固體非均勻混合介質(zhì)頻域介電特性測(cè)量理論與方法研究.pdf

1、近年來隨著微波檢測(cè)技術(shù)在道路工程領(lǐng)域中的應(yīng)用,用于道路施工的巖石、沙子等非均勻混合介質(zhì)介電特性的研究成為熱點(diǎn),非均勻混合介質(zhì)測(cè)量理論也成為介電測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要分支。非均勻混合介質(zhì)介電特性主要受界面極化影響,而界面極化發(fā)生頻率范圍較寬。因此,在不同頻段對(duì)固體非均勻混合介質(zhì)介電測(cè)量技術(shù)的研究具有重要意義。
　　文章對(duì)固體非均勻混合介質(zhì)在低頻、射頻和高頻段的介電測(cè)量方法展開討論。在低頻段采用電容法,設(shè)計(jì)一款新型平板電容器。電容器測(cè)

2、量原理是將測(cè)量樣本看做電容和電導(dǎo)并聯(lián)的等效集總回路,通過測(cè)量回路導(dǎo)納得到樣本介電常數(shù)。通過對(duì)傳統(tǒng)電容器結(jié)構(gòu)和算法的改進(jìn),提高電容器的測(cè)量精度。在射頻段,從分析電極間場(chǎng)分布出發(fā),根據(jù)似穩(wěn)場(chǎng)理論建立極板間導(dǎo)納的高階場(chǎng)函數(shù),通過計(jì)算貝薩爾零階場(chǎng)和高階場(chǎng)函數(shù)得到樣本介電常數(shù)。此方法有效提高射頻段電容器測(cè)量精度和測(cè)量頻率上限,使得對(duì)非均勻介質(zhì)寬頻介電譜測(cè)量成為可能。
　　在高頻段,提出了基于微帶線結(jié)構(gòu)的諧振微帶環(huán)和平行微帶線的介電測(cè)量方法。

3、微帶環(huán)采用微擾原理。微帶環(huán)緊貼測(cè)量樣本,構(gòu)成等效回路,樣本介電常數(shù)差異會(huì)影響微帶環(huán)電場(chǎng)分布,微帶環(huán)的諧振頻率與品質(zhì)因數(shù)發(fā)生擾動(dòng),通過計(jì)算這種變化可得到樣本的介電常數(shù);平行微帶線利用相位法,通過檢測(cè)微帶線插入樣本前后相位的變化來計(jì)算樣本的介電常數(shù)。平行微帶線結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的微帶傳輸線結(jié)構(gòu),是將微帶線底層的接地板改為與頂層相同的微帶線結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)不僅保持微帶線原有傳輸模式,同時(shí)增強(qiáng)邊緣電場(chǎng)分布,從而提高測(cè)量分辨率和精度。與傳統(tǒng)的平行線、同

4、軸線、波導(dǎo)和諧振腔相比,這兩種微帶線結(jié)構(gòu)的測(cè)量方法對(duì)樣本尺寸加工精度要求低,適合固體材料測(cè)量。
　　在較高頻段,巖石等混合介質(zhì)介電常數(shù)受其電導(dǎo)率的影響較小,因此,采用不同檢測(cè)方法分別對(duì)沙子含水量,飽水砂巖孔隙度等物理參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行驗(yàn)證。在低頻至射頻段,采用平板電容器分別對(duì)用作路基的飽水巖石、油氣巖石和泥質(zhì)巖石的介電譜進(jìn)行測(cè)量與討論,對(duì)多弛豫過程和低頻弛豫強(qiáng)度異常增大現(xiàn)象進(jìn)行分析;對(duì)模擬路面結(jié)構(gòu)的兩相