[发明专利]一种基于COMSOL的小麦介电特性微波探测模型构建新方法

权利要求书

1.一种基于COMSOL的小麦介电特性微波探测模型构建新方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤一，根据实物图中的结构参数建立发射天线、接收天线、空气以及盛装小麦容器的3D仿真模型；

步骤二，对所述3D仿真模型添加材料属性；所述3D仿真模型中的材料属性包括小麦的材料属性和空气的材料属性；所述小麦的材料属性包括相对介电常数、相对磁导率、电导率、孔隙率、密度以及含水量；所述空气的材料属性包括相对介电常数、相对磁导率、电导率、声速、折射率实部以及折射率虚部；

步骤三，对所述3D仿真模型添加电磁波源场；将3D仿真模型的一端部设置有第一端口，另一端部设置有第二端口，将第一端口和第二端口分别作为所述发射天线和接收天线；并对3D仿真模型设置周期性条件；

步骤四，对所述3D仿真模型进行网格划分；

步骤五，在研究设置中定义频率范围；

步骤六，计算所述3D仿真模型，得到频率-S参数一维曲线图；

步骤七，导出所述绘图数据，在Matlab中读取绘图数据，运用相关公式，计算出介电常数实部和介电常数虚部，右键单击全局选择添加要导出绘图数据，输出文件类型选择文本格式，数据格式为电子表格；

绘图数据有两种，一种是容器中无小麦，只需把仿真小麦的模型参数改为空气即可；另一种是容器中有小麦，小麦参数不变；从而介电常数实部即为小麦的介电特性。

2.根据权利要求1所述的基于COMSOL的小麦介电特性微波探测模型构建新方法，其特征在于，所述步骤七包括：右键单击全局选择添加要导出绘图数据，输出文件类型选择文本格式，数据格式为电子表格，在Matlab中读取所述两种数据，把读入的数据合成复数形式后，再代入公式即可得到频率与相对复介电常数关系图，其中公式包括：

介电常数：，其中为相位常数（传播常数的虚数部分），为自由空间波长的相位常数， 为相对复介电常数实部；

介电损耗因子：，其中α为衰减常数，为相对复介电常数虚部。

3.根据权利要求2所述的基于COMSOL的小麦介电特性微波探测模型构建新方法，其特征在于，所述3D仿真模型的结构参数包括发射天线和接收天线模型分别与容器模型的距离，样品容器模型的长度、宽度、高度以及模型的角单位；将小麦模型设置成立方体，并设定立方体边长。

4.根据权利要求3所述的基于COMSOL的小麦介电特性微波探测模型构建新方法，其特征在于，发射天线和接收天线模型分别与容器模型的距离相等，距离D≥5，其中为微波波长；改变距离D得到不同的频率-S参数曲线图，从而计算出小麦介电常数实部和虚部，将仿真结果中的代表性频点对应的介电特性数据与其它探测方法得到的介电特性数据进行比较，从而确定距离D的最佳设定值。

5.根据权利要求1或2所述的基于COMSOL的小麦介电特性微波探测模型构建新方法，其特征在于，所述步骤四中的网格划分包括：序列类型设置为用户控制网络，大小设置为细化，将所述3D仿真模型的外表面划分为任意形状的三角形，所述三角形组成一个自由四面体网络。

6.根据权利要求1或2所述的基于COMSOL的小麦介电特性微波探测模型构建新方法，其特征在于，所述步骤五中的定义频率范围包括：定义方法为步长，起始频率[GHz]，步长[GHz]，以及停止频率[GHz]。

7.根据权利要求6所述的基于COMSOL的小麦介电特性微波探测模型构建新方法，其特征在于，起始频率≥0.5[GHz]，步长≥0.05[GHz]，停止频率＞起始频率。