[發(fā)明專利]基于阻抗分析儀的煤巖介電常數(shù)測量方法

有效

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• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105699787B
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙端;程園新;韓楠楠;王習(xí);董飛;丁恩杰;鄒翔宇;趙志凱;王昕
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 北京太兆天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11108
• 代理人: 張洪年

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于阻抗分析儀的煤巖介電常數(shù)測量方法，快速，便捷，準(zhǔn)確的測量摻有巖石的煤的介電常數(shù)。使用的儀器精簡，測量方法容易實現(xiàn)，便于大范圍推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤巖介電常數(shù)測量技術(shù)，尤其涉及一種基于精密阻抗分析儀的介質(zhì)介電常數(shù)測量方法。

背景技術(shù)

介電常數(shù)是表征電介質(zhì)或者絕緣材料電性能的一個重要數(shù)據(jù)，又可以叫做相對電容率或電容率。在電磁波理論中，介質(zhì)與電磁波的相互作用及場變化主要通過研究介電常數(shù)，從而進(jìn)行分析的。介電常數(shù)是指同一個電容器中用同一物質(zhì)為電介質(zhì)和真空時的電容的比值，表示電介質(zhì)在電場中存儲靜電能的相對能力，相對介電常數(shù)越小絕緣性越好。不同物質(zhì)的復(fù)介電常數(shù)有著本質(zhì)的區(qū)別，介電常數(shù)表征了介質(zhì)與電磁場之間的相互作用。

隨著微波技術(shù)的發(fā)展，微波檢測在工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，國防建設(shè)等研究中得到越來越廣泛的應(yīng)用。微波檢測通常利用介質(zhì)在微波頻率下介電特性的變化，如微波通過介質(zhì)后其衰減或相移的變化來檢測各種非電物理量。

在井下進(jìn)行采礦挖掘的時候，采煤機挖掘到的煤中間會有一定含量的巖石。煤的含量越高越好，而且煤的質(zhì)地較軟，巖石的含量越低越好，且質(zhì)地較硬，在采煤時，由于巖石比較硬，會對采煤機的刀面造成損害。因此，采煤時合理的控制采煤機挖掘區(qū)域的煤的含量十分重要，在確保煤含量的同時，盡量降低巖石含量?；诖?，在開采時，可以通過測量煤含量來判定是否進(jìn)行當(dāng)前區(qū)域開采。煤含量測量可以通過測量其介電常數(shù)來實現(xiàn)。因此，介電常數(shù)在煤含量的測量中具有重要的應(yīng)用價值。

目前，介電常數(shù)的測量方法有如下幾類：頻域傳輸法，時域傳輸法，噪聲相關(guān)法，諧振腔法等方法。頻域傳輸法是測量材料介電常數(shù)最成熟的方法。低頻段采用矢量阻抗法和電橋法；微波頻段采用駐波法，網(wǎng)絡(luò)分析儀法和六端口技術(shù)。隨著可調(diào)激光器的發(fā)展，亞毫米波，紅外，可見光或X射線等頻段都可以采用頻域傳輸技術(shù)。時域法可分為快響應(yīng)和慢響應(yīng)，慢響應(yīng)主要通過測量電容的充放電曲線，反演材料甚低頻下的弛豫特性。快響應(yīng)可將時域測得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到頻域。此時，頻域傳輸法與時域法互為對偶方法。噪聲相關(guān)法是紅外以上頻段測量材料介電常數(shù)的有效方法，近年有向低頻段發(fā)展的趨勢。諧振腔法是微波頻段測量介電常數(shù)的方法，需要討論材料大小，墻體尺寸對測量結(jié)果的影響。

上述介電常數(shù)測量方法的裝置的比較復(fù)雜，大范圍的推廣使用很難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述技術(shù)的不足，提供一種基于阻抗分析儀的煤巖介電常數(shù)測量方法，快速，便捷，準(zhǔn)確的測量摻有巖石的煤的介電常數(shù)。使用的儀器精簡，測量方法容易實現(xiàn)，便于大范圍推廣。

本申請請求保護(hù)一種基于阻抗分析儀的煤巖介電常數(shù)測量方法，包括如下步驟：

S101，開啟阻抗分析儀，確定測試介電常數(shù)的穩(wěn)定頻率區(qū)間；

其中，阻抗分析儀，包括交流源，電阻，平衡系統(tǒng)，外接端口，平行板電容器；

測量平行板電容器在空置狀態(tài)的諧振頻率，并且得到電容值能夠穩(wěn)定頻率區(qū)間，為后期測量不同物質(zhì)的電容值和諧振頻率建立數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；

S102，針對各種比例的煤巖混合物，建立諧振頻率f與介電常數(shù)ε的數(shù)學(xué)模型a；

在將已知各種比例的煤巖混合物填充進(jìn)平行板電容器后，阻抗分析儀運行后根據(jù)內(nèi)部的測量狀態(tài)，會自動穩(wěn)定在一個頻率上，這個頻率為諧振頻率f；

在該諧振頻率f下，測量得到電容C，通過如下的平行板電容器介電常數(shù)的測量公式,進(jìn)而得到物質(zhì)的介電常數(shù)ε；

其中，ε是電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)；d代表兩平行極板間距離；S代表兩平行極板相對面積；

至此，獲得了各種比例的煤巖混合物的諧振頻率f和介電常數(shù)ε的數(shù)學(xué)模型a。