一种容器盛载介质复相对介电常数测量方法技术

本发明专利技术涉及一种容器盛载介质复相对介电常数测量方法，该方法包括测得后端未放置金属板时容器前端的反射系数Γ

【技术实现步骤摘要】
一种容器盛载介质复相对介电常数测量方法


[0001]本专利技术涉及材料复介电常数探测领域。特别涉及一种容器盛载介质复相对介电常数测量方法。

技术介绍

[0002]自然界的大多数物质在电磁场的作用下都会发生极化现象，工程上常用相对介电常数ε
r
来衡量介质的极化程度。大多数介质的相对介电常数ε
r
为复数，其相对介电常数ε
r
通常写成复数形式ε
r
＝ε
′
r
‑
jε
″
r
。伴随着介电材料在微波射频领域的广泛使用，电磁参数测量技术现已成为微波电子领域的一个重要组成部分。准确、方便地测量介电材料的复相对介电常数在科学工程领域具有重要意义。
[0003]经过长时间的发展，人们提出了多种测量介电材料复相对介电常数的方法，例如，谐振腔法、波导法、同轴探头法、自由空间法等。每种复相对介电常数测量方法都有其优点和缺点，并适用于特定的测量场景。在众多介电材料复相对介电常数测量方法中，自由空间法是最简单、无损的测量方法。应用最广泛的自由空间法是NRW法，但NRW法需要同时使用两个天线，成本高昂且操作步骤繁琐，并且通常会由于相位模糊而产生多值问题，需要人工从多个可能值中筛选出真实值。传统的自由空间反射法通常需要使用牛顿迭代法等数值计算方法求解复超越方程，其在求解介质复相对介电常数过程中可能会出现不收敛问题，且计算速度慢。
[0004]其次，现有技术中，针对粉末等流体性介质，在去测量其介电常数时通常只能是把粉末等流体性介质取出来一部分，然后再去测量取出来的这些材料的介电常数，往往会破坏容器内介质堆积方式、化学物理性能。

技术实现思路

[0005]为了在不破坏容器内介质化学物理性能的前提下快速、无损、非接触地测量容器内介质的复相对介电常数，有效地克服传统自由空间反射法使用迭代法求解介质复相对介电常数过程中的速度慢、不收敛问题，本专利技术提供了一种容器盛载介质复相对介电常数测量方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：
[0007]一种容器盛载介质复相对介电常数测量方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一，将待测介质置于测量容器内，测得容器后端未放置金属板时容器前端的反射系数Γ
in1
′
；
[0009]步骤二，测得容器后端紧接金属板时容器前端的反射系数Γ
in1
″
；
[0010]步骤三，根据公式(1)、公式(2)对容器前壁进行去嵌入，得到反射系数Γ
in
′
、Γ
in
″
；
[0011]具体步骤为：容器后端未放置金属板时，使用公式(1)可由容器前端的反射系数Γ
in1
′
求得容器
‑
待测介质分界面的反射系数Γ
in
′
；容器后端紧接金属板时，使用公式(2)可
由容器前端的反射系数Γ
in1
″
求得容器
‑
待测介质分界面的反射系数Γ
in
″
；
[0012][0013][0014]式中，γ
容器
为容器的传播常熟，d
容器
为容器壁的厚度，Γ1为空气
‑
容器分界面的菲涅尔反射系数；
[0015]步骤四，计算容器内介质的复相对介电常数ε
r介质
[0016]根据公式(3)、公式(4)，可由反射系数Γ
in
′
、反射系数Γ
in
″
求得变量A、B的值
[0017][0018][0019]式中，Γ
L
′
、Γ
L
″
的值分别由公式(5)、公式(6)求得；
[0020][0021]Γ
L
″
＝
‑1ꢀꢀꢀ
(6)
[0022]式中，ε
r容器
为容器的复相对介电常数；
[0023]情况1：当A≠0时，使用公式(7)求得容器内介质的复相对介电常数ε
r介质
；
[0024][0025]情况2：当A＝0时，使用公式(8)求得容器内介质的复相对介电常数ε
r介质
；
[0026]ε
r介质
＝ε
r容器
ꢀꢀꢀ
(8)
[0027]所述金属板为铜板或铁板。
[0028]步骤一和步骤二中均基于单天线反射法进行测量。
[0029]所述单天线反射法的测量方法为：单天线反射法的具体测量方法为：将矢量网络分析仪通过同轴线与天线连接，天线发出的电磁波为平面波，对矢量网络分析仪和测量容器前端之间的微波网络进行去嵌入后，再使用矢量网络分析仪测得容器前端的反射系数。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0031](1)本专利技术提出的容器盛载介质复相对介电常数测量方法能消除容器壁的干扰，能有效地对容器壁进行去嵌入。该方法可在不破坏容器内介质堆积方式、化学物理性能的前提下，实现容器内介质复相对介电常数的快速、无损、非接触检测。
[0032](2)本专利技术提出的容器盛载介质复相对介电常数测量方法不存在因相位模糊而产生的多值问题，不需要人为地从多个可能值中筛选出正确值。
[0033](3)本专利技术提出的容器盛载介质复相对介电常数测量方法给出了确定的数学解析解，求解速度快。有效地克服了传统自由空间反射法使用迭代法求解介质复相对介电常数过程中的速度慢、不收敛问题。
[0034](4)在实际应用中，本专利技术提出的容器盛载介质复相对介电常数测量方法只需要
使用单个天线，使用天线的数量少，有效地降低了测量成本。
附图说明
[0035]图1为容器盛载介质复相对介电常数测量方法流程图；
[0036]图2为容器盛载介质复相对介电常数测量原理图；
[0037]图3为测量原理的COMSOL Multiphysics仿真模型；
[0038]图4为模型仿真结果表面电场图；
[0039]图5为容器内介质复相对介电常数计算值和预设值的比较图。
具体实施方式
[0040]下面结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述：
[0041]如图1所示基于单天线反射法的容器盛载介质复相对介电常数测量方法，具体步骤如下：
[0042]步骤一，将待测介质(粉末)置于测量容器内，利用单天线反射法测量后端未放置金属板时容器前端的反射系数Γ
in1
′
；
[0043]图2(a)展示了容器后端未接金属板时的测量原理图。图2(a)中，待测介质被放置在容器中，容器壁的厚度为d
容器
，待测介质的厚度为d
介质
。图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种容器盛载介质复相对介电常数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将待测介质置于测量容器内，测得容器后端未放置金属板时容器前端的反射系数Γ
in1
′
；步骤二，测得容器后端紧接金属板时容器前端的反射系数Γ
in1
″
；步骤三，根据公式(1)、公式(2)对容器前壁进行去嵌入，得到反射系数Γ
in
′
、Γ
in
″
；具体步骤为：容器后端未放置金属板时，使用公式(1)可由容器前端的反射系数Γ
in1
′
求得容器
‑
待测介质分界面的反射系数Γ
in
′
；容器后端紧接金属板时，使用公式(2)可由容器前端的反射系数Γ
in1
″
求得容器
‑
待测介质分界面的反射系数Γ
in
″
；；式中，γ
容器
为容器的传播常熟，d
容器
为容器壁的厚度，Γ1为空气
‑
容器分界面的菲涅尔反射系数；步骤四，计算容器内介质的复相对介电常数ε
r介质
根据公式(3)、公式(4)，可由反射系数Γ
in
′<...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦瑶，卫彬，王其富，李明星，蔡成欣，侯天罡，刘硕，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：