本發(fā)明涉及介電常數(shù)測量領(lǐng)域，尤其涉及一種自模擬人體組織液介電常數(shù)測量的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

使用移動電話等無線通信設(shè)備，其所產(chǎn)生的電磁場達到一定的強度可能會對人體構(gòu)成生物危害。通常使用比吸收率為單位來表示電磁場對人體的健康影響，即每千克組織液所吸收的能量(W/kg)。比吸收率測量過程中需要使用模擬人體組織液，其中模擬人體組織液的介電常數(shù)測量結(jié)果對比吸收率的測量結(jié)果影響較大?，F(xiàn)有的介電常數(shù)測量精度低，且應(yīng)用的頻率范圍較窄，不適用無線電磁場的廣泛應(yīng)用。

自從1970年以來，開路同軸探頭逐漸用于人體動物體生物組織、有機材料、電解質(zhì)溶液等有耗媒質(zhì)的介電特性測量。開路同軸探頭在介質(zhì)測量中通常工作在低頻區(qū)。在很多實例中，通過確定探頭開路結(jié)構(gòu)對應(yīng)的集總電路模型與參數(shù)即可合理地描述反射系數(shù)與介電常數(shù)之間的數(shù)量關(guān)系。例如，同軸線開路端的等效導(dǎo)納在低頻表現(xiàn)為容性，且電導(dǎo)主要來自介質(zhì)損耗，輻射損耗貢獻很小，可以被等效為兩電容并聯(lián)電路，一個電容反映同軸內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體與被測介質(zhì)之間的電容作用，另一個電容反映它們與同軸填充介質(zhì)之間的電容作用。四川大學(xué)黃卡瑪教授等開展的化學(xué)溶液介電特性測量，使用同軸探頭開路端無導(dǎo)體法蘭，外導(dǎo)體內(nèi)直徑(同軸孔徑)10mm，內(nèi)導(dǎo)體直徑3mm，測量頻率為915MHz和2450MHz。兩電容模型可以很好地表達低頻物理機理，但無法準(zhǔn)確描述依賴于頻率的電容效應(yīng)，對于測量頻帶寬、被測介電常數(shù)值分布區(qū)間大(實部：10-100)的情況，同軸探頭的電磁場模型是不可缺少的。

目前組織液測量中主要的技術(shù)缺點如下：

使用短路塊校準(zhǔn)，只能校準(zhǔn)短路和開路兩種狀態(tài)，導(dǎo)致組織液介電常數(shù)測量精度較低。

短路塊校準(zhǔn)，由于不同頻段的同軸波導(dǎo)尺寸不同，需要加工不同的短路塊，且短路塊易損耗，復(fù)現(xiàn)性較差，成本較高。

根據(jù)以上問題，本發(fā)明實現(xiàn)了液體介電常數(shù)測量，應(yīng)用領(lǐng)域包括比吸收率(SAR)測試用人體組織模擬液相對介電常數(shù)與電導(dǎo)率的測量和驗證。由于目前廣泛使用的無線通信頻率不超過6GHz，開路同軸探頭孔徑尺寸通常遠小于被測液的波長，在實驗中，忽略高次模式反射波效應(yīng)得出的測量結(jié)果在實際應(yīng)用中有著更多的優(yōu)點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：本發(fā)明主要解決模擬人體組織液的介電常數(shù)測量的的精度，適應(yīng)于不同頻率下的模擬組織液的測量的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：接觸探頭的同軸線一端開口且外導(dǎo)體帶有法蘭；在測量實驗中，模擬人體組織液浸沒接觸探頭，與法蘭的開口面充分接觸；接觸探頭的同軸線另一端連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的同軸端口，完成接觸探頭浸入模擬人體組織液得到的接觸探頭的系統(tǒng)反射系數(shù)的測量與記錄；

以濃度10‰，15‰，20‰的標(biāo)準(zhǔn)生理鹽水稀溶液分別作為標(biāo)準(zhǔn)被測液，考察在0.3GHz-4.5GHz頻段之間介電常數(shù)和電導(dǎo)率特性測量數(shù)據(jù)，環(huán)境和液體溫度在測量前后保持23攝式度；

將去離子水、標(biāo)準(zhǔn)被測液，以及模擬人體組織液均使用36mm口徑，25ml刻度容量的燒杯進行盛裝；

從輸入導(dǎo)納值可計算模擬人體組織液的介電常數(shù)，通過單端口反射系數(shù)測量去嵌入技術(shù)，用已知介電常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)被測液校準(zhǔn)接觸探頭，置于浸入去離子水和不同的標(biāo)準(zhǔn)被測液，完成接觸探頭浸入模擬人體組織液得到的接觸探頭的系統(tǒng)反射系數(shù)的標(biāo)定過程，得出模擬人體組織液相應(yīng)的輸入導(dǎo)納值；輸入導(dǎo)納值的多項式方程的根代表了模擬人體組織液的復(fù)波數(shù)，選用最速下降法迭代求解，剔除不符合物理意義的偽解；

輸入導(dǎo)納值計算模擬人體組織液的介電常數(shù)測量步驟如下：

步驟1：首先測量去離子水和標(biāo)準(zhǔn)被測液的輸入導(dǎo)納值，并記錄；

步驟2：清洗探頭，將探頭浸入模擬人體組織液；

步驟3：測量模擬人體組織液的輸入導(dǎo)納值，比較步驟1測量結(jié)果，并進行線性插值計算；

步驟4：根據(jù)步驟3的線性插值計算的結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)被測液的介電常數(shù)，得到模擬人體組織液的介電常數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為本發(fā)明的接觸探頭法測量液體介電常數(shù)實驗裝置的示意原理圖；

具體實施方式

為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行詳細的說明。應(yīng)當(dāng)說明的是，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明，能實現(xiàn)同樣功能的產(chǎn)品屬于等同替換和改進，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。具體方法如下：

實施例一：人體模擬組織液介電常數(shù)測量是一個比較的過程，通過被測模擬人體組織液與已知介電常數(shù)的去離子水等比較，獲得被測模擬人體組織液的介電常數(shù)。

本發(fā)明使用可計算介電常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)溶液進行同軸開口探頭校準(zhǔn)；裝置采用開口同軸波導(dǎo)，利用機械加工的短路塊進行校準(zhǔn)，提供兩個校準(zhǔn)點，即開口狀態(tài)和短路狀態(tài)。

本發(fā)明的基本原理見圖2，是接觸探頭法測量液體介電常數(shù)實驗裝置的示意原理圖。同軸線一端開口且外導(dǎo)體帶有法蘭。在測量實驗中，被測液浸沒探頭，與法蘭開口面充分接觸。探頭另一端連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀同軸端口，完成反射系數(shù)的測量與記錄。

在直流或頻率非常低的情況下，電介質(zhì)材料的相對介電常數(shù)和電損耗可以獨立地測量，而在頻率較高時，以介電常數(shù)代表相對介電常數(shù)和電導(dǎo)率，描述介電特性對頻率的依賴。在射頻和微波頻段，用波導(dǎo)開口端緊貼被測材料樣品的平整表面，通過測量反射系數(shù)實現(xiàn)介質(zhì)傳感器功能，是測量介電常數(shù)的常用方法之一。相對于需測量兩個端口散射參數(shù)的傳輸-反射法，開口波導(dǎo)法也稱作反射系數(shù)法，其中開路同軸線技術(shù)的測量頻段在理論上可從直流點至第一高次模截止頻率，可覆蓋用矩形開口波導(dǎo)不能測量的低于TE10模截止頻率的頻段。

實施例二：人體模擬組織液介電常數(shù)測量是一個比較的過程，通過被測模擬人體組織液與已知介電常數(shù)的去離子水等比較，獲得被測模擬人體組織液的介電常數(shù)。

本發(fā)明的基本原理見圖二，是接觸探頭法測量液體介電常數(shù)實驗裝置的示意原理圖。同軸線一端開口且外導(dǎo)體帶有法蘭。在測量實驗中，被測液浸沒探頭，與法蘭開口面充分接觸。探頭另一端連接矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀同軸端口，完成反射系數(shù)的測量與記錄。

以濃度10‰，15‰，20‰標(biāo)準(zhǔn)生理鹽水稀溶液作為標(biāo)準(zhǔn)被測液，考察0.3GHz-4.5GHz頻段相對介電常數(shù)和電導(dǎo)率特性測量數(shù)據(jù)。液體和環(huán)境溫度在測量前后保持23oC。去離子水、標(biāo)準(zhǔn)生理鹽水溶液，以及被測液均使用36mm口徑25ml刻度容量的燒杯盛裝。

測量與校準(zhǔn)步驟如圖一：

從輸入導(dǎo)納值可計算被測液的介電常數(shù)。使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量探頭系統(tǒng)的反射系數(shù)，通過單端口反射系數(shù)測量去嵌入技術(shù)，即用已知介電常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)溶液校準(zhǔn)測量系統(tǒng)，例如，置于浸入去離子水和不同的標(biāo)準(zhǔn)溶液，完成探頭浸入被測液得到的反射系數(shù)的標(biāo)定過程，即可得出被測液相應(yīng)的輸入導(dǎo)納值。輸入導(dǎo)納多項式方程的根代表了被測液的復(fù)波數(shù)，可選用最速下降法迭代求解。經(jīng)過剔除不符合物理意義的偽解，最終獲得被測液的介電常數(shù)。

式(1)表示，從輸入導(dǎo)納值可計算被測液的介電常數(shù)

測量步驟如下：

首先測量去離子水，10‰，15‰，20‰標(biāo)準(zhǔn)生理鹽水的導(dǎo)納值，并記錄；

清洗探頭，將探頭浸入被測模擬人體組織液；

測量被測模擬人體組織液的導(dǎo)納值，比較步驟1)測量結(jié)果，并進行線性插值；最后得到被測模擬人體組織液的介電常數(shù)。

本發(fā)明設(shè)計的一種模擬人體組織液介電常數(shù)測量過程校準(zhǔn)方法的優(yōu)點主要有：1、原來進行探頭校準(zhǔn)時使用開口、短路和去離子水三種狀態(tài)，其余采用插值算法，精度較低；現(xiàn)有方案，采用不同可計算介電常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)溶液校準(zhǔn)探頭，可以使用同被測液體較為接近的溶液作為參考值；2、由于無線通信等使用的頻率范圍逐漸增多，使用這種彈性的方法，適應(yīng)性較好。能夠適用于不同頻率的液體測量。