多波长边缘电场传感器介电测量系统的研究

边缘电场传感器在工业生产过程控制中应用广泛。多波长传感器具有多个穿透深度,能够同时测量非均匀样本不同深度处的介电特性。以三波长叉指型传感器为研究对象,研制以TMS320F28335DSP为核心的介电测量系统,系统硬件包括驱动电路、调理电路、信号采集、人机接口、电源管理等。系统软件包括初始化、驱动控制、调理输出、计算模块、中断模块等。提出采用遗传算法优化的BP网络建立介电特性和极间电容之间的模型,根据系统测量的电容值求解介电常数。研制三波长传感器,利用测量系统进行实验,结果表明,该系统能够有效实现非均匀样本的分层分析。

生物物质的介电测量技术

本文根据传输线法介电测量原理建立起100KHz～500MHz频率范围的生物物质介电测量系统,该系统由网络分析仪、同轴线腔式传感器及测温控温装置等组成,并由计算机实现自动采样与分析。对测量误差的来源作了详细分析,一定修正和补偿条件下,本文制做的腔式传感器适用于整个频率范围。对人全血和人脑组织等高含水量物质的介电常数测量误差小于3％,电导率误差小于2％。

基于准静态同轴探头模型的土壤复介电测量方法

末端开路同轴探头法测量土壤复介电值用于表征土壤含水率具有准确、快捷的优点。针对目前土壤介电同轴探头集总测量模型没有充分考虑探头的参数以及土壤体积对测量结果影响等问题,基于电磁场理论,对末端开路同轴探头建立了准静态数学模型,适用于土壤的复介电常数准确测量。通过全波软件仿真和模型计算结果对比,以无水乙醇介电实测值和理论值对比,验证模型的准确性。采用本文介电测量模型对不同含水率的黄绵土进行测量计算,复介电常数实部与实测土壤含水率二阶多项式拟合决定系数大于0.965,表明本文所提土壤介电测量方法适用于土壤复介电常数和含水率的测量。

时域介电测量法与生物物质中水状态的分析

介电谱指物质的介电常数和电导率随外部电场频率而变化的性质,反映宏观电场中物质的分子运动信息,生物物质中水分子决定着介电谱的高频松弛。用时域介电测量技术可以分析生物物质中水的状态。本文讨论同轴线时域介电测量方法及其对水状态分析中的应用。

基于双线性理论的土壤介电测量研究

针对目前土壤介电计算模型适应性差等问题,基于双线性理论构建了双线性介电计算模型。为探究双线性介电计算模型对土壤介电测量的适应性,选用7种不同质地土壤分别配置0、5、10、15、20、25、30 cm 3/cm^3体积含水率,在0.001~3 GHz频域内进行不同含水率下介电谱测量。分析发现,该模型介电谱可很好地反映土壤不同含水率下混合介质的介电特性;土壤含水率介电法测量理想频率点为1.50288 GHz。在理想频率点上,基于复介电常数实部和视在介电常数构建了2个土壤含水率频域测量经验公式,通过试验数据分析,土壤含水率复介电实部测量式的计算值与干燥法含水率测量值对比,两者R^2为0.9126,RMSE为0.0294 cm^3/cm^3、RPD为3.343;土壤含水率视在介电测量式计算值与干燥法含水率测量值对比,两者R^2为0.8907,均优于其他3种经典公式(Topp公式、Roth公式、Malicki公式)。双线性介电计算模型对土壤介电常数计算有良好的适应性,基于该模型建立的土壤含水率频域测量式对土壤含水率有较高的测量精度。

频域介电测量谱的Kramers-Kronig修正

本文分析了漏导和多弛豫过程对频域介电谱测量结果的影响,提出了根据kramers-kronig关系消除其影响的方法并给出了应用实例。

绝缘纸板微水分介电测量压力试验及电路分析

变压器绝缘纸板微水分介电测量系统中,电容式传感器电极与被测绝缘纸板的接触状态及接触压力会影响测量结果。针对这个问题,以绝缘纸板为被测对象,用平板式电容传感器测量压力对其介电参数的影响。并利用ANSYS软件对施压前后的电路变化进行分析,得出了压力对介电响应测量结果的影响。

低功耗平面电容传感器介电测量系统设计

提出了基于平面电容传感器的低功耗介电测量系统的设计方法。系统以MSP430单片机为核心,硬件电路包括电容测量模块、人机交互模块、电源管理模块等。软件包括初始化模块、数据采集模块、中断模块、计算显示模块等;研究了平面电容传感器参数设计方法,并建立介电常数的计算模型。系统应用于复合材料检测,实验结果表明:系统功耗低、重复性好,能有效实现材料损伤检测及介电常数的测量。

介电测量法在线测量混酸溶液中硝酸含量

:根据混酸溶液中各成分含量不同 ,引起介电常数的不同 ,用介电传感器将介电常数的变化转化为电容和电阻的变化 ,再辅以硬、软件系统 ,从而实现在线分析测量。

据多频介电测量推导地层特性

仅用电阻率测井很难区分淡水和油，为了解决这一难题，20世纪70年代研发了介电测井。在外界条件下，水的介电常数比油或岩石骨架的介电常数至少高出一个数量级。因此，有效地层介电常数的测量对地层水的含量敏感。结合地层总孔隙度，它可以直接确定含水饱和度，从而避免与胶结指数和饱和度指数相关的难题，在阿尔奇公式和电阻率测量中必须用到这两个指数。 介电测井解释需要在岩石的介电特性和岩石组分之间建立某种关系。已经有人证明，经验性的复折射率模型在1GHz的频率下表现令人满意（Seleznev等，2004a）。在盐水饱和的无粘土岩石内，介电常数在频率较低的情况下会受到体积盐水含量和岩石质地的极大影响。这种相关性限制了简单的经验公式的适用范围，从而需要开发一种综合性的频散模型，可以准确地描述质地相差很大的岩石的介电频散和电导率频散现象，如碳酸盐岩。 世界上将近一半的石油产自灰岩和白云岩油藏（Dickey，1970），碳酸盐岩油藏蕴含了现有剩余储量的60％以上。以中东为首的大型碳酸盐岩油田预计会控制21世纪世界原油的产量。在质地参数（如阿尔奇胶结指数）变化大的碳酸盐岩地层中，质地频散模型易用于介电测井解释。 本文介绍了一个考虑岩石质地影响、在多种频率下与实验数据相匹配的模型，同时提出了可以提供冲洗带电阻率、含水饱和度和阿尔奇胶结指数的解释方法。

低频含水岩石介电高值成因及改进测量方法

含水岩石在低频下常常呈现高达10^4以上的介电常数值，数值模拟和实测结果都表明这是由于岩石中存在着传导电流，其具有与外场同相和正交的实、虚部，这二者通过与频率成反比的关系叠加在介电常数上．提出在平行板电容器一极板与被测岩石样品间夹入不导电薄膜的办法来消除传导电流的不利影响．对标准件的测量表明该方法的最大误差在4％以内．用该方法测量淡水饱和岩石样品，结果得到合理适中的介电常数值及清晰明了的介电极化谱．除湿岩石外，该方法还适用于冰、生物肌体等固态导电介质的介电谱研究．

绝缘纸板微水分的介电响应测量中接触压力问题的研究

针对绝缘纸板微水分测量中传感器电极与纸板的接触压力问题,利用绝缘纸板微水分介电测量系统,将绝缘纸板置于平板电容传感器中并施加压力,传感器在正弦驱动信号源的作用下,输出的感应信号经调理电路缓冲、滤波,并与驱动信号比较。得到测量信号的增益及相位角随压力的增大而减小的变化趋势。针对理论分析与实验结果的差异分析原因,得出了极板变形所引起驱动电极接地电容及电导的增大会使所测电压增益及相位角减小的结论。

介电组合测量法用于流程分析的研究

本文讨论了在工业上利用物质的介电特性进行成分分析的可行性 ,并建立相应的测量系统。依据物质在微观结构上的差异及测量中介质损耗等因素的影响 ,确定以被测量体系的介电常数为主参数 ,电阻为辅助参数的组合测量方法并根据其原理进行测试实验 ,建立了初步的数学模型。研究证明 ,测量系统是行之有效的 。

佣于介电测量的数控频率合成信号源

信号源是物质介电参数测量中的核心设备之一。现代化的介电测量技术要求信号源向高精度、数字化和多功能方向发展。一种对测量结果便于进行数字化处理的相关检测在介电测量中正日益受到重视。在图1所示的一个典型例子中,使用开关型乘法器一类的鉴相电路,将通过样品的被测信号V_s与同频率、幅值为1的参考方波V_r相乘,利用V_s与V_r在时间轴上的前后相关性,给出由V_s的幅值和相位信息所决定的模拟信号。图中的信号源与普通信号源的主要区别是前者应具备移相的功能。即对所提供的正弦信号和参考方波信号在全相位范围内能灵活地改变相位。

正常人血小板射频段介电响应测量

目的在射频段测量正常人血小板介电谱,建立血小板对交流电场介电响应的数据特征。方法利用频域阻抗技术测量人血小板交流阻抗,经过介电谱、Cole-Cole图、介电损耗因子Δε”、导电率虚部Δκ”、介电损耗角正切Δtgδ等频谱,明确人血小板介电频响的数据特征。结果在射频电场中,人血小板的介电常数和电导率具有频率依赖性;血小板介电响应具有两个中心特征频率:第一中心特征频率fC1=6.66MHz,第二中心特征频率fC2=9.81MHz。结论交流阻抗技术能够测量血小板射频段介电响应。

高灵敏度的介电常数测量探头设计

测量介电常数对微波能应用有着十分重要的意义。终端开路的同轴线法是应用最多且有效测量介电系数的方法之一,而常规的测量探头很难区别出低耗物质的微弱介电常数变化。为了提高传统测量探头的测量灵敏度,本文提出了一种新型的谐振结构用以测量2.45GHz物质的介电常数,所提出的结构能够通过其电场汇聚效应增强传统测量探头对低损耗物质的感知能力。通过时域有限差分方法仿真计算了加载及未加载谐振结构的模型,结果表明提出的谐振结构能够有效地提高传统探头的灵敏度。通过搭建实验测量系统,研究三种类型的低损耗物质(煤,沙和土壤),仿真结果和实验结果表明,本文提出的谐振结构具有一定的可行性和可靠性。

根据多频介电测量获得地层特征参数

为了区别淡水和石油，上世纪70年代研究成功介电测井，单独使用各种电阻率测井来区别淡水和石油是困难的。在环境条件下，水的介电常数至少比石油或岩石基质介电常数高一个数量级，因此地层有效介电常数测量值对地层水含量是灵敏的。和地层总孔隙度结合直接地确定含水饱和度是可能做到的，因此避免了使用阿尔奇公式和电阻率测量结果时涉及需要用胶结指数和饱和度指数带来的困难。介电测井解释需要建立各种介电特征和岩石组成成分间关系。在1GHz频率条件下（Seleznev等人，2004年）经验性复杂折射指数模型展示出良好的可行性。在用盐水饱和的不含粘土岩石中低频情况下介电常数不仅强烈地受盐水体积含量影响，而且也受岩石结构的强烈影响。这种依赖关系限制了简单经验关系的适用范围，并且要求开发一种能够适当描逆结构非常不同的岩石，例如碳酸盐岩的介电弥散及电导率弥散的综合弥散模型。 近似地世界上石油的一半是采于灰石储集层和白云岩储层（Dickey，1979年）。碳酸盐岩油藏含有世界地下石油剩余储量的60％以上。巨型碳酸盐岩油田，特别是中东的油田？预计21世纪在世界石油产量中处于支配地位。结构参数，例如阿尔奇公式胶结指数变化大的碳酸盐岩地层的介电测井解释，容易应用结构弥散模型。本文中，我们采用这样的模型，以致于以多频测量结果能计算岩石结构影响并且和实验数据相匹配。我们也推荐了解释方法，它能提供冲洗带电阻率、含水饱和度及阿尔奇公式胶结指数。

243例健康人血红细胞悬浮液射频介电特性的研究

本文应用同轴传输线反射法建立的细胞悬浮液介电测量系统，测量了２４３例健康人（男１２０，女１２３名）血红细胞悬浮液在１～５００ＭＨｚ频率范围的介电常数和电导率。结果表明不同性别和不同血型之间的红细胞悬浮液的介电参数无显著差异。将１９～８０岁之间的受试者按１０岁年龄间隔分成六个组，探讨年龄差别对介电参数的影响；发现５０岁左右是人红细胞介电参数有显著差异的临界年龄，４９岁后三个高年龄组的介电参数显著地低于４９岁前的三个低年龄组的数值（Ｐ＜０．０５）。本文的结果证明年龄对人血红细胞的介电参数有明确的影响。

辣椒介电参数测量误差分析及改进研究

研究了一种平行极板电容用于辣椒电容测量的误差问题,确定了误差补偿方案和参数。通过改进测试系统和设定测试参数将系统误差降低到0. 53%,等位环在极板间距30mm时边缘电容误差降低到0. 56%。以辣椒丁为原料,确定了误差较低的检测状态,辣椒丁边长1～3mm时,误差为1. 2%～1. 4%。将干燥收缩与电容值进行补偿计算,干燥收缩造成的误差降低至1. 12%～1. 92%。实验表明:测试系统的总体误差低至4. 05%～4. 52%,重复误差为0. 57%～0. 62%。

变温介电参数测量系统研制

介绍自行研制的变温介电参数测量系统。对该系统的组成、测量方法作了详细说明，并给出应用实例。整个系统由计算机控制，采用双通道锁相放大技术，使测量结果更加精确可靠。利用该测量系统，可以同时得到介电常数、介质损耗与温度的关系，将有助于热释电材料研究。