基于阻抗分析仪的煤岩介电常数测量方法技术

本发明专利技术针对现有技术的不足，提供一种基于阻抗分析仪的煤岩介电常数测量方法，快速，便捷，准确的测量掺有岩石的煤的介电常数。使用的仪器精简，测量方法容易实现，便于大范围推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤岩介电常数测量技术，尤其涉及一种基于精密阻抗分析仪的介质介电常数测量方法。
技术介绍
介电常数是表征电介质或者绝缘材料电性能的一个重要数据，又可以叫做相对电容率或电容率。在电磁波理论中，介质与电磁波的相互作用及场变化主要通过研究介电常数，从而进行分析的。介电常数是指同一个电容器中用同一物质为电介质和真空时的电容的比值，表示电介质在电场中存储静电能的相对能力，相对介电常数越小绝缘性越好。不同物质的复介电常数有着本质的区别，介电常数表征了介质与电磁场之间的相互作用。随着微波技术的发展，微波检测在工业农业生产，国防建设等研究中得到越来越广泛的应用。微波检测通常利用介质在微波频率下介电特性的变化，如微波通过介质后其衰减或相移的变化来检测各种非电物理量。在井下进行采矿挖掘的时候，采煤机挖掘到的煤中间会有一定含量的岩石。煤的含量越高越好，而且煤的质地较软，岩石的含量越低越好，且质地较硬，在采煤时，由于岩石比较硬，会对采煤机的刀面造成损害。因此，采煤时合理的控制采煤机挖掘区域的煤的含量十分重要，在确保煤含量的同时，尽量降低岩石含量。基于此，在开采时，可以通过测量煤含量来判定是否进行当前区域开采。煤含量测量可以通过测量其介电常数来实现。因此，介电常数在煤含量的测量中具有重要的应用价值。目前，介电常数的测量方法有如下几类：频域传输法，时域传输法，噪声相关法，谐振腔法等方法。频域传输法是测量材料介电常数最成熟的方法。低频段采用矢量阻抗法和电桥法；微波频段采用驻波法，网络分析仪法和六端口技术。随着可调激光器的发展，亚毫米波，红外，可见光或X射线等频段都可以采用频域传输技术。时域法可分为快响应和慢响应，慢响应主要通过测量电容的充放电曲线，反演材料甚低频下的弛豫特性。快响应可将时域测得的数据转换到频域。此时，频域传输法与时域法互为对偶方法。噪声相关法是红外以上频段测量材料介电常数的有效方法，近年有向低频段发展的趋势。谐振腔法是微波频段测量介电常数的方法，需要讨论材料大小，墙体尺寸对测量结果的影响。上述介电常数测量方法的装置的比较复杂，大范围的推广使用很难。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述技术的不足，提供一种基于阻抗分析仪的煤岩介电常数测量方法，快速，便捷，准确的测量掺有岩石的煤的介电常数。使用的仪器精简，测量方法容易实现，便于大范围推广。本申请请求保护一种基于阻抗分析仪的煤岩介电常数测量方法，包括如下步骤：S101，开启阻抗分析仪，确定测试介电常数的稳定频率区间；其中，阻抗分析仪，包括交流源，电阻，平衡系统，外接端口，平行板电容器；测量平行板电容器在空置状态的谐振频率，并且得到电容值能够稳定频率区间，为后期测量不同物质的电容值和谐振频率建立数据基础；S102，针对各种比例的煤岩混合物，建立谐振频率f与介电常数ε的数学模型a；在将已知各种比例的煤岩混合物填充进平行板电容器后，阻抗分析仪运行后根据内部的测量状态，会自动稳定在一个频率上，这个频率为谐振频率f；在该谐振频率f下，测量得到电容C，通过如下的平行板电容器介电常数的测量公式,进而得到物质的介电常数ε；C=ϵSd---(1)]]>其中，ε是电容极板间介质的介电常数；d代表两平行极板间距离；S代表两平行极板相对面积；至此，获得了各种比例的煤岩混合物的谐振频率f和介电常数ε的数学模型a。S103，针对各种比例的煤岩混合物，对于某一种煤岩混合物，调整阻抗分析仪内部的检测频率f′，测试不同检测频率下的电容值，并通过平行板电容器介电常数的测量公式计算得到不同的介电常数ε′，进而得到介电常数ε′随检测频率f′的变化趋势曲线，建立关系模型b；S104，针对介电常数未知的煤岩混合物，用阻抗分析仪测量得到该煤岩混合物的谐振频率F，并通过谐振频率f与介电常数ε的数学模型a,得到该煤岩混合物的介电常数，同时也能通过该数学模型a获知该煤岩混合物的具体煤岩比例。S105，根据步骤S104得到的特定比例的煤岩混合物，从步骤S103中提取出对应于该煤岩混合物的介电常数ε′随检测频率f′变化的关系模型b，从而能够得知：当检测频率f′发生变化时，介电常数ε′的变化。进一步的，所述S103中，所述的检测频率f′可取的范围在10Hz到120MHz之间，每隔10MHz产生一个检测信号。进一步的，针对常见的11中比例的煤岩混合物，所述数学模型a如下表所示：与现有的技术相比，本专利技术提供方法利用精密阻抗分析仪，操作简单，实用性强。附图说明图1是利用精密阻抗分析仪实施的电路图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。技术原理：平行板电容器电容量的计算公式为C=ϵSd---(1)]]>其中，ε是电容极板间介质的介电常数；d代表两平行极板间距离；S代表两平行极板相对面积。从公式可以看出，平行板电容器的输出电容与极板间距成反比，与极板间正对面积成正比，由此可知，介电常数ε与电容C之间存在一定关系。可以通过测量未知物质的电容，得到介电常数。本申请请求保护的基于阻抗分析仪的煤岩介电常数测量方法，包括如下步骤：S101，开启阻抗分析仪，确定测试介电常数的稳定频率区间；在本专利技术实施例中，所述的精密阻抗分析仪是上海克尔韦恩电子公司的，型号为6500B。其中，阻抗分析仪内部的电路结构如附图1所示，包括交流源，电阻，平衡系统，外接端口，平板电容器等部分。测量平行板电容器在空置状态的谐振频率，并且得到电容值C能够稳定频率区间，为后期测量不同物质的电容值C和谐振频率建立数据基础。S102，针对各种比例的煤岩混合物，建立谐振频率f与介电常数ε的数学模型a；在将已知各种比例的煤岩混合物填充进平行板电容器后，阻抗分析仪运行后根据内部的测量状态，会自动稳定在一个频率上，这个频率为谐振频率f；在该谐振频率f下，测量得到电容C，通过如下的平行板电容器介电常数的测量公式,进而得到物质的介电常数ε。C=ϵSd---(1)]]>其中，ε是电容极板间介质的介电常数；d代表两平行极板间距离；S代表两平行极板相对面积。至此，获得了各种比例的煤岩混合物的谐振频率f和介电常数ε的数学模型a。在本专利技术实施例中，所述的已知介质为11种，在谐振频率下测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于阻抗分析仪的煤岩介电常数测量方法，包括如下步骤：S101，开启阻抗分析仪，确定测试介电常数的稳定频率区间；其中，阻抗分析仪，包括交流源，电阻，平衡系统，外接端口，平行板电容器；测量平行板电容器在空置状态的谐振频率，并且得到电容值能够稳定频率区间，为后期测量不同物质的电容值和谐振频率建立数据基础；S102，针对各种比例的煤岩混合物，建立谐振频率f与介电常数ε的数学模型a；在将已知各种比例的煤岩混合物填充进平行板电容器后，阻抗分析仪运行后根据内部的测量状态，会自动稳定在一个频率上，这个频率为谐振频率f；在该谐振频率f下，测量得到电容C，通过如下的平行板电容器介电常数的测量公式,进而得到物质的介电常数ε；C=ϵSd---(1)]]>其中，ε是电容极板间介质的介电常数；d代表两平行极板间距离；S代表两平行极板相对面积；至此，获得了各种比例的煤岩混合物的谐振频率f和介电常数ε的数学模型a。S103，针对各种比例的煤岩混合物，对于某一种煤岩混合物，调整阻抗分析仪内部的检测频率f′，测试不同检测频率下的电容值，并通过平行板电容器介电常数的测量公式计算得到不同的介电常数ε′，进而得到介电常数ε′随检测频率f′的变化趋势曲线，建立关系模型b；S104，针对介电常数未知的煤岩混合物，用阻抗分析仪测量得到该煤岩混合物的谐振频率F，并通过谐振频率f与介电常数ε的数学模型a,得到该煤岩混合物的介电常数，同时也能通过该数学模型a获知该煤岩混合物的具体煤岩比例。S105，根据步骤S104得到的特定比例的煤岩混合物，从步骤S103中提取出对应于该煤岩混合物的介电常数ε′随检测频率f′变化的关系模型b，从而能够得知：当检测频率f′发生变化时，介电常数ε′的变化。...

【技术特征摘要】
1.一种基于阻抗分析仪的煤岩介电常数测量方法，包括如下步骤：
S101，开启阻抗分析仪，确定测试介电常数的稳定频率区间；
其中，阻抗分析仪，包括交流源，电阻，平衡系统，外接端口，平行板电容
器；
测量平行板电容器在空置状态的谐振频率，并且得到电容值能够稳定频率区
间，为后期测量不同物质的电容值和谐振频率建立数据基础；
S102，针对各种比例的煤岩混合物，建立谐振频率f与介电常数ε的数学模
型a；
在将已知各种比例的煤岩混合物填充进平行板电容器后，阻抗分析仪运行后
根据内部的测量状态，会自动稳定在一个频率上，这个频率为谐振频率f；
在该谐振频率f下，测量得到电容C，通过如下的平行板电容器介电常数的
测量公式,进而得到物质的介电常数ε；
C=ϵSd---(1)]]>其中，ε是电容极板间介质的介电常数；d代表两平行极板间距离；S代表两
平行极板相对面积；
至此，获得了各种比例的煤岩混合物的谐振频率f和介电常数ε的数学模型
a。
S103，针对各种比例的煤岩混合物，对于某一种煤岩混合物，调整阻抗分析
仪内部的检测频率f′，测试不同检测频率下的电容值，并通过平行板电容器介
电常数的测量公式计算得到不同的介电常数ε′，进而得到介电常数ε′随检测频
率f′的变化趋势曲线，建立关系模型b；
S104，针对介电常数未知的煤岩混合物，用阻抗分析仪测量得到该煤岩混合
物的谐振频率F，并通过谐振...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵端，程园新，韩楠楠，王习，董飞，丁恩杰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32