[发明专利]一种用于测量介电常数的双边缘检测谐振电路

说明书

本发明涉及一种用于测量介电常数的双边缘检测谐振电路，包括电阻、电容、电感、交流电源、介电物质、数字万用表以及样品容器，所述介电物质放置在所述样品容器里，所述电容、电感、电阻串联连接，所述数字万用表接在电容两端，用于交流电压档测量电容两端交流信号的幅值，其中，所述谐振电路共两个，两个谐振电路的电容均处于样品容器中，所述样品容器可以加入介电物质、不加入介电物质或者加入不同介电常数的介质，所述电容值随不同介质的介电常数呈线性变化。通过对双边缘的检测，不仅可以一次性测出中心频率偏移的大小，同时也能测出偏移的方向，再根据谐振频率的计算公式，便可以得出加入样品后的电容值，从而间接计算出样品的介电常数。

技术领域

本发明涉及仪器仪表的电路分析及测量控制技术领域，具体为一种用于测量介电常数的双边缘检测谐振电路。

背景技术

常用电学元器件的电学参数会随着使用环境发生微小的变化，同时电容材料和介电材料的选择也是所有电学仪器和设备必须考虑的问题，以上问题的关键是如何精确地测量微小变化和某种物质的介电常数，常用电路谐振法是将样品作为谐振结构的一部分来测量介电常数的方法，主要有微扰法、全部填充谐振器空间的方法以及部分填充谐振器空间的方法。

其中，全部填充法可以用公式来计算，其中ε′是复介电常数实部，ε″是复介电常数虚部，Q是品质因数，tanδ是损耗角正切，f₀是无样品时的谐振频率；部分填充主要是为了减小样品尺寸以及材料对于谐振器参数的影响，难以进行精确地计算，一般用于矫正；微扰法要求相对较小的尺寸，并且相对频偏要小于0.001，这种情况下其具体尺寸形状可用填充因子s表示：其中f₀是无样品时的谐振频率，Q_L是品质因数，ε_r是相对介电常数，A(ε_r)是联系相对介电常数以及微扰腔参数的函数，使用谐振法测量介电常数的关键在于如何确定f，即加入样品后电路的谐振频率，现有的测量方法是绘制出幅频特性曲线，峰值对应的频率值即谐振频率。

由于实际操作过程中并不知道待测材料固有频率，扫频工作时需要信号源具有非常宽的频率范围，对仪器提出了较高的要求，另外为了获得较为精确的结果，此方法需要测量大量的数据，实用使用难度较大，因此，本申请提出一种用于测量介电常数的双边缘检测谐振电路以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于测量介电常数的双边缘检测谐振电路，该用于测量介电常数的双边缘检测谐振电路用于测量电容的微小变化量，从而测量未知介质的介电常数，适用于对电子仪器设备中的介电材料的精确测量，在电子电路设计领域有广阔的应用前景。

为实现上述快速有效的检测电容的微小变化，且降低对所需仪器的要求，本发明提供如下技术方案：一种用于测量介电常数的双边缘检测谐振电路，所述谐振电路包括电阻、电容、电感、交流电源、介电物质、数字万用表以及样品容器，所述介电物质放置在所述样品容器里，所述电容、电感、电阻串联连接，所述数字万用表接在电容两端，用于交流电压档测量电容两端交流信号的幅值。

其中，所述谐振电路共两个，两个谐振电路的电容均处于样品容器中，所述样品容器可以加入介电物质、不加入介电物质或者加入不同介电常数的介质，所述电容值随不同介质的介电常数呈线性变化。

进一步，所述电容为平行金属板电容器，所述数字万用表用于测量交流信号的幅值。

进一步，所述交流电源为频率、幅值、波形可调的信号发生器。

与现有技术相比，本申请的技术方案具备以下有益效果：

该用于测量介电常数的双边缘检测谐振电路，通过对双边缘的检测，不仅可以一次性测出中心频率偏移的大小，同时也能测出偏移的方向，再根据谐振频率的计算公式，便可以得出加入样品后的电容值，从而间接计算出样品的介电常数，与一般的测量方案相比，本方案无需通过扫频的方式得到频率响应特性，用时更短且批量测量时效率更高，有望在电子仪器设备企业广泛应用。

附图说明