介电特性测量技术在肝癌诊断与治疗中的研究进展

介电特性是生物组织在电磁场作用下表现出的固有物理属性。细胞癌变引起细胞膜的组成和通透性的改变,导致肿瘤组织表现出较高的介电特性。由于常规肝脏筛查指标的敏感性和特异度不高,因此可以利用生物组织介电特性作为一种新的生物标志物用于肝癌快速准确鉴别。本文首先介绍了组织介电特性测量常用方法,在此基础上总结了介电特性测量在肝癌诊断和射频消融中的研究进展,最后对介电特性测量技术的未来发展及其临床实践的改进方向进行了展望。

高频方波电场-温度场作用下环氧树脂介电特性劣化协同效应

高频变压器环氧树脂固封绝缘系统长期承受高频方波电压应力和热应力,环氧树脂在高频方波电压应力和热应力下的绝缘性能劣化严重制约着高频变压器的运行可靠性。以往研究多在交流正弦电场与温度场作用下对环氧树脂介电特性进行分析,缺乏环氧树脂在高频方波电场-温度场作用下介电特性变化的研究。搭建高频方波电压与温度联合老化实验平台,对不同老化电场强度、温度条件下环氧树脂样片进行介电特性研究,并将电热联合老化结果与单独热老化、电老化结果进行对比分析。实验结果表明,电热联合老化对环氧树脂介电特性的影响更显著,且大于电、热的叠加作用,即电热联合老化过程中存在着协同效应。通过构建环氧树脂在高频方波电压下的极化损耗计算模型,阐明了在高频方波电场作用下,由环氧树脂极化损耗引起的样片温度升高是加剧环氧树脂介电特性劣化的重要原因。该研究结果可为高频变压器绝缘状态评估提供参考。

嫦娥四号着陆区次表层介电特性全波形反演与仿真验证

介电特性是决定雷达波在物质中传播速度的重要参数.嫦娥四号测月雷达提供的高垂向分辨率次表层雷达剖面信息有助于加深对月球次表层物质介电特性的理解与认识.全波形反演法充分利用雷达波场的运动学和动力学信息,根据雷达波模拟结果与真实数据的差异计算更新参数,迭代初始介电模型实现对次表层介电剖面的反演.本文结合嫦娥四号测月雷达数据与时域有限差分方法下均质模型和随机等效介质模型的雷达回波特性,确定随机等效介质模型能够更好地模拟嫦娥四号着陆区次表层物质的介电特性.全波形方法反演的介电模型与真实模型在大部分区域的相对介电常数误差小于0.2,为反演月壤厚度及构建次表层温度模型提供了重要的数据支撑.

微波波段下澳洲坚果的介电特性测量及分析

产后初加工(干燥)发展不足成为制约澳洲坚果产业发展的现实难题,微波技术有望成为传统干燥技术的替代者.针对采后澳洲坚果具有特殊的硬壳包裹果仁结构及不同组分的介电特性数据相对缺乏的实际,采用同轴传输线技术,测量并获得了不同微波频率(2~6 GHz)和温度(20~60℃)条件下不同含水率(2.5%~22.0%,wt)澳洲坚果果仁粉末和果壳粉末的介电特性数据,分析了其介电特性与微波频率、温度和含水率的关联.

CaZrO_(3)介电特性理论计算实验设计

借助于VASP计算软件包、VESTA和P4Vasp可视化软件及Origin绘图软件等,分别构建了CaZrO_(3)钙钛矿模型、优化初始构建模型和计算CaZrO_(3)的介电特性,并结合实验数据对比分析计算结果,为CaZrO_(3)材料的研究提供理论阐释与指导。不仅有助于学生掌握常用理论计算软件的使用方法,熟悉材料计算模拟流程及理论分析手段,使学生充分认识到理论指导实践在新材料研发的重要性,而且能促进学生对材料成分、微观结构和性能之间关联性的理解和掌握,将对学生的创新能力的提升奠定良好的基础。

岩石介电特性及微波加热升温规律分析

微波辅助TBM破岩是一种非常有潜力的提高硬岩隧道破岩效率的新型破岩技术。为研究常温和高温条件下岩石对微波的吸收能力,采用同轴传输/反射法测试原理设计了一套变温岩石介电特性测试系统,采用该系统对隧道施工中玄武岩、砂岩和花岗岩3种常见岩石进行了实验。结果表明:该系统能够准确地测量变温条件下岩石的介电特性,工业频率对岩石介电特性参数的影响不大,温度对岩石介电特性参数有一定的影响;常温和变温条件下,3种岩石介电常数虚部ε″和损耗正切tanθ的关系均为玄武岩>砂岩>花岗岩,3种岩石微波加热的升温规律和介电特性的规律保持一致;对岩石进行介电特性测试和升温规律分析,提前预判岩石对微波的吸收能力,可选择性地对具有良好微波破岩效果的隧道实行微波辅助机械破岩。

电流、电位时域谱在绝缘介质介电特性表征中的应用研究综述

随着人类社会对电力系统安全性与稳定性需求的不断提高,以及近年来我国能源、国防等领域的飞速发展和进步,提高绝缘介质以及新型电工材料的介电性能和绝缘可靠性的需求也在与日俱增。准确评估绝缘的介电性能和老化状态是保障绝缘结构长期稳定运行的前提,同时对新型电工材料的研发也具有一定的指导意义。该文综述了时域介电谱中的电流时域谱和电位时域谱在绝缘介质介电特性表征和绝缘状态诊断中的应用,详细阐述极化去极化电流谱、等温松弛电流谱、热刺激电流谱和交流时域谱以及表面电位衰减谱和回复电压谱的基本测量原理和分析方法,指出当前时域介电谱在应用中存在的局限性,并展望多种测试技术的联合应用将是实现对电介质介电特性全面表征的有效途径。

基于介电特性的稻田水体稻瘟灵监测装置研制与试验研究

【目的】稻田农药使用为稻田作业中至关重要的一环,精准施药对于农业生产、环境及水资源保护等方面具有重要意义。通过以稻田常用农药稻瘟灵作为研究对象,设计农药含量实时监测装置以实现稻田水体稻瘟灵含量的远程实时监测,为水体相关农药快速检测提供科学理论依据。【方法】采用介电特性与LoRa技术开发了一种稻田水体稻瘟灵含量的实时在线监测装置。装置的硬件部分包括硬件电路与结构组件。该装置的硬件电路以STM32单片机作为主控,相关模块包括激励信号源模块、检测与信号采集模块、输入输出模块;结构组件由太阳能面板、主控电路盒、支撑部件和检测探头盒4个部分组成,采用监测站式安装工作。软件部分以MDK 5.0为开发环境,采用C语言开发设计。程序主要由初始化程序、AD9859扫频程序、数据采集程序、LibSVM程序、串口发送程序、LoRa配置程序和LCD显示程序组成。试验对幅值比、相位差、幅值比原始电压、相位差原始电压4种数据经CARS(competitive adaptive reweighted sampling)特征提取后建立了SVR回归预测模型。【结果】对该装置进行了试验性能验证,以稻田水体作为空白水样,依次添加稻瘟灵原液后得到被测样本。在25℃的试验温度下,针对0~44 mg/L质量浓度的23个低浓度稻瘟灵溶液样本进行检测。其中以幅值比建立的预测模型决定系数R^(2)高达0.9959,RMSE仅为2.433 mg/L,且4种预测模型R2都在0.99以上。通过对频率点特征提取,使得单次检测仅需30 min,可实现快速、简便、准确的测量稻瘟灵含量。【结论】该装置对于稻田水体稻瘟灵含量具有较高精度的检测,单次检测速度较快,稳定性高。同时设备具有全天候工作能力,配合LoRa物联网可实现远程在线实时监测。

鸭蛋快速腌制过程中蛋清的介电特性

为探究鸭蛋在快速腌制过程中蛋清介电特性的变化,将鸭蛋分别进行直接腌制、在醋浸泡液(乙酸体积分数为1.45%)或酒浸泡液(乙醇体积分数为3.22%)中浸泡20 min后再进行腌制,采用同轴探针技术在0.3~3.0 GHz下测定了不同腌制方法下分别腌制5、10、15、20、25 d时蛋清的介电特性,在915 MHz与2450 MHz下分析其介电特性、穿透深度与蛋清含盐率之间的关系。结果表明,经过乙酸与乙醇的浸泡,鸭蛋腌制速度提高,醋浸泡组腌制速率较对照组(直接腌制)可加快40%(P<0.05)。随着频率增加,蛋清介电常数与介电损耗均下降,二者在低频时(0.3~1.0 GHz)下降速率均高于高频(1.0~3.0 GHz)。腌制过程中,随着含盐率的增加,介电损耗呈现出升高的趋势;相同腌制时间,醋浸泡组介电损耗高于对照组与酒浸泡组。在915 MHz与2450 MHz时,酒浸泡组的介电常数随含盐率上升呈现下降趋势,对照组与醋浸泡组则相反。随着腌制时间的延长,蛋清穿透深度在915 MHz与2450 MHz时逐渐下降,915 MHz的穿透深度大于2450 MHz。将穿透深度与蛋清含盐率之间的相关性进行多项式拟合,酒浸泡组中二者具有良好的相关性(R2>0.9000)。

基于微波介电特性的茶叶含水率无损检测模型

以不同含水率茶叶样品为研究对象,采用微波自由空间法测量不同含水率茶叶在不同温度和不同容积密度下的茶叶介电特性参数。分析茶叶介电特性的变化规律可得:温度、含水率、容积密度均与茶叶介电常数呈正相关,受温度和含水率影响较为显著,受容积密度影响较小。以介电常数、温度和容积密度作为输入,茶叶含水率为输出,分别利用最小二乘法(LSM)和支持向量机(SVM)建立茶叶含水率与介电特性的预测模型。经过验证,建立的LSM和SVM模型的决定系数R2分别为0.96193,0.99416,SVM模型表现出的预测效果更好。

木炭粉-石蜡复合材料的介电特性和微波吸收性能研究

微波吸波材料在民用和军用领域均有较大的需求,而木材作为一种古老且储量丰富的天然材料,其碳化粉体与高分子材料复合用于吸波材料的系统研究较少。本研究以马尾松粉体和固态石蜡为原料,经过无氧高温炭化-热熔浇铸-冷压联合工艺制备出了木炭粉-石蜡复合材料,然后使用同轴空气线法结合理论模拟测试分析了石蜡、木粉-石蜡和木炭粉-石蜡复合材料的介电参数和吸波性能,并使用单因素法系统地探索了炭化温度、炭粉含量和材料厚度对该复合材料的介电参数和吸波性能的影响规律,并讨论其吸波机理。结果显示炭-蜡复合体在炭化温度为670℃、炭粉质量分数为40%和厚度为2.5 mm时的吸波性能最佳,其有效吸收频段覆盖了11.2~18 GHz(共6.80 GHz),反射损耗峰值高达-26.41 dB,吸收率超过了99%。其吸波机理主要为分散在石蜡中的木炭粉在微波的辐射下可能成为偶极子,当木炭粉的碳化程度和质量分数越高时,其石墨化程度和偶极子体积浓度增大,同时粉体颗粒之间接触的机会也会随之增多,从而加剧了材料的极化和损耗程度,最终宏观地反映为复合介电常数的增大。但是过高的温度和浓度会导致隧道效应和趋肤效应,从而降低木炭粉-石蜡复合材料的吸波性能。

基于改进Topp模型的红黏土介电特性试验研究

【目的】探讨红黏土介电特性的影响因素并提升Topp模型精度。【方法】以云南红黏土为例,开展以干密度、含水率、温度为变量的介电特性试验,分析不同条件下红黏土相对介电常数的变化规律,构建红黏土相对介电常数模型并对含水率进行预测。【结果】红黏土相对介电常数与含水率、温度、干密度呈正相关,影响因素的相关性程度依次为:含水率>温度>干密度。恒温条件下,Topp模型拟合精度较高;当温度发生变化时,Topp模型拟合精度显著降低。【结论】不同温度条件下Topp模型拟合得到的相对介电常数(ε_(r))与体积含水率(θ)的关系存在较大差异,引入温度改进后的Topp模型精度明显提高。

急性脑创伤脑组织介电特性

目的:研究家兔急性脑创伤脑组织介电特性(相对介电常数和电导率),为微波脑损伤检测技术提供依据。方法:实验组10只家兔以0.8 MPa压强撞击家兔颅顶部,建立急性脑创伤模型。在致伤部位开颅骨窗,采用开端同轴探针法在500 MHz~3 GHz频段范围内对致伤后30、45、60、75、90、105 min脑创伤部位脑组织进行介电特性测量。对照组10只家兔不撞击,其他步骤与实验组相同。结果:相同时间相同频率下,急性脑创伤脑组织的相对介电常数和电导率大于正常家兔脑组织(P<0.01)。在相同时间,急性脑创伤脑组织和正常家兔脑组织的相对介电常数随频率的增加而减小,电导率随频率的增加而增大。在相同频率,急性脑创伤脑组织相对介电常数和电导率随时间的增加而增大,而正常家兔脑组织的相对介电常数和电导率随时间的增加而保持相对稳定。结论:急性脑创伤后脑组织的介电特性发生明显改变,表明基于组织电特性的微波检测技术应用于脑创伤检测监测具有可行性。

非线性绝缘电介质介电特性表征与测试

非线性是导致问题复杂化的关键因素之一，且存在于几乎所有物理现象之中。电气绝缘介质的非线性介电行为在科学层面提供了更广泛的研究空间，同时在工程技术层面为电气绝缘结构设计、更高电压等级电力设备研发提供了新的破解瓶颈问题的技术途径。具有电场调控功能的非线性绝缘材料，被称为“智能绝缘材料”，已在大型电机端部绝缘和电缆附件防电晕结构得到广泛的应用。随着高压直流绝缘技术的进步，电气绝缘材料和绝缘结构非线性介电特性和机理研究得到越来越广泛的关注。非线性绝缘介质介电特性的表征和测试技术是极具挑战的研究课题，又是基础研究和工程应用技术研究不可回避的关键性基础问题。稳态直流电场下，非线性绝缘介电特性用伏安特性或电导率与电场强度关系来表征，相应测试技术比较简单。稳态交流电场场下，用等效（相对）介电常数和等效电导率与电场强度关系来表征，测试技术的关键是如何准确地分解阻性和容性电流。暂态电场下非线性绝缘介电特性的表征参数体系尚未建立，测试技术最为复杂，相关研究亟待开展。

苹果的介电特性与新鲜度的关系研究

采用平板电极，用破坏性方法研究了金帅苹果切片组织的介电特性与新鲜度的关系，结果表明：在１００Ｈｚ～１００ｋＨｚ的测试频段内，苹果的储藏时间越长，其果肉组织的阻抗值越大，相对介电常数和介质损耗因数越小；其中在１０～１００ｋＨｚ的频率范围内，苹果的介电特性与新鲜度具有明显的相关性。

纳米ZnO/低密度聚乙烯复合材料的介电特性

聚合物纳米复合材料因其优良的介电、机械等性能在电介质领域得到广泛的应用。纳米粒子改性聚乙烯基绝缘材料具有很好的研究价值及工程意义。该文主要研究了表面经分散剂处理的纳米ZnO粒子添加剂与低密度聚乙烯(LDPE)共混物的介电特性。结果表明5%含量的纳米ZnO添加剂能有效提高聚乙烯基复合材料的体积电阻率和交流击穿强度。同时纳米添加剂虽增加了体内的残余电荷,但能有效抑制电极同极性电荷的注入。另外由于聚合物纳米复合材料的界面特异性,使得介电常数随着纳米ZnO含量的增加呈先减小后增大趋势,而损耗值却线性增加。纳米ZnO/聚乙烯复合材料介电性能提高归因于纳米粒子与聚乙烯分子间类同于深陷阱的界面效应。

基于介电特性与蛋黄指数回归模型的鸡蛋新鲜度无损检测

为了更准确、快速的实现鸡蛋新鲜度品质指标蛋黄指数的无损检测,基于介电特性建立了鸡蛋新鲜度无损检测模型,获取鸡蛋的蛋黄指数信息。试验以不同新鲜度鸡蛋为研究对象,采用平行极板法测量不同新鲜度鸡蛋在温度为20℃,相对湿度为72%～89%,频率为1～200 k Hz下的介电特性参数,分析鸡蛋介电特性的变化规律,并建立鸡蛋介电特性与蛋黄指数之间的数学模型。分析了鸡蛋介电特性随测量信号频率及新鲜度指标蛋黄指数的变化曲线,发现其介电参数随频率及蛋黄指数的增大而减小。构建了蛋黄指数与相对介电常数的拟合方程,鸡蛋样品的实际蛋黄指数与模型预测的蛋黄指数间的决定系数R2为0.9115,蛋黄指数的误差为±4.2%,试验结果表明：利用拟合方程预测检验鸡蛋蛋黄指数取得了较好的预测效果,为无损检测鸡蛋新鲜度提供了一种新的可行方法。

基于介电特性的燕麦含水率预测

为了给基于介电特性的小杂粮含水率测量仪的开发提供基础数据,该文以燕麦为对象,利用同心圆柱形电容器研究了测试信号频率(103～106Hz)、燕麦含水率(12%～21%)、温度(5～40℃)和体积密度(671～787kg/m3)对相对介电常数ε′和介质损耗因数ε″的影响,分析了介电参数变化的原因;建立了部分频率下燕麦介电参数与主要影响因素的关系模型,验证了模型的精度;检验了基于介电参数预测含水率的精度和可行性。结果表明,在103～106Hz频段内,燕麦的ε′和ε″均随测试信号频率的增大而减小,但随含水率、温度和体积密度的增大而增大;可用三元或二元三次方程描述介电参数和主要影响因素的关系,且各模型的决定系数皆大于0.96;同烘干法获得的含水率相比,基于介电参数预测燕麦含水率的误差范围在±1.2%,说明基于介电特性预测含水率是可行的。本研究对了解燕麦的介电特性以及燕麦含水率检测仪的开发有重要的指导意义。

基于介电特性的果品种类识别试验

对苹果、梨和猕猴桃介电参数的电压特性进行了测定。结果表明,信号频率一定时,果品介电参数值随信号电压而变,且存在电压临界值。当信号电压小于该临界值时,电容和损耗角正切值保持不变,当信号电压大于临界值时,电容值随电压的增加呈反比减小,损耗角正切值随电压的增加呈正比增大。根据电压临界值的不同,提出了基于介电特性的果品种类识别方法。采用损耗角正切作为果品种类判别指标,对苹果、梨和猕猴桃的识别率分别为100%、90%和93%。

基于介电特性与IRIV-GWO-SVR算法的番茄叶片含水率检测

为了探究利用介电特性检测作物水分状况的可行性,研究了一种基于介电特性的有效、快速、精确检测番茄叶片含水率的方法。以300片不同含水率的番茄叶片为研究对象,通过LCR测量仪测定叶片在0.05~200 k Hz下的相对介电常数ε′和介质损耗因数ε″,并采用干燥法测量叶片含水率。利用迭代保留信息变量法(iteratively retains informative variables,IRIV)对介电参数进行特征变量选取,并与连续投影算法(successive projections algorithm,SPA)进行比较,利用支持向量回归机(support vector regression,SVR)分别建立叶片全变量、2种特征变量与叶片含水率的关系模型。结果表明,基于迭代保留信息变量法选取特征变量的支持向量回归模型(IRIV-SVR)具有良好的预测能力,但预测精度仍需提高,故引入灰狼优化算法(grey wolf optimizer,GWO)优化模型的参数c(惩罚因子)和g(核函数参数)。最终,经GWO优化后的模型(IRIV-GWO-SVR)的预测集决定系数R2与均方根误差RMSE分别为0.963 8,0.020 7。因此,利用介电特性结合IRIV-GWO-SVR算法预测番茄叶片含水率是可行的,同时为其他叶片含水率检测提供了一种新的方法和思路。