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Title: Análise da determinação da constante elétrica de materiais sólidos e líquidos usando parâmetros de transmissão na faixa de microondas
Authors: Soffiatti, André
Keywords: Permissividade complexa;Caracterização de materiais;Método do espaço livre;Antenas de microfita;Sensor metamaterial
Issue Date: 28-Sep-2018
Citation: SOFFIATTI, André. Análise da determinação da constante elétrica de materiais sólidos e líquidos usando parâmetros de transmissão na faixa de microondas. 2018. 94f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Abstract: With the rapid growth of technology, it has become necessary to develop sensory devices for the control and automation of various agricultural, pharmaceutical and food processes in order to better understand the dielectric properties of materials and measurement techniques. This work presents an investigation and construction of an electromagnetic sensor system based on planar and non-planar antennas that are used to evaluate impurities in solid and liquid substances according to the quality of transmission between them. For this, a dedicated configuration was implemented with tests in several frequencies, to monitor the behavior of the transmission variation between the antennas using the free space method. Transmission analysis was also performed between the sensors, varying the angles of transmitted signal incidence and distance. The proposed sensor system was tested at several frequencies resulting in different sensitivity values. The prototypes were constructed and tested to analyze the dielectric effects of impurities in liquid substances of Epocler, NaCl and C2H4O2 and solid in medicaments such as tablets and capsules of different sizes and weights. The methodology used a simple technique to calculate the parameters of scattering [S] in solids and liquids and with its processing to obtain the dielectric properties of the materials considered. In addition, a mathematical model is presented for the transmission parameters related to the dielectric constant εr. In the experimental procedures, the parameters [S] are collected in free space by the Vector Network Analyzer (VNA), using horn antennas and also planar antennas with metamaterial. The theoretical and experimental results are validated through metric coherences obtained.
Portuguese Abstract: Com o rápido crescimento da tecnologia, tornou-se necessário o desenvolvimento de dispositivos sensoriais para o controle e a automação de vários processos agrícolas, farmacêuticos e alimentícios, a fim de um melhor entendimento das propriedades dielétricas dos materiais e das técnicas de medição. Este trabalho apresenta uma investigação e construção de um sistema sensor eletromagnético baseado em antenas planares e não-planares que são utilizadas para avaliar impurezas em substâncias sólidas e liquidas de acordo com a qualidade de transmissão entre elas. Para isso, foi implementada uma configuração dedicada com testes em várias frequências para monitorar o comportamento da variação de transmissão entre as antenas utilizando o método do espaço livre. Também foi realizada análise da transmissão entre os sensores variando os ângulos de incidência de sinal transmitido e da distância. O sistema sensor proposto foi testado em várias frequências resultando em diferentes valores de sensibilidade. Os protótipos foram construídos e testados para analisar os efeitos dielétricos das impurezas nas substâncias líquidas de Epocler, NaCl e C2H4O2 e sólidas em medicamentos como comprimidos e cápsulas com diferentes dimensões e pesos. A metodologia usou uma técnica simples para calcular os parâmetros de espalhamentos [S] em sólidos e líquidos e com seu processamento obter as propriedades dielétricas dos materiais considerados. Além disso, um modelo matemático é apresentado para os parâmetros de transmissão relacionado com a constante dielétrica εr . Nos procedimentos experimentais, os parâmetros [S] são coletados em espaço livre pelo Vector Network Analyzer (VNA), usando antenas tipo corneta e também antenas planares com metamaterial. Os resultados teóricos e experimentais são validados através de coerências métricas obtidas.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26507
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