[發明專利]微波電容傳感器及被測物介電特性和絕對位置的測量方法

在審

• 申請號: 202010111600.0
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111141796A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 張洮
• 申請（專利權）人: 張洮;李贊
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;G01R27/26;G01B7/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種微波電容傳感器，其特征在于，包括：傳感器探頭（1），微波阻抗轉換電路（2），電磁屏蔽殼（3），傳感器連接端（4）；

傳感器探頭（1）可以不接觸被測物，是傳感器的感應部分，耦合到微波阻抗轉換電路（2），被配置為將微波信號施加到被測物并接受被測物的反射微波信號；

微波阻抗轉換電路（2），被配置為將傳感器探頭（1）的復阻抗轉換為傳感器連接端（4）的復阻抗；

電磁屏蔽殼（3），被配置為屏蔽微波阻抗轉換電路（2）的電磁場對測試的影響；

傳感器連接端（4）被連接到復阻抗測量裝置。

2.根據權利要求1中所述的一種微波電容傳感器，其特征在于，所述的復阻抗測量裝置包括：微波矢量網絡分析儀或定制的被配置為測量傳感器連接端（4）的復阻抗的裝置。

3.根據權利要求1中所述的一種微波電容傳感器，其特征在于，所述的微波信號包括沒有調制的微波信號。

4.一種基于權利要求1所述的微波電容傳感器的微波電容傳感器檢測方案， 其特征在于，移動傳感器探頭（1）到被測物目標區域的近場中，測量傳感器連接端（4）的復阻抗，由微波阻抗轉換電路（2）的微波網絡特性計算傳感器探頭（1）的復阻抗，基于傳感器探頭（1）與被測物在應用場景下的電磁場模型，由傳感器探頭（1）的復阻抗和位置參數確定被測物目標區域物質性質參數或探頭距離被測物目標區域的絕對位置。

5.一種基于權利要求1所述的微波電容傳感器的控制探頭距離被測物的絕對位置的方法，其特征在于，將傳感器探頭（1）與被測物目標區域間的電容或復阻抗虛部或復阻抗實部或復阻抗，作為運動控制系統的輸入，反饋控制傳感器探頭（1）距離被測物目標區域的絕對位置。

6.一種基于電磁場模型從探頭阻抗獲取被測物物質性質參數或探頭距離被測物的絕對位置的方法，其特征在于，移動傳感器探頭到被測物目標區域的近場中，選取傳感器探頭在被測物目標區域近場中的測試位置，在每個測試位置：將微波信號施加到被測物，測量并計算傳感器探頭復阻抗或復阻抗變化，記錄傳感器探頭的位置參數，由傳感器探頭的復阻抗或復阻抗變化計算局部電路參數；

用探頭的位置參數以及局部電路參數，通過電磁場模型定量關系庫，確定目標區域被測物物質性質參數或探頭距離被測物目標區域的絕對位置；

其中，確定電磁場模型定量關系庫的方法為：獲取傳感器探頭的形狀和尺寸信息，建立傳感器探頭與被測物在應用場景下的電磁場模型，求解電磁場模型，得到被測物物質性質參數或探頭距離被測物的絕對位置與局部電路參數的定量關系庫。

7.根據權利要求6中所述一種基于電磁場模型從探頭阻抗獲取被測物物質性質參數或探頭距離被測物的絕對位置的方法，其特征在于，所述的定量關系庫的實現方式包括：矩陣或數據庫或數據文件。

8.根據權利要求6中所述的一種基于電磁場模型從探頭阻抗獲取被測物物質性質參數或探頭距離被測物的絕對位置的方法，其特征在于，所述的局部電路參數包括：傳感器探頭的復阻抗或傳感器探頭的復阻抗實部或傳感器探頭與被測物目標區域間的電容或傳感器探頭與被測物目標區域電磁場相互作用電路模型的電阻或電容或電感或阻抗。

9.根據權利要求1至8中所述一種微波電容傳感器或一種基于電磁場模型從探頭阻抗獲取被測物物質性質參數或探頭距離被測物的絕對位置的方法，其特征在于，所述的物質性質參數包括：實介電系數或介電損耗或電導率。