[发明专利]介电常数测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及微波应用技术领域，特别涉及采用槽线结构，通过获取测量装置系统的传输和反射参数并加以反演处理对未知材料的介电常数进行测量的装置。

背景技术

近年来，微波的应用几乎扩展到了化学研究的各个领域，例如石油化工、食品化工、医药化工等，并且取得了巨大的经济效益。但是由于人们对微波同化学物质或者化学反应的相互作用机理研究不足导致微波在上述领域的应用仍然存在很多技术壁垒，所以对微波对化学物质作用的原理研究就成为了当今尤为重要的课题，对物质介电特性的研究就是其中之一。而无论从理论上还是工程应用上来说，化学反应过程中溶液的介电特性都是研究所需的重要参量，因此对化学反应的整个过程中溶液等效复介电常数的在线测量与计算就显得非常重要。目前，对于化学物质介电常数的测量方法大致可以分为接触式和非接触式两大类，接触式如反射法、传输/反射法等因为其结构简单成本低廉等优点，经常被应用于普通物质的介电常数测量，但对于某些具有腐蚀性或强氧化性等特殊性质的化学物质却无法直接进行测量。而非接触式测量方法如谐振腔法、开放式谐振法等，它们的装置通常结构复杂，制作成本高而且对被测样本的形状、位置等条件要求较高，且无法实现宽带测量。

槽线结构是一种具有微带传输线特性的微波传输装置，其典型结构如图1所示，槽线结构100包括介质基板1和附着在介质基板1表面的金属层2，金属层2上制作有槽线11。槽线结构有多种形式，不同的槽线形状有不同的微波参数，如阻抗、传输频率、带宽、反射参数等，主要与槽线宽度C有关。通常为了传输信号和连接测量装置，槽线结构A、B两端分别设置有信号接口。研究表明，槽线结构对附近物体的介电常数十分敏感，其传输特性（主要包括反射特性和散射特性）会随着周围物体介电常数的变化而发生明显的变化。当信号通过槽线结构时，电磁波会在槽线通道中传播，槽线中的场强信号比较集中。如果槽线附近出现不同介电常数的物质，则会影响槽线中电磁波的传播，从而导致AB两端信号接口的散射参数等发生变化。申请号为200610164879.9，公开日为2008.06.11的中国专利申请（以下简称为该专利申请），公开了一种介质材料的介电特性测量装置。该专利申请公开的技术方案采用传输/反射法，利用共面微带传输线特性，测量介质材料的介电常数。该专利申请将微带传输线放置在屏蔽盒（测试盒1）中，被测介质放置在微带传输线上，利用其对微波传输特性的影响测量介质材料的介电常数。该专利申请在测量介电常数时，介质材料需要与微带传输线直接接触，通常只能用于测试没有腐蚀性的固体介质材料，其使用受得了极大的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种介电常数测量装置，不仅用于测量固体介质材料的介电常数，也可以用于腐蚀性化学溶液介电常数的测量。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，介电常数测量装置，包括槽线结构，所述槽线结构两端设置有信号接口，用于连接测试仪器和传输测试信号，其特征在于，所述槽线结构中设置有孔洞，所述孔洞位于槽线中，用于放置盛装被测材料的容器，所述孔洞尺寸足够大，以使其匹配的容器所盛装的被测材料能够充分影响槽线结构的传输特性。

本发明的技术方案，在槽线结构中打孔放置容器，测量时将被测介质放入容器中，相当于在槽线结构中嵌入被测介质，利用被测介质对微波传输特性的影响，通过分析放入被测介质前后的传输特性，得到被测介质的介电常数。为了使嵌入的被测介质能够对槽线结构的传输特性产生实质性影响，提高分析测试的精确度，孔洞的大小应使放置的容器具有足够大的容积，其盛装的被测材料充能够分影响槽线结构的传输特性，但孔洞也不能太大，以至于破坏了槽线结构的微带传输线特性。

进一步的，所述孔洞位于槽线中线上。

根据槽线结构的微波传输特点，槽线中线附近场强集中，传输特性对槽线中线附近介质变化反应灵敏，孔洞位于槽线中线上有利于提高测量精度和灵敏度。

更进一步的，所述槽线结构具有对称性，所述孔洞设置在其对称中心。

槽线结构具有对称性，通常槽线中线为其对称轴，槽线中点为对称中心。根据微波传输特性，孔洞设置在槽线结构的对称中心，有利于提高灵敏度和测量精度。

具体的，所述被测材料为液体。

本发明的测量装置，最适合测量液体、粉末等没有固定形状的介质的介电常数，特别适用于测量腐蚀性液体的介电常数。

优选的，所述容器中液面高度至少与槽线结构平齐。

测量液体介质的介电常数时，为了使容器中的介质能够充分影响槽线结构的传输特性，通常要求容器中液面高度略高于槽线结构，或至少与槽线结构平齐。