.
Мета роботи – експериментальна перевірка методу обчислення діелектричної проникності багатошарових структур на основі конформного перетворення, перевірка методу електромагнітного зондування об’єктів з одностороннім доступом за допомогою мікросмужкового резонатора.
Матеріали та методи. У роботі представлено метод обчислення ефективної діелектричної проникності тришарової структури за допомогою мікросмужкового резонатора нової форми. Експериментальним методом досліджено низку твердих та рідких матеріалів. Показано, що резонансна частота та добротність резонатора, навантаженого досліджуваним матеріалом, дозволяють оцінити концентрацію складових бінарних розчинів. Досліджено можливість застосування мікросмужкового резонатора у якості плетизмографічного сенсора.
Результати. Розроблено електромагнітний сенсор для вимірювання діелектричної проникності об’єктів з одностороннім доступом. Дано опис оригінальної конструкції мікросмужкового резонатора, проведено його моделювання та експериментальне дослідження. Отримано результати вимірювань діелектричної проникності об’єктів різної фізичної природи: тверді діелектрики і біологічні рідини. Проведено дослідження впливу відносної концентрації глюкози на резонансні властивості датчика. Показана можливість використання сенсора у якості плетизмографічного датчика у біомедичних системах.
Висновки. Проведені в роботі теоретичні та експериментальні дослідження мікросмужкового резонатора складної геометричної форми підтвердили можливість його застосування у якості сенсора електрофізичних параметрів матеріалів з різними діелектричною проникністю та провідністю. Запропоновано новий метод реєстрації кровоплину, заснований на фіксації зміни ефективної діелектричної проникності тканин, які містять кровоносні судини.
Завантаження
Посилання
Saeed K, Guyette A, Hunter I, Pollard R. Microstrip Resonator Technique for Measuring Dielectric Permittivity of Liquid Solvents and for Solution Sensing. IEEE/MTT-S International Microwave Symposium;2007:1185-1188.
Yamashita E, Mittra R. Variational Method for the Analysis of Microstrip Lines. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1968;16(4):251-256.
Bogner A, Steiner C, Walter S, Kita J, Hagen G, Moos R. Planar Microstrip Ring Resonators for Microwave-Based Gas Sensing. Design Aspects and Initial Transducers for Humidity and Ammonia Sensing. Sensors. 2017;17(10):2422.
Baghelani M, Hosseini N, Daneshmand M. Selective Measurement of Water Content in Multivariable Biofuel Using Microstrip Split Ring Resonators. IEEE/MTT-S International Microwave Symposium (IMS). 2020: 225-228.
Sun H, Li R, Tian G, Tang T, Du G, Wang B. Determination of complex permittivity of thin dielectric samples based on high-q microstrip resonance sensor. Sensors and Actuators A: Physical. 2019.31-37.
Svacina J. Analysis of multilayer microstrip lines by a conformal mapping method. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1992;40(4):769-772.
Svacina J. A simple quasi-static determination of basic parameters of multilayer microstrip and coplanar waveguide. IEEE Microwave and Guided Wave Letters. 1992;2(10):385-387.
Wheeler H. Transmission-Line Properties of Parallel Strips Separated by a Dielectric Sheet. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1965;13(2):172-185.
