[发明专利]微波微流体传感器通道数值的联合仿真优化方法及系统

说明书

本发明公开了一种微波微流体传感器通道数值的联合仿真优化方法及系统。其方法包括步骤：S1、初设定微波微流体传感器通道优化区域并将其像素化为大小MxN的矩阵单元；S2、初始化程序参数值；S3、根据通道搜索方法构建多条个体微流体通道，以形成种群；S4、构建模型并进行仿真，根据仿真得到的数据计算个体微流体通道适应度值；S5、根据适应度值更新在迭代过程中的个体最优通道、群体最优通道以及每个矩阵单元被选择的概率；S6、判断迭代次数是否达到最大迭代次数；若否，则重复上述步骤S3‑S5，若是，则输出优化后的微流体通道数值。本发明能够较快、较可靠且自动得出性能优异的微波微流体传感器通道布局。

技术领域

本发明涉及微波传感器设计技术领域，特别是涉及一种微波微流体传感器通道数值的联合仿真优化方法及系统。

背景技术

微波传感器以其高灵敏度、鲁棒性、低制造和测量成本等优点，在医疗、生物医学、工业等诸多领域发挥着越来越重要的作用。它们还被用于微流体系统中液体的介电特性表征。因此如何对液体的介电常数实现准确、快速的测量，已经成为目前学术界和工业界共同关注的热点。

近年来，分裂环谐振器(Split-ring resonator)和互补分裂环谐振器(Complementary split-ring resonator)由于在拓扑结构上往往能表现出较强的电场，当被测液体(LUT)放在电场较强的区域进行表征时，传感器的谐振频率和质量因数能够随着被测液体的介电常数变化而变化，从而为被测液体的介电常数的测量提供了可靠的依据。然而这些传感器的空载Q值普遍较低，在实验过程中容易造成不必要的误差。而且对于传感器而言，传感器灵敏度的高低也显得尤为重要，一个传感器拥有更高的灵敏度说明其能够对被测液体介电常数的微小变化实现更准确、更精确地区分。然而，在众多对液体进行表征的传感器中，其灵敏度往往都不高。对于微流体传感器而言，微流通道的数值优化设计的人工优化方法较为复杂、困难，因而找出对微波微流体传感器通道数值设计的优化方法是急需解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种微波微流体传感器通道数值的联合仿真优化方法及系统，能够较快、较可靠地自动得出性能优异的微波微流体传感器通道布局。本发明采用以下技术方案：

一种微波微流体传感器通道数值的联合仿真优化方法，包括步骤：

S1、初设定微波微流体传感器通道优化区域并将其像素化为大小MxN的矩阵单元；

S2、初始化程序参数值；

S3、根据通道搜索方法构建多条个体微流体通道，以形成种群；

S4、构建模型并进行仿真，根据仿真得到的数据计算个体微流体通道适应度值；

S5、根据适应度值更新在迭代过程中的个体最优通道、群体最优通道以及每个矩阵单元被选择的概率；

S6、判断迭代次数是否达到最大迭代次数；若否，则重复上述步骤S3-S5，若是，则输出优化后的微流体通道数值。

优选的，步骤S2中，程序参数值包括个体微流体通道数量、最大迭代次数，每个矩阵单元被选择的初始概率、通道优化区域的矩阵起始单元和矩阵终止单元。

优选的，步骤S3中，通道搜索方法具体包括以下步骤：

S3.1.由起始单元开始，选取当前矩阵单元周围八个候选矩阵单元，并删除候选矩阵单元中的不合法矩阵单元；

S3.2.判断删除不合法矩阵单元后是否仍存在候选矩阵单元，若存在，则根据矩阵单元被选择概率值选择其中之一作为通道上的下一个单元，若不存在，则重新回到矩阵起始单元开始搜索通道路径；

S3.3.重复上述候选矩阵单元选取、候选矩阵单元删除与通道下一单元确定步骤，直至到达矩阵终止单元，得到的完整路径将作为个体微流体通道路径。