การจำลองระบบการวัดค่าเพอร์มิตติวิตี้โดยใช้โครงสร้างไมโครสตริป ที่ความถี่ไอเอสเอ็มร่วมกับตารางค้นหา
DOI:
https://doi.org/10.55003/ETH.400403คำสำคัญ:
การจำลองการวัดเพอร์มิตติวิตี้, โครงสร้างไมโครสตริป, ความถี่ไอเอสเอ็มบทคัดย่อ
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อจำลองระบบการวัดค่าเพอร์มิตติวิตี้โดยใช้โครงสร้างไมโครสตริปด้วยซอฟต์แวร์ซอนเน็ต เพื่อนำองค์ความรู้ที่ค้นพบไปใช้พัฒนาเครื่องมือวัดเพอร์มิตติวิตี้ที่มีประสิทธิภาพสูงและราคาถูกต่อไป งานวิจัยนี้ได้ออกแบบและจำลองโครงสร้างไมโครสตริปที่ความถี่ไอเอสเอ็ม ได้แก่ 13, 27 และ 40 MHz สำหรับค่าเพอร์มิตติวิตี้ที่ถูกใช้เท่ากับ 35, 55, 75 และค่าแทนเจนต์การสูญเสียที่ถูกใช้เท่ากับ 0.2, 0.4, 0.6 และได้ดำเนินการจำลองระบบการวัดเพื่อสร้างตารางค้นหาขนาด 11 × 11, 5 × 5 และ 3 × 3 ตามลำดับ แล้วนำผลจากการจำลองมาคำนวณเพื่อหาค่าเพอร์มิตติวิตี้ และค่าแทนเจนต์การสูญเสีย จากนั้นหาค่าความคลาดเคลื่อน ผลการวิจัยพบว่า การคำนวณค่าเพอร์มิตติวิตี้และค่าแทนเจนต์การสูญเสียโดยตรงจากเอสพารามิเตอร์ส่งผลให้เกิดค่าความคลาดเคลื่อนสูงอย่างมีนัยสำคัญ ด้วยเหตุนี้ผู้วิจัยจึงนำเสนอวิธีเพื่อหาค่าจากตารางค้นหา โดยผลลัพธ์ที่ได้จากวิธีการที่เสนอนี้แสดงให้เห็นถึงความสอดคล้องกับค่าเพอร์มิตติวิตี้จริงด้วย ค่าความคลาดเคลื่อนที่ต่ำกว่า 0.1984 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นการจำลองระบบการวัดในการวิจัยนี้สามารถนำไปใช้เพื่อหาค่าเพอร์มิตติวิตี้และค่าแทนเจนต์การสูญเสียของวัสดุที่ไม่ทราบค่าได้ นอกจากนั้นยังสามารถนำไปพัฒนาเป็นอุปกรณ์ที่ใช้วัดจริงที่มีประสิทธิภาพ และคุ้มค่าได้ในอนาคต
References
H. Lizhi, K. Toyoda and I. Ihara, “Dielectric properties of edible oils and fatty acids as a function of frequency, temperature, moisture and composition,” Journal of Food Engineering, vol. 88, no. 2, pp. 151–158, 2008, doi: 10.1016/j.jfoodeng.2007.12.035.
W. Routray and V. Orsat, “Recent advances in dielectric properties–measurements and importance,” Current Opinion in Food Science, vol. 23, pp. 120–126, 2018, doi:10.1016/j.cofs.2018.10.001.
J. Ahmed, H. S. Ramaswamy and G. S. V Raghavan, “Dielectric properties of soybean protein isolate dispersions as a function of concentration, temperature and pH,” LWT - Food Science and Technology, vol. 41, no. 1, pp. 71–81, 2008, doi: 10.1016/j.lwt.2007.01.017
A. A. Salema, Y. K. Yeow, K. Ishaque, F. N. Ani, M. T. Afzal and A. Hassan, “Dielectric properties and microwave heating of oil palm biomass and biochar,” Industrial Crops and Products, vol. 50, pp. 366–374, 2013, doi: 10.1016/j.indcrop.2013.08.007.
A. P. Franco, L. Y. Yamamoto, C. C. Tadini and J. A. W. Gut, “Dielectric properties of green coconut water relevant to microwave processing: Effect of temperature and field frequency,” Journal of Food Engineering, vol. 155, pp. 69–78, 2015, doi: 10.1016/j.jfoodeng.2015.01.011.
Y. A. Gezahegn, J. Tang, S. S. Sablani, P. D. Pedrow, Y. -K Hong, H. Lin and Z. Tang, “Dielectric properties of water relevant to microwave assisted thermal pasteurization and sterilization of packaged foods,” Innovative Food Science & Emerging Technologies, vol. 74, 2021, Art. no. 102837, doi: 10.1016/j.ifset.2021.102837.
S. O. Nelson and P. G. Bartley, “Measuring frequency- and temperature-dependent permittivities of food materials,” IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 51, no. 4, pp. 589–592, 2002, doi: 10.1109/TIM.2002.802244.
W. Guo, X. Zhu, Y. Liu and H. Zhuang, “Sugar and water contents of honey with dielectric property sensing,” Journal of Food Engineering, vol. 97, no. 2, pp. 275–281, 2010, doi: 10.1016/j.jfoodeng.2009.10.024.
W. Guo, Y. Liu, X. Zhu, and S. Wang, “Dielectric properties of honey adulterated with sucrose syrup,” Journal of Food Engineering, vol. 107, no. 1, pp. 1–7, 2011, doi: 10.1016/j.jfoodeng.2011.06.013.
X. Zhu, W. Guo and X. Wu, “Frequency- and temperature-dependent dielectric properties of fruit juices associated with pasteurization by dielectric heating,” Journal of Food Engineering, vol. 109, no. 2, pp. 258–266, 2012, doi: 10.1016/j.jfoodeng.2011.10.005.
I. Muñoz, P. Gou, P. A. Picouet, A. Barlabé and X. Felipe, “Dielectric properties of milk during ultra-heat treatment,” Journal of Food Engineering, vol. 219, pp. 137–146, 2018, doi: 10.1016/j.jfoodeng.2017.09.025.
D. Dag, R. K. Singh and F. Kong, “Dielectric properties, effect of geometry, and quality changes of whole, nonfat milk powder and their mixtures associated with radio frequency heating,” Journal of Food Engineering, vol. 261, pp. 40–50, 2019, doi: 10.1016/j.jfoodeng.2019.04.017.
X. Zhou, R. Li, J. G. Lyng and S. Wang, “Dielectric properties of kiwifruit associated with a combined radio frequency vacuum and osmotic drying,” Journal of Food Engineering, vol. 239, pp. 72–82, 2018, doi: 10.1016/j.jfoodeng.2018.07.006.
W. Guo, X. Zhu, S. O. Nelson, R. Yue, H. Liu and Y. Liu, “Maturity effects on dielectric properties of apples from 10 to 4500 MHz,” LWT - Food Scienceand Technology, vol. 44, no. 1, pp. 224–230, 2011, doi: 10.1016/j.lwt.2010.05.032.
K. Sacilik and A. Colak, “Determination of dielectric properties of corn seeds from 1 to 100 MHz,” Powder Technology, vol. 203, no. 2, pp. 365–370, 2010, doi: 10.1016/j.powtec.2010.05.031.
S. Zhang, L. Zhou, B. Ling and S. Wang, “Dielectric properties of peanut kernels associated with microwave and radio frequency drying,” Biosystems Engineering, vol. 145, pp. 108–117,2016, doi: 10.1016/j.biosystemseng.2016.03.002.
A. B. Oke and O.-D. Baik, “Role of moisture content, temperature, and frequency on dielectric behaviour of red lentil and Kabuli chickpea in relation to radio frequency heating,” Applied Food Research, vol. 2, no. 1, 2022, Art. no. 100046, doi: 10.1016/j.afres.2022.100046.
F. Jafari, K. Khalid, W. M. D. W. Yusoff and J. Hassan, “The analysis and design of multi-layer microstrip moisture sensor for rice grain,” Biosystems Engineering, vol. 106, no. 3, pp. 324–331, 2010, doi: 10.1016/j.biosystemseng.2010.04.005.
Y. L. Then, K. Y. You, M. N. Dimon and C. Y. Lee, “A modified microstrip ring resonator sensor with lumped element modeling for soil moisture and dielectric predictions measurement,” Measurement, vol. 94, pp. 119–125, 2016, doi: 10.1016/j.measurement.2016.07.046.
S. Majidifar and G. Karimi, “New approach for dielectric constant detection using a microstrip sensor,” Measurement, vol. 93, pp. 310–314, 2016, doi: 10.1016/j.measurement.2016.06.051.
J. Wu, P. Wang, X. Huang, F. Rao, X. Chen, Z. Shen and H. Yang, “Design and validation of liquid permittivity sensor based on RCRR microstrip metamaterial,” Sensors and Actuators A: Physical, vol. 280, pp. 222–227, 2018, doi: 10.1016/j.sna.2018.07.037.
S. Kiani, P. Rezaei and M. Navaei, “Dual-sensing and dual-frequency microwave SRR sensor for liquid samples permittivity detection,” Measurement, vol. 160, 2020, Art. no. 107805, doi:10.1016/j.measurement.2020.107805.
A. Buragohain, A. T. T. Mostako and G. S. Das, “Low-Cost CSRR Based Sensor for Determination of Dielectric Constant of Liquid Samples,” IEEE Sensors Journal, vol. 21, no. 24, pp. 27450–27457, 2021, doi: 10.1109/JSEN.2021.3124329.
M. N. Rahman, M. T. Islam and M. Samsuzzaman, “Development of a microstrip based sensor aimed at salinity and sugar detection in water considering dielectric properties,” Microwave and Optical Technology Letters, vol. 60, no. 3, pp. 667–672, 2018, doi: 10.1002/mop.31027.
M. T. Islam, S. S. Islam, A. S. Rocky, A. Alam, M. H. Chy and M. R. I. Faruque, “Design of a microstrip patch sensor antenna for the measurement of permittivity,” Materials Today: Proceedings, vol. 42, pp. 1341–1344, 2021, doi: 10.1016/j.matpr.2020.12.1192.
K. S. L. Parvathi and S. R. Gupta, “Two-channel dual-band microwave EBG sensor for simultaneous dielectric detection of liquids,” AEU – International Journal of Electronics and Communications, vol. 146, 2022, Art. no. 154099, doi: 10.1016/j.aeue.2021.154099.
R. Moolat, M. Mani and M. Pezholil, “Asymmetric coplanar strip based stepped monopole sensor for liquid permittivity measurements,” Engineering Science and Technology, an International Journal, vol. 32, 2022, Art. no. 101063, doi: 10.1016/j.jestch.2021.09.009.
S. Sharma and P. R. Prajapati, “Permittivity measurement of biological tissues using interdigital capacitor based resonator,” AEU - International Journal of Electronics and Communications, vol. 169, 2023, Art. no. 154755, doi: 10.1016/j.aeue.2023.154755.
Downloads
เผยแพร่แล้ว
How to Cite
ฉบับ
บท
License
Copyright (c) 2023 คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหาร
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
บทความที่ได้รับการตีพิมพ์เป็นลิขสิทธิ์ของคณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง
ข้อความที่ปรากฏในบทความแต่ละเรื่องในวารสารวิชาการเล่มนี้เป็นความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียนแต่ละท่านไม่เกี่ยวข้องกับสถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง และคณาจารย์ท่านอื่นๆในสถาบันฯ แต่อย่างใด ความรับผิดชอบองค์ประกอบทั้งหมดของบทความแต่ละเรื่องเป็นของผู้เขียนแต่ละท่าน หากมีความผิดพลาดใดๆ ผู้เขียนแต่ละท่านจะรับผิดชอบบทความของตนเองแต่ผู้เดียว
