[发明专利]生物溶液电磁参数检测装置和检测方法

说明书

生物溶液电磁参数检测装置和检测方法，涉及微波测量与生物医学，本发明的生物溶液电磁参数检测装置，其特征在于，包括设置于圆柱形谐振腔内的液体容器，谐振腔内还设置有微波信号耦合结构。本发明可以测量生物溶液的介电常数确定其介电性能，通过测试的曲线关系，即可得到对应的生物指标变化曲线。

技术领域

本发明涉及微波测量技术与生物医学技术，具体涉及的是一种利用TM₀₁₀模圆柱形谐振腔测试生物溶液(如葡萄糖溶液)电磁参数的方法。

背景技术

在生物医学工程领域中对于无创检测技术(如血糖的检测)有着迫切的需求，而生物溶液浓度的检测是无创检测技术的重要内容之一。溶液浓度是指溶质在溶液中的含量，在应用中溶质、溶剂量的变化会导致溶液浓度发生改变。溶液浓度的测量方式分为直接测量和间接测量方式。直接测量方式是直接提取溶液测定溶液中溶剂和溶质含量，如现在血糖测试的主要方式是抽取血液检测血糖浓度。间接测量方式则是利用溶液的特性，如根据溶液的电导率大小来确定溶液的浓度，但该方法只能对电解质溶液进行测量，限制了其测量范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于圆形微波谐振腔传感器的生物溶液测试装置，具有灵敏、准确的特点。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，生物溶液电磁参数检测装置，其特征在于，包括设置于圆柱形谐振腔内的液体容器，谐振腔内还设置有微波信号耦合结构。

所述液体容器为溶液管，溶液管设置于圆柱形谐振腔的轴线位置。所述微波信号耦合结构包括同轴线与同轴线连接的耦合环。所述微波信号耦合结构的耦合环与谐振腔轴线距离为0.5R，R为谐振腔半径。所述耦合环的环面按照垂直于谐振腔内的磁场方向设置。

进一步的，所述谐振腔的腔体底面半径为46.5mm，高为25mm，壁厚10mm；所述溶液管外径为2mm，内径为1mm；所述耦合环半径为1mm。

本发明还提供生物溶液电磁参数检测方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)设置圆柱形谐振腔，沿谐振腔的轴线设置溶液管，并在谐振腔内设置微波信号耦合结构；所述微波信号耦合结构包括同轴线与同轴线连接的耦合环，所述谐振腔的腔体底面半径为46.5mm，高为25mm，壁厚10mm；所述溶液管外径为2mm，内径为1mm；所述耦合环半径为1mm；

2)测出谐振腔的固有谐振频率f₀作为参考频率；

3)向溶液管中导入待测溶液后，测出加入谐振腔的谐振频率f；

4)根据下式，代入f₀和f，计算出待测生物溶液的介电常数ε'：

本发明提出基于TM₀₁₀模的圆柱形谐振腔生物溶液浓度测试的方法，通过对圆柱形谐振腔模型的数学推导，建立明确的生物溶液介电常数与谐振腔传感器谐振频率的表达式，这个表达式是具有普适性的，再依据优化出的谐振腔相关尺寸参数，得到介电常数的具体表达式，从而可以测量生物溶液的介电常数确定其介电性能，通过测试的曲线关系，即可得到对应的生物指标变化曲线。

附图说明

图1为圆柱形谐振腔腔体图。

图2为谐振腔耦合结构图。

图3为耦合环半径仿真图。

图4为石英管内径仿真图。

图5为葡萄糖溶液测量结果图。

具体实施方式

本发明基于微扰理论，提出一种基于TM₀₁₀模的圆形微波谐振腔，建立仿真模型进行参数优化，通过推导出适用于溶液介电常数检测的数学模型，给出介电常数的测量方法。