[发明专利]一种气体介电常数测试装置

说明书

一种气体介电常数测试装置，通过将密封腔侧壁的上表面与密封腔盖板的下表面固定连接形成一个中空的密封腔体；在密封腔体内依次设置非金属固定隔离块和平面谐振结构在密封腔底板上，通过将平面谐振结构的介质基板上表面与密封腔盖板下表面的外侧金属台阶和内侧金属台阶固定连接，在密封腔盖板和平面谐振结构之间且位于外侧金属台阶和内侧金属台阶之间的区域构成气体测试区域；气体测试区域内平面谐振结构的介质基板和平面金属单元以及密封腔盖板下表面的金属面构成倒置微带线谐振电路，对倒置微带线谐振电路中的平面金属单元进行谐振激励和接收，根据不同气体的介电常数不同导致倒置微带等效介电常数变化的原理对气体介电常数进行测试。

技术领域

本发明属于微波、毫米波材料电磁参数测试技术领域，涉及一种气体介电常数测试装置。

背景技术

在遥测遥感、大气污染检测、工业气体成分分析等领域都需要对气体特性及成分进行研究。关于气体成分的分析方法主要有电化学法、红外光学法、气相色谱/质谱法、微波法等，每种方法都有各自的优缺点，其中微波法以检测灵敏度较高、成本低、速度快、无危害等优点，已成为一种重要的检测手段。微波法的测试原理是不同气体的介电常数不同，加载在微波测试传感器中导致传感器的微波参数变化，由此可反演出气体介电常数和成分比例，因此利用微波法对气体的测试及成分分析，本质上仍然是对气体的介电常数进行准确测试。

目前气体介电测试方法主要有电容法、谐振腔法、平面传输线法等，其中电容法是将待测气体填充在两个电极之间，测试出电容值变化，并根据电容计算公式，反算出气体介电常数(陈万金.采用谐振电路测量气体的介电常数[J].计量技术,1999(08):22-23.张皓晶等.气体相对介电常数ε_r的测量[J].云南师范大学学报:自然科学版,2005(01):17-19.)。该方法通常用于直流或低频的介电测试。

谐振腔法通常是将气体全部填充在谐振腔内，通过测试其谐振频率和品质因数的变化量，计算出气体的介电常数(张瑜.测量气体折射率的高Q微波谐振腔设计[J].微波学报,2008(03):78-81.)。该方法测试灵敏度较高，当时进行在线测试过程中，气体温度、压强的变化会引起谐振腔尺寸的微小变化，由此造成测试误差，因此该方法在改进腔体稳定性方面仍需进一步研究改进。

在平面传输线法中，以微带结构设计为主，通常是设计环形、缺陷地等谐振结构，利用气体对辐射场的扰动进行测试，根据谐振频率变化对气体成分进行检测分析，并测试其介电常数。该方法设计加工成本低、传感器尺寸小、易小型化集成，但是由于辐射场的能量分布不强，因此检测灵敏度可能有限。

基于以上分析，针对气体介电常数的在线测试需求，要求传感器灵敏度高、设计成本低、稳定性好，而在现有的微波传感器结构中，很少能同时满足这些要求，因此在现有传感器的研究基础上，需要进一步研究改进，以满足气体介电常数的在线测试需求。

发明内容

针对现有气体介电常数测试结构中难以同时满足高检测灵敏度、高稳定性和低成本的问题，本发明提出了一种气体介电常数测试装置来实现气体介电常数的在线测试，与传统的微带线辐射场测试装置相比，具备测试灵敏度较高、设计成本较低、稳定性好的优点。

为实现以上发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种气体介电常数测试装置，包括密封腔和密封腔盖板，所述密封腔包括底板和侧壁，通过将所述密封腔侧壁的上表面与所述密封腔盖板的下表面固定连接形成一个中空的密封腔体；在所述密封腔体内设置有非金属固定隔离块和平面谐振结构，所述非金属固定隔离块和平面谐振结构依次放置在所述密封腔底板上；