[发明专利]一种容器盛载介质复相对介电常数测量方法

说明书

本发明涉及一种容器盛载介质复相对介电常数测量方法，该方法包括测得后端未放置金属板时容器前端的反射系数Γ_in1′、测得后端紧接金属板时容器前端的反射系数Γ_in1″、对容器前壁进行去嵌入、计算容器内介质的复相对介电常数ε_r介质；该方法创新地提出了容器内介质复相对介电常数单天线测量方法，适用于粉末等流体性介质，在不破坏容器内介质堆积方式、化学物理性能的前提下，实现容器内介质复相对介电常数的快速、无损、非接触检测；该方法具有可排除容器壁的干扰、无相位模糊问题、无多值问题、成本低廉、快速、无损等优点。

技术领域

本发明涉及材料复介电常数探测领域。特别涉及一种容器盛载介质复相对介电常数测量方法。

背景技术

自然界的大多数物质在电磁场的作用下都会发生极化现象，工程上常用相对介电常数ε_r来衡量介质的极化程度。大多数介质的相对介电常数ε_r为复数，其相对介电常数ε_r通常写成复数形式ε_r＝ε′_r-jε″_r。伴随着介电材料在微波射频领域的广泛使用，电磁参数测量技术现已成为微波电子领域的一个重要组成部分。准确、方便地测量介电材料的复相对介电常数在科学工程领域具有重要意义。

经过长时间的发展，人们提出了多种测量介电材料复相对介电常数的方法，例如，谐振腔法、波导法、同轴探头法、自由空间法等。每种复相对介电常数测量方法都有其优点和缺点，并适用于特定的测量场景。在众多介电材料复相对介电常数测量方法中，自由空间法是最简单、无损的测量方法。应用最广泛的自由空间法是NRW法，但NRW法需要同时使用两个天线，成本高昂且操作步骤繁琐，并且通常会由于相位模糊而产生多值问题，需要人工从多个可能值中筛选出真实值。传统的自由空间反射法通常需要使用牛顿迭代法等数值计算方法求解复超越方程，其在求解介质复相对介电常数过程中可能会出现不收敛问题，且计算速度慢。

其次，现有技术中，针对粉末等流体性介质，在去测量其介电常数时通常只能是把粉末等流体性介质取出来一部分，然后再去测量取出来的这些材料的介电常数，往往会破坏容器内介质堆积方式、化学物理性能。

发明内容

为了在不破坏容器内介质化学物理性能的前提下快速、无损、非接触地测量容器内介质的复相对介电常数，有效地克服传统自由空间反射法使用迭代法求解介质复相对介电常数过程中的速度慢、不收敛问题，本发明提供了一种容器盛载介质复相对介电常数测量方法。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种容器盛载介质复相对介电常数测量方法，包括以下步骤：

步骤一，将待测介质置于测量容器内，测得容器后端未放置金属板时容器前端的反射系数Γ_in1′；

步骤二，测得容器后端紧接金属板时容器前端的反射系数Γ_in1″；

步骤三，根据公式(1)、公式(2)对容器前壁进行去嵌入，得到反射系数Γ_in′、Γ_in″；

具体步骤为：容器后端未放置金属板时，使用公式(1)可由容器前端的反射系数Γ_in1′求得容器-待测介质分界面的反射系数Γ_in′；容器后端紧接金属板时，使用公式(2)可由容器前端的反射系数Γ_in1″求得容器-待测介质分界面的反射系数Γ_in″；

式中，γ_容器为容器的传播常熟，d_容器为容器壁的厚度，Γ₁为空气-容器分界面的菲涅尔反射系数；