[發明專利]一種用于測量介電常數的雙邊緣檢測諧振電路

在審

• 申請號: 202210202648.1
• 申請日: 2022-03-03
• 公開（公告）號: CN114705918A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 錢黎明;劉通;黃恒笑;趙靜;張雅男;曹兆樓;李金花
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 陳國強

本發明涉及一種用于測量介電常數的雙邊緣檢測諧振電路，包括電阻、電容、電感、交流電源、介電物質、數字萬用表以及樣品容器，所述介電物質放置在所述樣品容器里，所述電容、電感、電阻串聯連接，所述數字萬用表接在電容兩端，用于交流電壓檔測量電容兩端交流信號的幅值，其中，所述諧振電路共兩個，兩個諧振電路的電容均處于樣品容器中，所述樣品容器可以加入介電物質、不加入介電物質或者加入不同介電常數的介質，所述電容值隨不同介質的介電常數呈線性變化。通過對雙邊緣的檢測，不僅可以一次性測出中心頻率偏移的大小，同時也能測出偏移的方向，再根據諧振頻率的計算公式，便可以得出加入樣品后的電容值，從而間接計算出樣品的介電常數。

技術領域

本發明涉及儀器儀表的電路分析及測量控制技術領域，具體為一種用于測量介電常數的雙邊緣檢測諧振電路。

背景技術

常用電學元器件的電學參數會隨著使用環境發生微小的變化，同時電容材料和介電材料的選擇也是所有電學儀器和設備必須考慮的問題，以上問題的關鍵是如何精確地測量微小變化和某種物質的介電常數，常用電路諧振法是將樣品作為諧振結構的一部分來測量介電常數的方法，主要有微擾法、全部填充諧振器空間的方法以及部分填充諧振器空間的方法。

其中，全部填充法可以用公式來計算，其中ε′是復介電常數實部，ε″是復介電常數虛部，Q是品質因數，tanδ是損耗角正切，f₀是無樣品時的諧振頻率；部分填充主要是為了減小樣品尺寸以及材料對于諧振器參數的影響，難以進行精確地計算，一般用于矯正；微擾法要求相對較小的尺寸，并且相對頻偏要小于0.001，這種情況下其具體尺寸形狀可用填充因子s表示：其中f₀是無樣品時的諧振頻率，Q_L是品質因數，ε_r是相對介電常數，A(ε_r)是聯系相對介電常數以及微擾腔參數的函數，使用諧振法測量介電常數的關鍵在于如何確定f，即加入樣品后電路的諧振頻率，現有的測量方法是繪制出幅頻特性曲線，峰值對應的頻率值即諧振頻率。

由于實際操作過程中并不知道待測材料固有頻率，掃頻工作時需要信號源具有非常寬的頻率范圍，對儀器提出了較高的要求，另外為了獲得較為精確的結果，此方法需要測量大量的數據，實用使用難度較大，因此，本申請提出一種用于測量介電常數的雙邊緣檢測諧振電路以解決上述問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種用于測量介電常數的雙邊緣檢測諧振電路，該用于測量介電常數的雙邊緣檢測諧振電路用于測量電容的微小變化量，從而測量未知介質的介電常數，適用于對電子儀器設備中的介電材料的精確測量，在電子電路設計領域有廣闊的應用前景。

為實現上述快速有效的檢測電容的微小變化，且降低對所需儀器的要求，本發明提供如下技術方案：一種用于測量介電常數的雙邊緣檢測諧振電路，所述諧振電路包括電阻、電容、電感、交流電源、介電物質、數字萬用表以及樣品容器，所述介電物質放置在所述樣品容器里，所述電容、電感、電阻串聯連接，所述數字萬用表接在電容兩端，用于交流電壓檔測量電容兩端交流信號的幅值。

其中，所述諧振電路共兩個，兩個諧振電路的電容均處于樣品容器中，所述樣品容器可以加入介電物質、不加入介電物質或者加入不同介電常數的介質，所述電容值隨不同介質的介電常數呈線性變化。

進一步，所述電容為平行金屬板電容器，所述數字萬用表用于測量交流信號的幅值。

進一步，所述交流電源為頻率、幅值、波形可調的信號發生器。

與現有技術相比，本申請的技術方案具備以下有益效果：

該用于測量介電常數的雙邊緣檢測諧振電路，通過對雙邊緣的檢測，不僅可以一次性測出中心頻率偏移的大小，同時也能測出偏移的方向，再根據諧振頻率的計算公式，便可以得出加入樣品后的電容值，從而間接計算出樣品的介電常數，與一般的測量方案相比，本方案無需通過掃頻的方式得到頻率響應特性，用時更短且批量測量時效率更高，有望在電子儀器設備企業廣泛應用。

附圖說明