CN116631543B - 一种基于状态方程的材料s参数测量方法及系统 - Google Patents

一种基于状态方程的材料s参数测量方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及材料检测技术领域，具体涉及一种基于状态方程的材料S参数测量系统，包括：控制终端，是系统的主控端，用于发出执行命令；分析模块，用于分析待测目标材料活度系数；代入模块，用于接收分析模块分析到的待测目标材料活度系数；用于设定待测目标材料的状态方程，本发明能够根据所需测量材料的不同来设计并储存不同的状态方程，并且设计的状态方程中加入了待测材料的活度系数，以此来区别于寻常的状态方程的应用，并且在状态方程完成设计后，还能够进一步以构建待测目标三维模型及实体的方式来进行检测验证，进一步的提升了待测材料通过状态方程进行S参数测量时的可靠性及精度。

Description

一种基于状态方程的材料S参数测量方法及系统
技术领域
本发明涉及材料检测技术领域，具体涉及一种基于状态方程的材料S参数测量方法及系统。
背景技术
材料检测是对原材料的成分分析、测量、无损伤检测和环境模拟测试等；
S参数即散射参数，是微波传输中的一个重要参数，人们常通过状态方程来表示各类材料的各项参量相互之间的函数关系，广泛的应用材料参数检测。
目前，针对用于信息传输或作为音频传递媒介的材料，在其传输效果检测时由于所需采集的参数较多，虽可用状态方程来对材料进行表征，但在参数采集阶段耗时过于冗长。
为此，我们提出一种基于状态方程的材料S参数测量方法及系统。
发明内容
解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于状态方程的材料S参数测量方法及系统，解决了用于信息传输或作为音频传递媒介的材料，在其传输效果检测时由于所需采集的参数较多，参数采集阶段耗时过于冗长的问题。
技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，一种基于状态方程的材料S参数测量系统，包括：
控制终端，是系统的主控端，用于发出执行命令；
分析模块，用于分析待测目标材料活度系数；
代入模块，用于接收分析模块分析到的待测目标材料活度系数；用于设定待测目标材料的状态方程，应用待测目标材料活度系数代入待测目标材料的状态方程；
构建模块，用于构建待测目标材料虚拟三维模型；
检测模块，用于获取构建模块构建的虚拟三维模型，应用待测目标材料虚拟三维模型制造相同型体的待测目标材料实体，对待测目标材料实体进行微波收发测试，读取测试中待测目标材料实体的散射参数；
配置模块，用于接收检测模块中检测到的待测目标材料实体散射参数，应用待测目标材料实体的散射参数进一步参与代入模块中最终得到的状态方程的计算；
其中，所述配置模块运行时，将待测目标材料实体散射参数配置到待测目标材料的状态方程中，并根据构建模块及检测模块的运行次数，适应性同步运行，在完成若干次状态方程计算后，求取状态方程计算结果均值。
更进一步地，所述分析模块内部设置有子模块，包括：
上载单元，用于输入待测目标材料的属性参数；
其中，上载单元运行输入待测目标材料的属性参数后，将属性参数数据应用到如下公式中计算，求取待测目标材料的活度系数，公式为：
式中：xi为摩尔分数；γi为活度系数；R为气体常数；T为体系的温度；ΔCpi为待测目标材料i在液态中的等压热容与在固态时的等压热容的差；Tif为待测目标材料i的熔解温度；ΔHif为待测目标材料i的熔解焓；
更进一步地，所述代入模块中设置的待测目标材料状态方程通过系统端用户手动编辑进行设定，在进行待测目标材料状态方程设定时，使用待测目标材料的压强、密度或温度中任意两组参量及待测目标材料活度系数进行设定。
更进一步地，所述构建模块中构建的待测目标材料虚拟三维模型，通过系统端用户操作三维制图软件制得，所述代入模块及构建模块下级设置有子模块，包括：
数据储存平台，用于接收代入模块及构建模块运行得到的待测目标材料的状态方程及虚拟三维模型，对待测目标材料的状态方程及虚拟三维模型进行相互配置的储存；
其中，数据储存平台同步与上载单元连接，实时获取上载单元中输入待测目标材料的属性参数，并进一步与待测目标材料的状态方程及虚拟三维模型进行配置并储存。
更进一步地，所述数据储存平台通过网络部署上传至云端，并对上传至云端的数据存储平台进一步配置验证密钥，系统端用户通过输入密钥验证身份于网络中访问数据储存平台，对数据储存平台中储存的数据内容进行读取、下载、上载、迁移的操作。
更进一步地，所述构建模块及检测模块通过系统端用户手动设定重复运行次数，且所述构建模块及检测模块于系统初始化运行阶段运行次数不少于三次。
更进一步地，所述检测模块下级设置有子模块，包括：
信号输出模组，用于发出微波信号；
信号输入模组，用于接收信号输出模组发出微波信号的信号回波；
其中，信号输出模组与信号输入模组运行进行微波信号收发时，通过矢量网络分析仪获取微波信号在待测目标材料实体中传输时的散射参数。
更进一步地，所述信号输出模组及信号输入模组在运行收发微波信号中，同步计算微波信号传输损耗，并设定评价阈值，应用评价阈值判定微波信号传输损耗是否处于评价阈值范围内，当微波信号传输损耗不处于评价阈值范围内时，对该次信号输出模组及信号输入模组运行结果数据进行舍弃，并跳转检测模块再次运行；
其中，微波信号传输损耗通过如下公式进行计算，公式为：
式中，E为微波信号的能量；f(t)为微波信号在t时刻的大小；dt为时间微分；X为微波信号传输时间阈。
更进一步地，所述控制终端通过介质电性连接有分析模块，所述分析模块内部通过介质电性连接有上载单元，所述分析模块通过介质电性连接有代入模块及构建模块，所述代入模块及构建模块下级通过网络连接有数据储存平台，所述数据储存平台通过网络与上载单元相连接，所述构建模块通过介质电性与检测模块双向连接，所述检测模块下级通过介质电性连接有信号输出模组及信号输入模组，所述检测模块通过介质电性连接有配置模块。
第二方面，一种基于状态方程的材料S参数测量方法，包括以下步骤：
步骤1：根据待测目标材料属性参数及参量设计待测目标材料的状态方程；
步骤2：用户端根据待测目标材料使用需求构建待测目标材料虚拟模型，应用待测目标材料虚拟模型建造待测目标材料实体；
步骤3：使用待测目标进行微波信号收发测试，通过矢量网络分析仪采集微波信号于待测目标材料实体中传输时的散射参数；
步骤4：接收步骤3中采集到的微波信号于待测目标材料实体中传输时的散射参数，进一步将散射参数代入步骤1中设计的状态方程中；
步骤5：构建数据库对步骤4中求得的状态方程及步骤2中待测目标材料实体的规格参数进行配置储存；
步骤6：用户端于数据库中根据待测目标材料实体规格参数选择对应状态方程，应用状态方程对待测目标材料实体同属性参数的所需检测的目标材料进行散射参数的计算。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明提供一种基于状态方程的材料S参数测量系统，该系统在运行时，能够根据所需测量材料的不同来设计并储存不同的状态方程，并且设计的状态方程中加入了待测材料的活度系数，以此来区别于寻常的状态方程的应用，并且在状态方程完成设计后，还能够进一步以构建待测目标三维模型及实体的方式来进行检测验证，进一步的提升了待测材料通过状态方程进行S参数测量时的可靠性及精度。
2、本发明中系统在运行的过程中，通过对状态方程以系统初始运行阶段测量的散射参数做进一步配置，有效的提升了系统运行得到的状态方程中数据的利用率，从而达到对待测材料进行S参数测量时更加全面、快捷。
3、本发明提供一种基于状态方程的材料S参数测量方法，通过该方法中的步骤执行，能够进一步的维护本发明中系统运行的稳定，并且在该方法的步骤执行过程中，还能够进一步提供用户端操作逻辑，使得通过本技术方案得到的状态方程，能够被在线共享使用，且以此提升了技术方案在具体实施层面的鲁棒性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种基于状态方程的材料S参数测量系统的结构示意图；
图2为一种基于状态方程的材料S参数测量方法的流程示意图；
图中的标号分别代表：1、控制终端；2、分析模块；21、上载单元；3、代入模块；4、构建模块；41、数据储存平台；5、检测模块；51、信号输出模组；52、信号输入模组；6、配置模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的一种基于状态方程的材料S参数测量系统，如图1所示，包括：
控制终端1，是系统的主控端，用于发出执行命令；
分析模块2，用于分析待测目标材料活度系数；
代入模块3，用于接收分析模块2分析到的待测目标材料活度系数；用于设定待测目标材料的状态方程，应用待测目标材料活度系数代入待测目标材料的状态方程；
构建模块4，用于构建待测目标材料虚拟三维模型；
检测模块5，用于获取构建模块4构建的虚拟三维模型，应用待测目标材料虚拟三维模型制造相同型体的待测目标材料实体，对待测目标材料实体进行微波收发测试，读取测试中待测目标材料实体的散射参数；
配置模块6，用于接收检测模块5中检测到的待测目标材料实体散射参数，应用待测目标材料实体的散射参数进一步参与代入模块3中最终得到的状态方程的计算；
其中，配置模块6运行时，将待测目标材料实体散射参数配置到待测目标材料的状态方程中，并根据构建模块4及检测模块5的运行次数，适应性同步运行，在完成若干次状态方程计算后，求取状态方程计算结果均值；
分析模块2内部设置有子模块，包括：
上载单元21，用于输入待测目标材料的属性参数；
其中，上载单元21运行输入待测目标材料的属性参数后，将属性参数数据应用到如下公式中计算，求取待测目标材料的活度系数，公式为：
式中：xi为摩尔分数；γi为活度系数；R为气体常数；T为体系的温度；ΔCpi为待测目标材料i在液态中的等压热容与在固态时的所述检测模块5下级设置有子模块，包括：
信号输出模组51，用于发出微波信号；
信号输入模组52，用于接收信号输出模组51发出微波信号的信号回波；
其中，信号输出模组51与信号输入模组52运行进行微波信号收发时，通过矢量网络分析仪获取微波信号在待测目标材料实体中传输时的散射参数。
在本实施例中，控制终端1控制分析模块2运行分析待测目标材料活度系数，同步的由代入模块3接收分析模块2分析到的待测目标材料活度系数，并设定待测目标材料的状态方程，应用待测目标材料活度系数代入待测目标材料的状态方程，再由构建模块5构建待测目标材料虚拟三维模型，进一步的检测模块5运行，获取构建模块4构建的虚拟三维模型，应用待测目标材料虚拟三维模型制造相同型体的待测目标材料实体，对待测目标材料实体进行微波收发测试，读取测试中待测目标材料实体的散射参数，最后通过配置模块6接收检测模块5中检测到的待测目标材料实体散射参数，应用待测目标材料实体的散射参数进一步参与代入模块3中最终得到的状态方程的计算；
其中，通过上载单元21对待测目标材料的活度系数的计算，为代入模块3运行得到状态方程提供了必要的数据支持。
实施例2
在具体实施层面，在实施例1的基础上，本实施例参照图1所示对实施例1中一种基于状态方程的材料S参数测量系统做进一步具体说明：
代入模块3中设置的待测目标材料状态方程通过系统端用户手动编辑进行设定，在进行待测目标材料状态方程设定时，使用待测目标材料的压强、密度或温度中任意两组参量及待测目标材料活度系数进行设定。
如图1所示，构建模块4中构建的待测目标材料虚拟三维模型，通过系统端用户操作三维制图软件制得，代入模块3及构建模块4下级设置有子模块，包括：
数据储存平台41，用于接收代入模块3及构建模块4运行得到的待测目标材料的状态方程及虚拟三维模型，对待测目标材料的状态方程及虚拟三维模型进行相互配置的储存；
其中，数据储存平台41同步与上载单元21连接，实时获取上载单元21中输入待测目标材料的属性参数，并进一步与待测目标材料的状态方程及虚拟三维模型进行配置并储存。
通过上述对数据储存平台41的进一步设置，可以使得该系统具备一定程度的数据交互功能，以便于同时服务更多用户，为用户带来更佳的使用体验。
如图1所示，数据储存平台41通过网络部署上传至云端，并对上传至云端的数据存储平台41进一步配置验证密钥，系统端用户通过输入密钥验证身份于网络中访问数据储存平台41，对数据储存平台41中储存的数据内容进行读取、下载、上载、迁移的操作。
上述数据储存平台41所使用的验证密钥，为现有技术验证密钥中的任意一种。
如图1所示，构建模块4及检测模块5通过系统端用户手动设定重复运行次数，且构建模块4及检测模块5于系统初始化运行阶段运行次数不少于三次。
通过上述设置，使得系统运行输出最终状态方程后，应用状态方程计算的S参数数据能够具备校验条件，使得系统输出的状态方程运行使用获取到的结果更加有效、精确。
如图1所示，信号输出模组51及信号输入模组52在运行收发微波信号中，同步计算微波信号传输损耗，并设定评价阈值，应用评价阈值判定微波信号传输损耗是否处于评价阈值范围内，当微波信号传输损耗不处于评价阈值范围内时，对该次信号输出模组51及信号输入模组52运行结果数据进行舍弃，并跳转检测模块5再次运行；
其中，微波信号传输损耗通过如下公式进行计算，公式为：
式中，E为微波信号的能量；f(t)为微波信号在t时刻的大小；dt为时间微分；X为微波信号传输时间阈；
通过上述公式计算，能够对系统中信号输出模组51及信号输入模组52的运行状态进行有效监测，在确保信号输出模组51及信号输入模组52运行安全稳定的同时，还保证的系统输出运行结果数据更加可靠。
如图1所示，控制终端1通过介质电性连接有分析模块2，分析模块2内部通过介质电性连接有上载单元21，分析模块2通过介质电性连接有代入模块3及构建模块4，代入模块3及构建模块4下级通过网络连接有数据储存平台41，数据储存平台41通过网络与上载单元21相连接，构建模块4通过介质电性与检测模块5双向连接，检测模块5下级通过介质电性连接有信号输出模组51及信号输入模组52，检测模块5通过介质电性连接有配置模块6。
实施例3
在具体实施层面，在实施例1的基础上，本实施例参照图2所示对实施例1中一种基于状态方程的材料S参数测量系统做进一步具体说明：
一种基于状态方程的材料S参数测量方法，包括以下步骤：
步骤1：根据待测目标材料属性参数及参量设计待测目标材料的状态方程；
步骤2：用户端根据待测目标材料使用需求构建待测目标材料虚拟模型，应用待测目标材料虚拟模型建造待测目标材料实体；
步骤3：使用待测目标进行微波信号收发测试，通过矢量网络分析仪采集微波信号于待测目标材料实体中传输时的散射参数；
步骤4：接收步骤3中采集到的微波信号于待测目标材料实体中传输时的散射参数，进一步将散射参数代入步骤1中设计的状态方程中；
步骤5：构建数据库对步骤4中求得的状态方程及步骤2中待测目标材料实体的规格参数进行配置储存；
步骤6：用户端于数据库中根据待测目标材料实体规格参数选择对应状态方程，应用状态方程对待测目标材料实体同属性参数的所需检测的目标材料进行散射参数的计算。
综上而言，上述实施例中系统能够根据所需测量材料的不同来设计并储存不同的状态方程，并且设计的状态方程中加入了待测材料的活度系数，以此来区别于寻常的状态方程的应用，并且在状态方程完成设计后，还能够进一步以构建待测目标三维模型及实体的方式来进行检测验证，进一步的提升了待测材料通过状态方程进行S参数测量时的可靠性及精度；并且，系统在运行的过程中，通过对状态方程以系统初始运行阶段测量的散射参数做进一步配置，有效的提升了系统运行得到的状态方程中数据的利用率，从而达到对待测材料进行S参数测量时更加全面、快捷；此外，通过实施例中记载的方法的步骤执行，能够进一步的维护本发明中系统运行的稳定，并且在该方法的步骤执行过程中，还能够进一步提供用户端操作逻辑，使得通过本技术方案得到的状态方程，能够被在线共享使用，且以此提升了技术方案在具体实施层面的鲁棒性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于状态方程的材料S参数测量系统，其特征在于，
包括：
控制终端(1)，是系统的主控端，用于发出执行命令；
分析模块(2)，用于分析待测目标材料活度系数，设置有子模块，包括：
上载单元(21)，用于输入待测目标材料的属性参数；
其中，上载单元(21)运行输入待测目标材料的属性参数后，将属性参数数据应用到如下公式中计算，求取待测目标材料的活度系数，公式为：
式中：xi为摩尔分数；γi为活度系数；R为气体常数；T为体系的温度；ΔCpi为待测目标材料i在液态中的等压热容与在固态时的等压热容的差；Ti f为待测目标材料i的熔解温度；ΔHi f为待测目标材料i的熔解焓；
代入模块(3)，用于接收分析模块(2)分析到的待测目标材料活度系数；
用于设定待测目标材料的状态方程，应用待测目标材料活度系数代入待测目标材料的状态方程；
构建模块(4)，用于构建待测目标材料虚拟三维模型；
检测模块(5)，用于获取构建模块(4)构建的虚拟三维模型，应用待测目标材料虚拟三维模型制造相同型体的待测目标材料实体，对待测目标材料实体进行微波收发测试，读取测试中待测目标材料实体的散射参数，设置有子模块，包括：
信号输出模组(51)，用于发出微波信号；
信号输入模组(52)，用于接收信号输出模组(51)发出微波信号的信号回波；
其中，信号输出模组(51)与信号输入模组(52)运行进行微波信号收发时，通过矢量网络分析仪获取微波信号在待测目标材料实体中传输时的散射参数，所述信号输出模组(51)及信号输入模组(52)在运行收发微波信号中，同步计算微波信号传输损耗，并设定评价阈值，应用评价阈值判定微波信号传输损耗是否处于评价阈值范围内，当微波信号传输损耗不处于评价阈值范围内时，将信号输出模组(51)及信号输入模组(52)当前运行结果数据进行舍弃，并跳转检测模块(5)再次运行；
其中，微波信号传输损耗通过如下公式进行计算，公式为：
式中，E为微波信号的能量；f(t)为微波信号在t时刻的大小；dt为时间微分；X为微波信号传输时间阈；
配置模块(6)，用于接收检测模块(5)中检测到的待测目标材料实体散射参数，应用待测目标材料实体的散射参数进一步参与代入模块(3)中最终得到的状态方程的计算；
其中，所述配置模块(6)运行时，将待测目标材料实体散射参数配置到待测目标材料的状态方程中，并根据构建模块(4)及检测模块(5)的运行次数，适应性同步运行，在完成若干次状态方程计算后，求取状态方程计算结果均值。
2.根据权利要求1所述的一种基于状态方程的材料S参数测量系统，其特征在于，
所述代入模块(3)中设置的待测目标材料状态方程通过系统端用户手动编辑进行设定，在进行待测目标材料状态方程设定时，使用待测目标材料的压强、密度或温度中任意两组参量及待测目标材料活度系数进行设定。
3.根据权利要求1所述的一种基于状态方程的材料S参数测量系统，其特征在于，
所述构建模块(4)中构建的待测目标材料虚拟三维模型，通过系统端用户操作三维制图软件制得，所述代入模块(3)及构建模块(4)下级设置有子模块，包括：
数据储存平台(41)，用于接收代入模块(3)及构建模块(4)运行得到的待测目标材料的状态方程及虚拟三维模型，对待测目标材料的状态方程及虚拟三维模型进行相互配置的储存；
其中，数据储存平台(41)同步与上载单元(21)连接，实时获取上载单元(21)中输入待测目标材料的属性参数，并进一步与待测目标材料的状态方程及虚拟三维模型进行配置并储存。
4.根据权利要求3所述的一种基于状态方程的材料S参数测量系统，其特征在于，
所述数据储存平台(41)通过网络部署上传至云端，并对上传至云端的数据存储平台(41)进一步配置验证密钥，系统端用户通过输入密钥验证身份于网络中访问数据储存平台(41)，对数据储存平台(41)中储存的数据内容进行读取、下载、上载、迁移的操作。
5.根据权利要求1所述的一种基于状态方程的材料S参数测量系统，其特征在于，
所述构建模块(4)及检测模块(5)通过系统端用户手动设定重复运行次数，且所述构建模块(4)及检测模块(5)于系统初始化运行阶段运行次数不少于三次。
6.根据权利要求1所述的一种基于状态方程的材料S参数测量系统，其特征在于，
所述控制终端(1)通过介质电性连接有分析模块(2)，所述分析模块(2)内部通过介质电性连接有上载单元(21)，所述分析模块(2)通过介质电性连接有代入模块(3)及构建模块(4)，所述代入模块(3)及构建模块(4)下级通过网络连接有数据储存平台(41)，所述数据储存平台(41)通过网络与上载单元(21)相连接，所述构建模块(4)通过介质电性与检测模块(5)双向连接，所述检测模块(5)下级通过介质电性连接有信号输出模组(51)及信号输入模组(52)，所述检测模块(5)通过介质电性连接有配置模块(6)。
7.一种基于状态方程的材料S参数测量方法，所述方法是对如权利要求1-6中任意一项所述一种基于状态方程的材料S参数测量系统的实施方法，其特征在于，
包括以下步骤：
步骤1：根据待测目标材料属性参数及参量设计待测目标材料的状态方程；
步骤2：用户端根据待测目标材料使用需求构建待测目标材料虚拟模型，应用待测目标材料虚拟模型建造待测目标材料实体；
步骤3：使用待测目标进行微波信号收发测试，通过矢量网络分析仪采集微波信号于待测目标材料实体中传输时的散射参数；
步骤4：接收步骤3中采集到的微波信号于待测目标材料实体中传输时的散射参数，进一步将散射参数代入步骤1中设计的状态方程中；
步骤5：构建数据库对步骤4中求得的状态方程及步骤2中待测目标材料实体的规格参数进行配置储存；
步骤6：用户端于数据库中根据待测目标材料实体规格参数选择对应状态方程，应用状态方程对待测目标材料实体同属性参数的所需检测的目标材料进行散射参数的计算。
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