Caracterización de líquidos en la región de microondas usando sensor de permitividad dieléctrica

• Zapata Ochoa, Edison Andrés ^[1] ; García, Vanessa ^[2] ; Machuca, Hernán D. ^[1]
  1. [1] Instituto Tecnológico Metropolitano

     Instituto Tecnológico Metropolitano

     Colombia

     
  2. [2] Corporación Universitaria Americana

     Corporación Universitaria Americana

     Colombia

     
• Localización: Ingeniería y competitividad: revista científica y tecnológica, ISSN 0123-3033, Vol. 25, Nº. 3, 2023 (Ejemplar dedicado a: Ingeniería y Competitividad)
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Characterization of liquids in the microwave region using dielectric permittivity sensor
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• Resumen
  • español

    Se propone y analiza numéricamente un sensor para la caracterización de la permitividad dieléctrica de substancias en la región de las microondas. Para ello, se emplea una antena basada en un anillo resonador rectangular, en un sustrato TMM® 13i. Este es un compuesto cerámico de polímero dieléctrico termoestable con un factor de disipación de 0,0019 a 10 GHz, el cual nos permite obtener un dispositivo altamente resonante a la frecuencia de 2.4 GHz y 5 GHz. Se emplea el método anillo resonador con un capilar de vidrio pyrex en el centro para interrogar las características eléctricas de este sensor tales como la permitividad, permeabilidad y conductividad. Los resultados obtenidos revelan que el sensor propuesto presenta una sensibilidad de desplazamiento en la frecuencia fundamental, cuando este es empleado en la caracterización de muestras cuya permitividad está dentro del rango 1, a 32.5. Adicionalmente este presenta un tamaño compacto, pues solo mide 42 mm x 46 mm. Además, fueron indagados de manera simulada algunos metales pesados que se pueden encontrar en el medio ambiente. Los resultados obtenidos nos permiten evidenciar que el sensor propuesto resulta ser una alternativa interesante debido a que su fabricación es simple y económica. También, este puede ser fácilmente integrado en redes de sensado inalámbrico, las cuales son de amplio interés a nivel industrial ya que puede ser fácilmente integrado con tecnologías emergentes como internet de las cosas.

  • English

    A sensor is proposed and analyzed numerically for the characterization of the dielectric permittivity of substances in the microwave region. For this, an antenna is used based on a rectangular resonator ring, on a TMM® 13i substrate. This is a thermosetting dielectric polymer ceramic compound with a dissipation factor of 0.0019 at 10 GHz, which allows us to obtain a highly resonant device at the frequency of 2.4 GHz and 5 GHz. The ring resonator method is used with a Pyrex glass capillary in the center to interrogate the electrical characteristics of this sensor such as permittivity, permeability, and conductivity. The results obtained reveal that the proposed sensor presents a displacement sensitivity in the fundamental frequency, when it is used in the characterization of samples whose permittivity is within the range 1 to 80. In addition, it has a compact size, as it only measures 42 mm x 46 mm. In addition, some heavy metals that can be found in the environment were simulated. The results obtained allow us to show that the proposed sensor turns out to be an interesting alternative because its manufacture is simple and inexpensive. Furthermore, it can be easily integrated into wireless sensor networks, which are of wide interest at an industrial level since it can be easily integrated with emerging technologies such as the Internet of Things.