[發明專利]介電系數微波測量裝置及其構成的介電系數微波測量系統

有效

• 申請號: 201310268707.6
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103353553A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 黃卡瑪;陳倩;楊陽;劉長軍;閆麗萍;趙翔;郭慶功;陳星;楊曉慶
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26;G01N22/00
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

一、技術領域

本發明涉及微波頻率下電介質物質介電系數的測量技術，更為具體地說，是涉及一種用于以微波測量電介質物質介電系數的裝置，以及由其構成的介電系數微波測量系統。

二、背景技術

物質的介電系數一直是物質與微波相互作用研究中的一個基礎而重要的問題。化學反應溶液的介電系數更是研究微波化學的重要參量，因此對化學反應溶液的介電系數的測量與計算顯得非常重要。傳統的化學反應溶液介電系數的測量方法，主要為諧振法和非諧振法。在非諧振法中，常常通過將測試探頭與相關的散射參量測試設備連接，構成一個測量系統，測試時將測量探頭直接浸入待測化學反應溶液中，然后通過測試設備讀取散射參量，再由散射參量計算得到待測溶液的介電系數。而多數化學反應溶液是具有腐蝕性的，因此探頭經過多次測量使用后，探頭本身因腐蝕受損，探頭的測量精度降低，使用壽命縮短，而且測量探頭材質還會與化學反應溶液發生電化學反應，進而影響測量精度。此外，化學反應過程中溶液的介電系數會隨著微波頻率、反應溫度及反應時間的變化而變化，如果采用傳統的諧振法進行測量，由于其測量頻帶較窄，難以滿足寬帶在線測量的要求，不易適時跟蹤反應中介電系數的變化過程。

鑒于現有化學反應溶液介電系數測量技術存在的問題，實踐需要研究開發新的化學反應溶液介電系數測量技術，以解決現有的化學反應溶液介電系數測量方法存在的問題。

三、發明的任務

針對現有化學反應溶液介電系數測量技術存在的測量裝置使用壽命短、測量精度低、難以滿足寬帶在線測量要求的等問題，本發明第一個目的是提供一種能適用于化學反應溶液介電系數微波測量的裝置；本發明的第二個目的是提供一種能適用于化學反應溶液介電系數微波測量的系統，以解決現有的化學反應溶液介電系數測量技術存在的上述諸多問題。

針對本發明的第一個目的，本發明提供的介電系數微波測量裝置，其結構主要包括

同軸結構的外導體、內導體及位于內外導體之間的絕緣介質，同軸結構在軸向分為直圓柱測量段和兩側直徑漸變收縮的阻抗匹配過渡段，阻抗匹配過渡段的端口設計有使本裝置接入測量系統的同軸接口，構成同軸測量段的外導體中間直圓柱段設計有供盛裝待測介電系數物質的試管插入的安裝孔，內導體于試管插入處斷開，由同軸接口導入的微波輻射試管內待測物質得到其介電系數的測量信號。

為了更好的解決本發明所要解決的技術問題，本發明還可進一步采取以下技術措施。下述各項技術措施可單獨采取，也可組合采取，甚至一并采取。

在本發明的上述技術方案中，最好設計有調整介電系數微波測量邊界條件的調諧機構。所述調諧機構可優先考慮設計成由一對通過螺紋安裝在外導體上的銷釘構成，通過調整銷釘插入深度，改變介電系數微波測量的邊界條件進行調諧。進一步優先考慮的設計，使位于外導體上的所述銷釘的軸線與所述試管安裝孔的軸線相垂直。

在本發明的上述技術方案中，外導體上供試管插入的安裝孔，是垂直貫穿外導體軸線的貫穿性的孔。實際測試過程中，插入安裝孔內的試管通過固定結構固定安裝在安裝孔內。固定結構的形式很多，如固定卡環、支撐架等。

在本發明的上述技術方案中，內、外導體之間的絕緣介質可以是空氣，也可以是固體絕緣介質，如聚四氟乙烯等。最好為固體絕緣介質，使內導體通過固體絕緣介質定位設置在外導體腔體的中央。

在本發明的上述技術方案中，所述外導體優先考慮設計為組合結構，由直圓柱段和與直圓柱段兩端通過止口結構聯接的兩圓錐段構成。組合結構的外導體也可設計成兩段，一段為直圓柱段加圓錐段，另一段為完全圓錐段，或兩段均由部分直圓柱段加圓錐段構成。

在本發明的上述技術方案中，所述內導體優先考慮設計為組合結構，由兩直圓柱段和兩圓錐段構成，兩直圓柱段與其對應的圓錐段分別通過止口結構聯接。也可設計成兩段，兩段均為部分直圓柱段加圓錐段構成。所述內導體兩直圓柱段相對插入試管方向的斷面最好為平面結構。