[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有效

专利信息
申请号: 201910860171.4 申请日: 2019-09-11
公开(公告)号: CN110750859B 公开(公告)日: 2023-07-07
发明(设计)人: 王其富;刘硕;岳鹏飞;吴洋;王建业;宋晓辉 申请(专利权)人: 河南省科学院应用物理研究所有限公司
主分类号: G06F30/20 分类号: G06F30/20;G06T11/20;G06Q50/02
代理公司: 郑州明德知识产权代理事务所(普通合伙) 41152 代理人: 张燕
地址: 450000 河*** 国省代码: 河南;41
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 comsol 小麦 特性 微波 探测 模型 构建 新方法
【说明书】:

发明涉及一种基于COMSOL的小麦介电特性微波探测模型构建新方法;该方法步骤包括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;对3D仿真模型添加材料属性;对3D仿真模型添加电磁波源场;对3D仿真模型进行网格划分;在研究设置中定义频率范围;计算3D仿真模型,得到频率‑S参数一维曲线图;导出所述绘图数据,在Matlab中读取绘图数据,运用相关公式,计算出小麦介电常数实部和虚部;介电常数实部值即为小麦的介电特性。从而提高小麦的介电特性的测量精度;并对实验系统的搭建进行有效指导和对实验结果的准确性进行有效验证。

技术领域

本发明涉及一种基于COMSOL的小麦介电特性微波探测模型构建新方法。

背景技术

不同的物质的介电特性不同,介电常数是介电特性的重要指标;通过测量物质中的介电特性,从而判断物质的组分和性能。介电特性应用范围非常广泛,在贮藏、加工、保鲜、灭菌灭虫、清选分级、无损检测等诸多领域都有应用。应用于农产品的介电特性测试系统的组件主要包括介电参数测量仪器、夹持被测样品的夹具、计算材料介电参数的计算机和相应的软件。

目前,测量物质的介电特性的方法主要包括平行极板方法和同轴探头方法。其中平行极板方法又称为电容器方法,它是将薄板型材料夹在两个电极之间形成一个电容器,利用电解质填充于电容器中时电容容量的变化而测量材料的介电特性,然而该方法存在测量信号的频率范围在100MHz以下,样品必须为平板型的缺点。同轴探头方法是当探头浸入液体样品中或探头与固体样品表面相接触时,根据测试件反射给分析仪的信号幅值和相位而计算的介电常数和频率的关系,但该方法适用于宽频带范围为500M~110GHz的液体或半固体状材料介电特性的测量;然而对于介电常数和损耗因子小的材料,该方法的精度低。采用平行极板方法或同轴探头方法测量小麦介电特性时,存在无法适应或测量精度的问题。

发明内容

为了提高小麦的介电特性的测量精度,本发明提供了一种基于COMSOL的小麦介电特性微波探测模型构建新方法;为了实现上述目的,本发明采用了以下方法方案,具体如下:

一种基于COMSOL的小麦介电特性微波探测模型构建新方法,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;

步骤三,对所述3D仿真模型添加电磁波源场;

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,介电常数实部即为小麦的介电特性。

本发明的基于COMSOL的小麦介电特性微波探测模型构建新方法的有益效果:本发明是基于COMSOL软件对整个微波探测系统进行仿真,通过建立3D仿真模型、设置模型参数属性、进行网格划分、设置频率范围,可以得到S21参数随频率变化的关系图,运用相关公式计算出介电常数实部和虚部;介电常数实部值即为小麦的介电特性。本发明克服了传统微波探测实验对环境条件要求严苛的缺点,提高小麦的介电特性的测量精度,能够对实验系统的搭建进行有效指导、对实验结果的准确性进行有效验证;本发明能够针对不同地区不同特征参数的小麦,快速构建其介电特性数据库,从而推动小麦介电参数标准的制定和为数据库的构建提供技术支持。

进一步地,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:

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