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生物复介电常数同轴探针法研究

作　者: 贡华连
导　师: 陈树德
学　校: 华东师范大学
专　业: 生物物理学
关键词: 复介电常数电桥法同轴探针法电容模型生物样品
分类号: Q64
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在医学、食品、环境、通讯、军事、农业等领域电磁波的使用越来越广泛,使用频率逐渐向微波的高频段发展。人们在广泛运用微波的同时也关注微波的安全问题,而复介电常数是影响微波与介质相互作用的一个重要电参数,它的准确测量意义重大。研究生物的电磁特性及电磁波与生物组织的相互作用,需要准确测量生物复介电常数,为此寻找或建立一种适合生物组织介电常数的测量方法非常重要。本文结合生物的电磁特性和结构特点,对目前测量复介电常数的方法进行测试和分析,发现电桥法和同轴探针法在一定程度上比较适合生物介电常数的测量,但各有一定的局限性。本文对电桥法和同轴探针法的特点及局限性进行深入分析,将同轴探针法模型进行修改,引入了修正量R,并建立起新的测量方法。实验结果表明,原模型比较适合损耗较大的介质,对损耗较小介质,测量值的准确值偏差较大;修正后的模型进一步提高了介质测量值准确度,特别是介质损耗较小时测量值的准确性,说明新模型降低了原模型在介质损耗较小时测量值准确性较差的不足。新模型不仅适合测量损耗较大的介质还适合测量损耗较小的介质,扩展了原有模型的适用范围。进一步以新建立的方法对几种生物样品进行测量研究,实验结果表明频率不太高时,在误差允许的范围内,原有模型和修正模型测量值近似相等,可以使用原模型进行测量;随着频率的升高,生物介质损耗减小,用原模型获得的测量结果准确性较差,需要使用修正模型。针对目前生物组织复介电常数的测量大多集中3.5GHZ以下,以及在实际测量时,由于现有条件限制,需要在测量前对样品进行加工——如块状变为糊状或粉末状,这种加工导致组织结构的改变是否也改变原物质的电磁属性,引起测量值的明显变化,针对这两种情况,本文用改进后的方法在10MHZ-4.8GHZ范围内对不同生物组织和由同种生物制成不同性状的样品进行测量和比较。实验结果表明:新建立的模型和方法在10MHZ-4.8GHZ范围内可以对生物组织进行有效测量;样品性状的改变会导致介质电磁属性变化——在低频时,性状改变前后测量值的差别比较大,因此在低频时不能将样品性状改变前、后的测量值直接等同起来,随着频率升高,这种差别逐渐缩小,在误差范围内,可以近似用性状改变后的测量值来反映原物质的电磁属性。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-12
第一章绪论  12-20
  1.1 研究意义  12-13
    1.1.1 微波在现实生活中的运用  12
    1.1.2 复介电常数的物理意义  12
    1.1.3 预测微波对生物组织的相互作用及微波作用生物介质的温升曲线  12-13
  1.2 目前复介电常数的主要测量方法及缺陷  13-18
    1.2.1 电桥法  13-14
    1.2.2 谐振腔法  14-15
    1.2.3 自由空间法  15-16
    1.2.4 多状态法、多厚度法  16-17
    1.2.5 同轴探针法  17-18
  参考文献  18-20
第二章电桥法测量介质的复介电常数  20-26
  2.1 测量原理与方法  20-21
  2.2 介质复介电常数的测量  21
    2.2.1 块状苹果复介电常数的测量  21
    2.2.2 糊状苹果复介电常数的测量  21
  2.3 实验结果与分析  21-24
    2.3.1 实验结果  21-22
    2.3.2 实验结果分析  22-24
  2.4 本章小结  24-25
  参考文献  25-26
第三章原模型的同轴探针法测量介质复介电常数  26-33
  3.1 测量原理与方法  28-29
  3.2 复介电常数的测量  29-30
    3.2.1 甲醇复介电常数的测量  29
    3.2.2 生物样品复介电常数的测量  29-30
  3.3 实验结果  30-31
  3.4 本章小结  31-32
  参考文献  32-33
第四章同轴探针法原模型的修正  33-40
  4.1 修正同轴探针法的电容模型  33
  4.2 建立新模型的计算式  33-34
  4.3 新模型检验  34-37
    4.3.1 使用双探头方法的计算公式和测量方法  34-36
    4.3.2 新模型的检验结果  36-37
  4.4 生物样品的测量  37-38
  4.5 本章小结  38-39
  参考文献  39-40
第五章同轴探针修正模型单探针测量方法研究  40-50
  5.1 修正量R值变化规律的探讨  40-42
  5.2 单探头测量方法的建立  42-43
  5.3 单探头测量方法的检验  43-44
  5.4 单探头测量方法对生物样品的测量  44-46
  5.5 本章小结  46-47
  参考文献  47-48
  附件  48-50
第六章生物样品复介电常数测量  50-61
  6.1 生物样品性状改变前、后复介电常数的测量与讨论  50-51
  6.2 苹果和山药的实验结果  51-56
  6.3 鸡毛菜、草、面包虫的测量复介电常数的测量结果与分析  56-59
  6.4 本章小结  59
  参考文献  59-61
第七章结论与展望  61-62
  7.1 总结  61
  7.2 展望  61-62
附录  62-63
致谢  63

生物复介电常数同轴探针法研究

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