微波陶瓷材料快速检测装置及其检测方法制造方法及图纸

微波陶瓷材料的快速检测装置及其测量方法，涉及一种微波介质陶瓷材料的检测，尤其是涉及一种微波介质材料的介电性能参数即相对介电常数、介质损耗系数和温度系数的快速测量装置及其测量方法。提供一种测量速度较快、适用性广、无损伤、精确度高、操作方便、性价比高，特别是在微波介质陶瓷材料温度系数的快速检测上更具有优势的微波介质陶瓷材料的快速检测装置及其测量方法。测量装置包括：带步进电机的开放型平行板谐振腔、单片机控制及步进电机驱动器、矢量网络分析仪和计算机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微波陶瓷材料的检测，尤其是涉及一种微波介质材料的介电性能参数即相对介电常数、介质损耗系数和温度系数的快速检测装置及其检测方法。
技术介绍
近年来，微波介质陶瓷材料已被广泛用来制作谐振器、滤波器、介质基片、介质天线、介质波导回路等，在现代通信领域正发挥着越来越大的作用，是一种应用前景广阔的电子信息材料。该材料的介电性能主要有三个参数相对介电常数(简称介电常数)、介质损耗系数及温度系数，快速准确测量这三个参数，是开发微波介质陶瓷材料的一个重要环节。吴毅强等(吴毅强，卢金平，等，微波介质陶瓷介电常数测量的简单方法，电子元件与材料，2004，4)介绍了等效空气法测试微波介质陶瓷材料片状试样的介电常数及损耗。吕文中等(吕文中，赖希伟，平行板谐振法测量微波介质陶瓷介电性能，电子元件与材料，2003，5)介绍了平行板谐振法具有测量简单、快速、准确的优点。庸宗熙(唐宗熙，介质谐振器介电参数频响特性及频率温度系数的测量，计量学报，2002，23(1))采用了短路型平行板谐振腔，进行频率温度系数的测试，取得了令人满意的效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的微波介质陶瓷材料测量速度较慢等问题，提供一种测量速度较快、适用性广、无损、批量、精确度高、操作方便、性价比高，特别是在微波介质陶瓷材料温度系数的快速检测上更具有优势的微波介质陶瓷材料的快速检测装置。本专利技术的另一目的在于提供一种快速检测微波介质陶瓷材料的方法。本专利技术所述的微波陶瓷材料快速检测装置包括1)带步进电机的开放型平行板谐振腔设有由上下两个镀银的紫铜平行板构成的开放型谐振腔，下平行板底部带有环形齿轮，在步进电机控制下可方便地旋转任意角度，板上设有至少8个小孔，在小孔上插入样品垫，上下平行板中心穿入一筒状体，筒状体上设有两个槽，供同轴电缆线穿过，上下平行板放置于轴承与底座上，底座固定在底盘上，底盘中央安装步进电机，底盘另一边为另一同轴线的固定座，筒状体可设为圆筒。2)单片机控制及步进电机驱动器由电源电路、单片机控制电路和步进电机驱动电路组成，电源电路为步进电机以及单片机和其它芯片提供所需的直流电源；单片机控制电路用于在键盘输入指令下产生脉冲信号和进行信号分配，控制电机驱动电路的工作；步进电机驱动电路用于为步进电机提供足够的功率以驱动电机工作，步进电机驱动电路输入端与单片机控制电路输出端连接，步进电机驱动电路输出端与步进电机输入端连接。3)矢量网络分析仪及计算机矢量网络分析仪由GPIB接口与计算机连接，在计算机控制下，矢量网络分析仪的扫频信号输出端经同轴电缆接开放型平行板谐振腔输入端，开放型平行板谐振腔的谐振信号输出端通过另一同轴电缆接矢量网络分析仪。采用本专利技术所述的微波介质陶瓷材料快速测量装置进行检测时可采用已公开的HP VEE为软件开发工具，编制Windows系统下的测试软件，该软件对测试步骤提示，对测量数据进行实时采集、理论运算、误差分析、显示和存储。实现快速、精度、无损、批量的对微波介质陶瓷材料进行自动化检测，良好的人机对话界面，清楚的表格和曲线全面反映测试结果。本专利技术所述的微波介质陶瓷材料快速检测方法其步骤为1)校准矢量网络分析仪，测量圆柱形被测样品的直径及高度，输入计算机相应的表格。2)将带步进电机的开放型平行板谐振腔放入恒温控温箱，同批制作的样品逐一摆放在下平行板的样品垫上。3)将输入与输出同轴线内导体分别剥出弯成小圈与外导体焊接，制成耦合环，两耦合环平行调整至样品两侧，同时调整上平行板高度，使上下平行板与样品的距离一致，并关上恒温控温箱门。4)启动步进电机，测量室温下的第一个样品，当步进电机停止后，此时计算机将保存矢量网络分析仪所观察到的样品谐振曲线、记录该样品的谐振频率以及品质因数，并代入介电常数和损耗系数的理论计算公式，迅速计算出所测样品的介电常数和损耗系数，并自动填入第一个样品的表格内；再次启动步进电机，以相同的方式记录下第二个样品的数据，直至测完8个样品，耦合环又回到原处。5)设置好恒温控温箱上温度，当温度达到时，重复步骤4。6)点击计算机，进入材料温度系数计算程序，程序将自动读取室温和设定温度下所测谐振频率值，从两频率差与温差的比值得到所需的第三个参数(温度系数)。7)完成测试，退出程序。矢量网络分析仪可采用E8362B型矢量网络分析仪。本专利技术所述的微波介质陶瓷材料快速检测装置包括带步进电机的开放型平行板谐振腔、单片机控制及步进电机驱动器、矢量网络分析仪及计算机等，并配合相应的测试软件，通过编程在计算机和单片机的控制下，对测量数据的实时采集、理论运算、误差分析、结果显示和保存。整个测试过程，自动进行，不同温度下测试条件一致，数据误差小，重复性高，升温后采用批量测量，克服以往短路型平行板谐振腔，一个样品升温一次，测量耗时长，本专利技术测试时间大约减少为原有的八分之一，同时旋转批量测量法，将短路型平行板谐振腔改为开路型平行板谐振腔，样品与金属平行板未接触，金属平行板接触所造成的损耗极大降低，此外采用聚苯乙烯材料制作的丁字型样品垫介电常数为2.0，远小于样品材料的介电常数，因此样品垫对数据所造成以误差可忽略，加上材料的温度系数计算值以两频率差有关，样品垫的存在对两频率差更是无任何影响。实现快速、精确、无损、方便、批量地对微波介质陶瓷材料进行测试，特别是在微波介质陶瓷材料温度系数的快速测试上更具有优势，适用于科研院校及工厂企业中对微波介质陶瓷材料的产品测试及应用开发。附图说明图1为本专利技术所述的微波介质陶瓷材料的快速检测装置实施例的组成方框图。图2为图1中的开路型平行板谐振腔结构示意图。图3为图1中的开路型平行板谐振腔结构主视示意图。图4为图1中的开路型平行板谐振腔旋转示意图。图5为图1中的开路型平行板谐振腔结构分解示意图。图6为本专利技术所述的微波介质陶瓷材料的快速检测装置实施例的电源电路原理图。图7为图1中的单片机控制步进电机系统框图。图8为图7中的单片机控制电路与步进电机驱动电路原理图。图9为本专利技术所述的微波介质陶瓷材料的快速检测装置实施例的单片机控制流程框图。具体实施例方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。参见图1，本专利技术所述的微波介质陶瓷材料的快速检测装置设有带步进电机的开放型平行板谐振腔01、单片机控制及步进电机驱动器02、矢量网络分析仪03、计算机04和恒温控温箱05。单片机控制及步进电机驱动器02的输入端接计算机04，单片机控制及步进电机驱动器02的输出端接带步进电机的开放型平行板谐振腔01，平行板谐振腔通过同轴电缆与矢量网络分析仪03连接，矢量网络分析仪03通过GPIB接口与计算机04连接，在计算机04控制下，矢量网络分析仪03的扫频信号输出端经同轴电缆接开放型平行板谐振腔01的输入端，开放型平行板谐振腔01的激励信号输出端通过另一同轴电缆接矢量网络分析仪03。带步进电机的开放型平行板谐振腔01放置于恒温控温箱05内。由于利用GPIB接口把计算机04与矢量网络分析仪03连接，因此在计算机04控制下，矢量网络分析仪03将扫频信号经同轴电缆，输入开放型平行板谐振腔01，激励被测样品，当激励信号频率与被测样品谐振频率一致时，谐振峰将通过另一同轴电缆，将信号耦合输出至矢量网络分析仪03，再经计算机04对检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
微波陶瓷材料的快速检测装置，其特征在于包括：　　　　１）带步进电机的开放型平行板谐振腔：设有由上下两个镀银的紫铜平行板构成的开放型谐振腔，下平行板底部带有环形齿轮，在步进电机控制下可方便地旋转任意角度，板上设有至少８个小孔，在小孔上插入样品垫，上下平行板中心穿入一筒状体，筒状体上设有两个槽，供同轴电缆线穿过，上下平行板放置于轴承与底座上，底座固定在底盘上，底盘中央安装步进电机，底盘另一边为另一同轴线的固定座，筒状体可设为圆筒；　　　　２）单片机控制及步进电机驱动器：由电源电路、单片机控制电路和步进电机驱动电路组成，电源电路为步进电机以及单片机和其它芯片提供所需的直流电源；单片机控制电路用于在键盘输入指令下产生脉冲信号和进行信号分配，控制电机驱动电路的工作，步进电机驱动电路用于为步进电机提供足够的功率以驱动电机工作，步进电机驱动电路输入端接单片机控制电路输出端，步进电机驱动电路输出端接步进电机；　　　　３）矢量网络分析仪及计算机：矢量网络分析仪由ＧＰＩＢ接口与计算机连接，在计算机控制下，矢量网络分析仪的扫频信号输出端经同轴电缆接开放型平行板谐振腔输入端，开放型平行板谐振腔的谐振信号输出端通过另一同轴电缆接矢量网络分析仪。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖芬，陈赐海，黄振宇，刘同赞，杨国山，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]