土壤介电常数模型研究综述

【目的】调查影响土壤介电常数的主控因子,归纳分析土壤介电常数模型的研究现状。【方法】从土壤介电理论出发,系统梳理土壤介电常数的主要影响因素,对现有土壤介电常数模型进行分类总结,并对比分析各模型的优势、局限和应用现状及其发展趋势。【结果】国内外不同土壤类型的介电常数主控影响因素各异,且对测试频率的依赖性较大,但能有效反映土壤的水分状态;土壤介电常数模型分为4类:理论模型、半经验理论模型、经验模型和边界模型。【结论】目前针对区域性特殊土类的介电特性及模型构建研究较少;考虑土壤三相组比、矿物成分和微观结构对介电常数的贡献度将有助于提升模型精度,进而拓展基于介电常数测试的土壤理化性质评价分析方面的应用研究。

介质管介电常数对大气压Ar冷等离子体射流特性的影响

通过二维流体模型,研究介质管的介电常数对大气压氩气冷等离子体射流放电性质的影响.结果表明,射流在介质管内外具有不同的放电性质.当射流在介质管内时,电离波沿着介质管内表面向管口传播,因而呈现环状结构,其传播速度先增加后减小.介电常数越大,环形结构的半径越小,电子密度越低,射流传播的速度也越小.当射流喷出管口后,射流的传播速度迅速提升,然后减小,介电常数越大,提升越快.随着射流的传播,环状结构不断收缩,最终消失.研究结果对大气压冷等离子体源的设计和优化具有一定的理论指导意义.

红黏土介电常数模型试验研究

土体介电常数模型反映体积含水率与介电常数的关系,通过探地雷达可快速、便捷、无损地获取土层的含水状况,建立合理、可靠的红黏土介电常数模型对土体含水状态预判、监测及其土壤水分运移研究具有重要的意义。以云南红黏土为例,综合考虑影响红黏土介电特性的关键物理因素(含水率、干密度、温度),通过重塑红黏土开展介电常数室内测试研究,模拟对比分析现有土体介电常数经验模型对红黏土含水量的预估精度,最终提出红黏土多变量介电常数经验模型。结果表明,红黏土相对介电常数随体积含水率、干密度和温度的增加呈现逐渐增大的趋势,已有模型对红黏土含水量预测结果存在较大误差;在考虑干密度影响的土体介电常数模型(Malicki模型、周建平模型)基础上,引入温度因素构建的红黏土介电常数模型对含水量的预估效果有明显提升,预估精度由高到低为:多变量模型、Zhao Yun模型、Malicki模型、周建平模型、Topp模型、廖红建模型、Herkelrath模型。该模型拟合精度较高,可为不同地区红黏土介电常数模型的构建提供参考,为区域工程性红黏土含水状态检测、监测及高效用水提供便捷途径。

硬化水泥净浆的太赫兹介电常数和其孔结构的GEM模型分析

【目的】深入了解水泥净浆的孔结构对于研究如何提升水泥基材料的性能是非常必要的。【方法】使用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术测试得到水灰比为0.3,0.4,0.5,水化龄期为7 d、28 d、56 d的干燥硬化水泥净浆在0.2~2 THz频段的时域信号。利用时域信号下的延迟时间计算得到水泥净浆的折射率和介电常数。【结果】结果显示,同一龄期下水泥净浆的介电常数随水灰比增大而减小;相同水灰比水泥净浆的介电常数则随龄期变化不明显。使用General Effective Media(GEM)模型建立了水泥净浆有效介电常数和其孔结构之间的关系,通过实验数据拟合,得到水泥净浆中水化产物固体相的介电常数为8.73.【结论】通过对GEM模型进行参数分析发现,水泥净浆的孔隙率是影响其有效介电常数最主要的因素。

SAR土壤水分反演中的介电常数实部简化模型

利用Dobson半经验模型建立模拟数据库,用建立的模拟数据库对Hallikainen关系式进行最小二乘回归,标定其在SAR关键频点下的系数并进行适当改进,最终建立了介电常数实部与土壤体积含水量关系的简化模型.对建立的简化模型进行验证和对比,结果表明,简化模型在精度上优于Hallikainen经验模型,并且与复杂的Dobson半经验模型相比,具有良好的精度和实用性.

介质含水量与介电常数模型参数试验研究

介质含水量与介电常数之间的关系研究奠定了利用电磁波理论测定含水量的重要理论基础,探索一种快速、无损、精确地测量包气带中水分变化过程的方法,为利用地质雷达等技术快速、精确测定上覆风积沙地区包气带水分提供理论支持。以鄂尔多斯盆地风沙滩地区风积沙为试验介质,通过试验测定介质含水量与介电常数,结合试验结果对Topp模型、Roth模型、Herkelrath模型进行讨论,并确定模型中的参数。研究结果表明,Herkelrath模型和拟合多项式优于Topp模型和Roth模型,更适合于本地区。

基于修正介电常数模型的煤矿区复垦土壤压实评价

模拟复垦机械对试验区土壤进行不同程度的压实,在探地雷达获取土壤介电常数的基础上,检验并修正了4种经典复合介电常数模型,并结合野外试验对修正后的模型通用性进行了验证。结果表明,土壤介电常数与土壤压实指标(土壤紧实度、容重、孔隙率等)相关系数>89%,可以表征土壤压实状况;原有复合介电常数模型虽然存在误差不能直接使用,但模型计算值与实测值相关系数>0.99,修正后二者拟合误差<1%;在野外试验中,基于修正后的介电常数模型反算的土壤压实指标(容重、孔隙率)与实验室测量值误差率<5%,通用性较好。表明在科学布设测线以保证探地雷达准确获取土壤介电常数的前提下,可以通过修正后的复合介电常数模型对煤矿区复垦土壤压实状况进行全面客观的评价。

混合流体岩石介电常数的CRI模型与Maxwell-Garnett模型研究

计算了混合流体岩石介电特性的CRI模型和Maxwell-Garnett模型,研究岩石介电常数与矿化度、饱和度、频率、比表面的关系。水的介电常数计算模型采用了矿化度适用范围较大的Stogryn模型;对椭球颗粒岩石骨架计算了比表面,分析了比表面与介电常数的关系,通过计算发现矿化度、饱和度、比表面、孔隙度都会影响岩石介电常数,而且影响程度与频率有关。岩石介电常数随含水饱和度增大的变化速率先快后慢是骨架颗粒和水之间的界面极化导致的。将前人的实验数据与研究实验模型计算比较,验证了2种模型的合理性。

基于探头导纳模型的复介电常数测量技术

基于开口同轴探头的导纳模型,建立被测材料复介电常数与反射系数之间的数值关系。使用矢量网络分析仪测量探头终端的矢量反射系数,利用虚拟仪器构建可视化界面,通过软件编程反演计算来确定被测介质的复介电常数,并对已知材料的测量值、HFSS软件仿真值、模型理论值对比,能够很好地吻合,验证了该模型的准确性。对一些常见介质及吸波材料进行了测量。本方法具有非破坏性,适于现场测量,而且具有设备简单、操作方便直观、测量精度高等优点。

谐振法测量圆管状样品复介电常数典型结构的解析模型

针对圆环形介质元件制作在线监测的需要,提出用谐振法直接测试圆管状绝缘介质复介电常数的思路。提出4种可能的谐振结构形式,其中推演介质加载圆柱腔TM010模式谐振的解析模型,深入分析国外文献关于介质加载圆柱腔TE011模式谐振问题的理论结果,并对介质加载圆形同轴腔的特性方程用于复介电常数测量的问题进行探讨。对各个解析模型进行计算,并相应地与文献的实验结果进行对照,吻合良好。结果表明:TM010模式的解析模型正确;谐振特性参数对加载介质复介电常数(εr=1~80,tanδ=10^(-5)~10^(-4))的敏感性随结构的不同而不同。最终得出:圆柱腔TM010模式可用在谐振法测试圆管状绝缘介质元件的复介电常数中。

土壤介电常数—含水量关系模型的比较

土壤介电常数-含水量关系模型是TDR法测量含水量的基础,比较了Topp模型、混合模型以及扩散模型的特点,并通过实测数据分析各模型产生误差的原因,结果发现混合模型与扩散模型中未知参量随机性大且不易确定,Topp模型虽因未考虑土壤的组分而导致产生偏差,但经简单修正后在实际应用中仍能得到良好的拟合效果。

SiO2薄膜红外波段介电常数谱的高斯振子模型研究

在无定形SiO_2非晶材料红外波段反常色散区介电常数研究中,复合高斯振乎模型是介电常数重要的色散模型之一,复合振子中振子的数量和物理意义是重要的研究内容.基于化学计量学中的因子分析技术,提出将SiO_2薄膜特征振动峰的数量等效为化学姐分的振子数量的方法.采用离子束漉射沉积方法制备了厚度分别为100,200,...,800 mn的8种SiO_2薄膜样品,以这8个样品的红外光谱透射率作为光谱矩阵元素.通过因子分析技术确定了400—4000 cm^(-1)波数范围内高斯振子数量为9个,使SiO_2薄膜的介电常数反横计算结果具有明确的物理意义.通过对3000—4000 cm^(-1)波数范围内介电常数的分析,确定了薄膜中具有明显的含水(或择基)化学缺陷,并且这种缺陷影响到整个红外波段内的介电常数.

土壤介电常数的多因素模型研究

利用LCR数字电桥测量仪及自制加持平行电极板,测量10、100、1 000 k Hz条件下土壤的相对介电常数与3种主要影响因素之间的变化规律。采用多元线性回归分析原理及模型,结合土壤相对介电常数的实测数据,运用SPSS软件对3种主要影响因素进行多元回归分析,得到了各因素与相对介电常数之间的相关关系及权重。结果表明,含水率、容重和温度与土壤相对介电常数显著相关(P<0.05),其中含水率和温度与土壤相对介电常数极显著相关(P<0.01);利用多元线性回归建立不同测试频率下土壤相对介电常数与含水率、容重、温度3因素的回归方程,且权重的大小顺序始终为容重>温度>含水率。

复相陶瓷铌酸锶钡/钛酸锶钡介电常数预测模型研究

采用粉末-溶胶工艺制备了铌酸锶钡/钛酸锶钡(SBN/BST)复相陶瓷。X射线衍射研究表明钨青铜相和钙钛矿相共存于体系中。以Clausius(克劳修斯)-Mosotti(莫索缔)方程为基础,采用混合对数法则、铌酸锶钡和钛酸锶钡的理论极化率建立了SBN/BST的介电常数预测模型。结果表明:通过介电常数预测模型得到的数值与实验测试值相吻合。

路面材料复合介电常数模型研究进展分析

路面材料复合介电常数模型是雷达检测路面结构体系含水量、孔隙率、压实度等指标的基础和关键。分析了相关文献的研究成果,剖析了复合介电常数模型的研究现状,讨论了各种模型的优缺点、局限性和适用范围等,论证了进一步研究路面材料复合介电常数模型的必要性。

雨介质的介电常数模型及其参数估计

得出了电磁波在有耗介质中衰减分贝数的表达式,将这种衰减与文献资料相结合,建立了雨介质对电波衰减的等效介电常数的系统辨识模型,得到了该介电常数与降雨率、电波频率的函数表达式。在电波的衰减上,模型所得结果与文献[8]所给结果完全一致,表明了模型的正确性。本章所用方法简单明了,为研究随机粒子对电磁波的衰减提供了一条新的途径。

铌酸锶钡/钛酸锶钡介电常数预测模型研究

首次应用粉末-溶胶工艺合成出铌酸锶钡/钛酸锶钡复相陶瓷(SBN/SBT)。以Clausius(克劳修斯)-Mosotti(莫索缔)方程为基础,采用混合对数法则,通过实验得到的复合材料的晶格参数和铌酸锶钡、钛酸锶钡的理论极化率,建立了描述铌酸锶钡/钛酸锶钡复相陶瓷的介电常数预测模型,通过数学模型得到的预测数值与实验数值吻合。

冻结土壤介电常数混合模型机理研究

介电常数是微波辐射传输理论所需的最重要、最基本的参数。通过研究平均温度低于-4℃,组分中含有冰的土壤——冻结土壤,建立了一种适用于微波波段冻结土壤的介电常数混合模型。该模型考虑了土壤温度、微波频率、土壤质地以及其中未冻水含量的影响。模型使用一点法计算未冻水含量,引入Stern双电层理论计算冻结土壤未冻水的介电常数,引入Maxwell-Garnett介电常数混合理论、介电常数容积混合理论构建冻结土壤介电常数混合模型。模型计算结果与实测资料进行了详细的对比分析,冻结土壤介电常数混合模型给出的介电常数实部、虚部的曲率与实验结果很好吻合,模型结果比较满意,对比分析证实了模型的可靠性。

高含泥地层25MHz介电常数解释模型

通过对大量２５ＭＨｚ下岩石介电常数与其影响因素关系的分析，提出了一种新的２５ＭＨｚ介电常数解释模型———ＳＶ模型，通过与通用的ＴＰＯ模型对比，新的ＳＶ模型具有更适合于高含泥地层的定量解释的特点。

盐渍土土壤溶液1.43 GHz复介电常数计算模型的构建与检验

土壤中的可溶性盐离子是限制作物生长的因素之一,土壤复介电常数是测定土壤可溶性盐的一个重要指标。本文利用谐振腔技术,测量了4种电解质水溶液的介电常数,给出了25℃时Na^+、Cl^-、SO2-4、CO2-3和HCO-35种离子的复影响因子。利用各离子的复影响因子,可以将计算溶液介电常数实部的Collie介电模型直接用于计算土壤溶液的复介电常数。为了检验模型的准确性,本文还模拟配制了氯化物型、硫酸盐型和苏打型共41种多离子的土壤溶液,并用单一的电解质NaCl、Na2SO4和NaHCO3水溶液的影响因子来分别替代复杂的氯化物型、硫酸盐型和苏打型盐渍土土壤溶液的复合影响因子。将改进后的Collie介电模型计算介电常数值与模拟配制的41种土壤溶液的测量结果进行相关性分析t检验,其P均为0.85以上(大于0.05),无显著性差异,两组数据获得了很好的一致性。因此,本研究结果对于建立微波遥感监测盐渍土壤和盐湖水体的盐度的介电模型奠定了坚实的物理基础和实用基础。